analisis total preventive maintenance dalam meminimasi ... · pdf filebagian dari suatu tempat...

Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Material, Sistem manufaktur dan Energi

Sistem Manufaktur II- 1

Analisis Total Preventive Maintenance dalamMeminimasi Downtime Tools Kritis dan

Meningkatkan Reliability pada Mesin Finish Mill(Studi Kasus: PT. SBM)

AsmeatiJurusan Mesin Fakultas Teknik

Universitas FajarMakassar, Indonesia

[email protected]

Hammada AbbasJurusan Mesin Fakultas Teknik

Universitas HasanuddinMakassar, Indonesia

Email: -

Abstract— The objective of the research was to plan a machinemaintenance strategy on the Finish Mill unit based on thereliability analysis by considering the system reliability targetand the average value of its operation time ofmachine/components without damage. This research analyzes thedowntime data which were then converted into the inter-damagetime data from every component on the Finish Mill unit. Afterthat, on the data, the distribution estimation testing would becarried out by software program of Reliasoft WEIBULL-Plus 4.0with Rank Regression method, by comparing Goodness of Fit,Plot Fit, and Likelihood Function Value, to determine the mostappropriate probability distribution for the inter-damage timedata. Based on the obtained data distribution parameters, thereliability and MTBF can be calculated for every component andoverall system for a certain period of time. The research resultindicates that the damage or breakdown Finish Mill Unit isprimarily caused by the component of 531.BE2, 531.BC6,531.RC1, 531.BC4, 531.BC2, 531.BE1, 531.BC1, 561.BE1,531.BC3 and 531.WF1. The maintenance strategy in the form ofthe optimal interval maintenance is arranged to achieve thetargeted system reliability level and the interval maintenance canbe determined to prevent the breakdown incident between315.6702 hours (13 days) and 920.0141 hours (38 days).

Key words— Total Preventive Maintenance, Downtime,Breakdown, Reliability

I. PENDAHULUAN

Produk yang yang berkualitas dengan daya saing tinggidihasilkan oleh kegiatan proses produksi yang optimal. Salahsatu faktor yang mempengaruhi proses produksi adalahtersedianya fasilitas produksi yang memadai dan handal. Untukmenghasilkan produk dengan harga yang kompetitif,perusahaan harus mampu mengoptimalkan segala sumber dayayang dimilikinya.

Mesin produksi merupakan salah satu dari sumber dayayang harus dioptimalkan penggunaannya. Untuk menjaminagar mesin bisa beroperasi dengan baik dan optimal diperlukanadanya suatu sistem perawatan yang baik. Karena kelancaranproses produksi dipengaruhi oleh perawatan yang diterapkan.Sistem perawatan yang kurang baik akan menyebabkan mesinmudah rusak dan proses produksi akan terganggu bahkanterhenti. Kerusakan suatu mesin atau suatu sistem merupakan

hal yang sering di jumpai dan perlu mendapatkan penangananyang serius. Kerusakan suatu mesin yang sering membuatproses produksi terhambat, sehingga tingkat produksi menurun.

Perawatan merupakan suatu kombinasi dari berbagaikegiatan atau tindakan untuk menjaga suatu barang atauperalatan sampai suatu kondisi yang bisa diterima, baik secarateknis maupun ekonomis. Adapun prinsip dalam manajemensistem perawatan adalah untuk menekan periode Kerusakan(breakdown period) sampai batas minimum, maka keputusandalam melakukan perawatan yang terjadwal dan terencanapada komponen sistem berdasarkan downtime minimummenjadi sangat penting. Permasalahannya adalah penentuanwaktu terbaik untuk melakukan perawatan yang terjadwal danterencana yang harus dilakukan guna meminimasi totaldowntime.

Menurut Suyatmo (2004), teori keandalan (reliability) danketersediaan (availability) sistem beroperasi yang didasarkanpada hukum-hukum statistik dan teori kemungkinan cukupbaik untuk meramalkan penentuan interval waktu inspeksidengan analisa dan pengujian distribusi data Kerusakan suatusistem [1].

PT. Semen Bosowa Maros adalah salah salah satu industrisemen yang sedang berkembang sering mengalami hambatandan gangguan khususnya di unit Finish Mill yang seringmengalami kerusakan utamanya subsistem/komponen yangberoperasi pada tahun 1998. Sehingga perlu dilakukan suatumetode perawatan yang diharapkan dapat menentukan alokasikeandalan pada mesin unit finish mill.

Salah satu metode yang dapat dilakukan adalahmenerapkan metode Total Preventice Maintenance (TPM)yang merupakan suatu solusi yang dapat dipertimbangkandalam memperbaiki kinerja mesin. Karena perawatan yangteratur (sesuai jadwal) dapat meningkatkan kinerja mesin yangnantinya berpengaruh terhadap kualitas produk. Denganmetode TPM akan diharapkan akan meminimasi downtimepada peralatan kritis dan meningkatkan reliability mesin.

Berdasarkan uraian diatas, maka dapat dirumuskanmengenai penentuan subsistem/komponen penyebab kerusakanutama pada Unit Finish Mill, fungsi keandalan, laju kerusakan,keandalan dan rata-rata waktu antar kerusakan masing-masingsubsistem/komponen, dan penetapan interval waktu perawatan



untuk masing-masing subsistem/komponen penyebabkerusakan utama.

Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk merencanakanstrategi perawatan mesin pada unit Finish Mill berdasarkananalisis keandalan dengan mempertimbangkan targetkeandalan sistem dan nilai rata-rata waktu beroperasinyamesin/komponen tanpa mengalami kerusakan.

.

II. LANDASAN TEORI

A. Perawatan (Maintenance)Beberapa pengertian perawatan (maintenance) menurut

ahli:1. Menurut Corder [2], perawatan merupakan suatu

kombinasi dari tindakan yang dilakukan untukmenjaga suatu barang, atau untuk memperbaikisampai suatu kondisi yang bisa diterima.

2. Menurut Mustafa [3], perawatan merupakan suatukombinasi dari berbagai tindakan yang ditujukanuntuk mempertahankan suatu sistem tersebut padakondisi yang dikehendaki.

3. Menurut Assauri [4], perawatan diartikan sebagaisuatu kegiatan perawatan fasilitas pabrik sertamengadakan perbaikan, penyesuaian atau penggantianyang diperlukan agar terdapat suatu keadaan operasiproduksi yang sesuai dengan yang direncanakan.

4. Menurut Dhillon [5], perawatan adalah semuatindakan yang penting dengan tujuan untukmenghasilkan produk yang baik atau untukmengembalikan kedalam keadaan yang memuaskan.

Sedangkan tujuan dilakukan perawatan menurut Corder [2]adalah antara lain:

1. Memperpanjang penggunaan asset (yaitu setiapbagian dari suatu tempat kerja, bangunan dan isinya)

2. Menjamin ketersediaan optimum peralatan yangdipasang untuk produksi atau jasa untuk mendapatkanlaba investasi semaksimal mungkin.

3. Menjamin kesiapan operasional dari seluruh peralatanyang diperlukan dalam keadaan darurat setiap waktu.

4. Menjamin keselamatan orang yang menggunakansarana tersebut.

Blanchard [6] mengklasifikasi perawatan menjadi 6 bagian,yaitu:

1. Corrective Maintenance, merupakan perawatan yangterjadwal ketika suatu sistem mengalami Kerusakanuntuk memperbaiki sistem pada kondisi tertentu.

2. Preventive Maintenance, meliputi semua aktivitasyang terjadwal untuk menjaga sistem/produk dalamkondisi operasi tertentu. Jadwal perawatan meliputiperiode inspeksi.

3. Predictive Maintenance, sering berhubungan denganmonitor kondisi program perawatan preventif dimanametode memonitor secara langsung untukmenentukan kondisi peralatan secara teliti.

4. Maintenance Prevention, merupakan usahamengarahkan maintenance free design. Melalui desaindan pengembangan peralatan, keandalan danperawatan dengan meminimalkan downtime dapatmeningkatkan produktivitas dan mengurangi biayasiklus hidup.

5. Adaptive Maintenance, menggunakan softwarekomputer untuk memproses data yang diperlukanuntuk perawatan.

6. Perfective Maintenance, meningkatkan kinerja,pembungkusan/pengepakan/ perawatan denganmenggunakan software komputer.

B. Total Preventive Maintenance (TPM)1. Total Preventive Maintenance (TPM) didefinisikan

sebagai “Preventive Maintenance yang meliputisemua aktivitas yang terencana untuk menjaga sistemdalam kondisi operasi tertentu.”Total PreventiveMaintenance adalah pendekatan ala Jepang dalammemaksimalkan efektivitas dari peralatan yangdigunakan dalam perusahaan.

2. Tujuan dari pelaksanaan TPM adalah zero breakdowndan zero defect [8], dimana dengan dikuranginyabreakdown (Kerusakan) dan defect (kecacatan), makatingkat pengoperasian peralatan akan meningkat,sehingga biaya dapat diperkecil dan persediaan dapatdiminimalkan dan dengan sendirinya produktivitasakan meningkat.

C. Proses ProduksiProses produksi yang dimaksud dalam uraian berikut

adalah proses produksi semen di Pabrik PT. SBM dengansistem proses kering (dry process system). Sistem proseskering meliputi:1. Penyediaan Material (Material Preparation)

Material tanah liat dikeringkan dalam rotary dryer sampaikandungan airnya menjadi 4%-6%. Setelah dilakukanpenggilingan dengan Stone Crusher, material disimpandalam gudang penyimpanan material (material silo).

2. Penggilingan Awal (Raw Mill)Tanah liat ditambah dengan trass, serbuk batubara, danpasir besi dengan perbandingan tertentu digiling dandikeringkan di dalam Raw Mill. Setelah dicapai ukurantertentu material disimpan dalam Kiln Feed Silo.

3. Pembakaran (Burning)Material dari Kiln Feed Silo dimasukkan dalam pemanasawal Cyclone Preheater. Butiran material masuk dalamRotary Kiln dan terbakar pada temperatur 1350-1400derajat centrigade sampai clinker terbentuk. Clinkerselanjutnya disimpan dalam Clinker silo.

4. Penggilingan Akhir (Finish Mill)Pada penggilingan akhir, gypsum (kira-kira 4%)ditambahkan dalam clinker sebelum digiling dalam BallMill menjadi semen. Semen yang diproduksi disimpandalam Cement storage silo. Finish Mill terdiri atas 4 unityaitu: Clinker Handling and Storage, Gypsum Handling,Clinker Grinding, dan Cement Transport and Storage.

5. Pengepakan dan TransportasiDengan mesin pengepakan, semen diisikan dalam kantongkertas dengan berat bersih 50 kg untuk OPC dan 40 kguntuk PPC. Semen diangkut dengan truk, atau kapal untukdisalurkan ke distributor, subdistributor, penjual, dan lain-lain.

D. Analisis ParetoAnalisis Pareto adalah suatu teknik dalam statistik dalam

membuat keputusan yang dapat digunakan untuk memilih darisejumlah tugas yang memberikan pengaruh secara



keseluruhan. Dalam penggunaan prinsip Pareto, gambarannyaadalah cukup dengan 20% kerja kita akan mendapatkan 80%keuntungan dari seluruh pekerjaan tersebut. Atau dalamhubungan peningkatan kualitas, permasalahan yang besar(80%) dapat muncul dengan hanya sedikit penyebab (20%).

Analisis Pareto juga merupakan teknik yang secaraformal digunakan untuk berbagai kemungkinan kegiatan yangbersaing untuk perhatian kita. Hal pokoknya, penyelesaianmasalah akan memberikan keuntungan dari setiap kegiatanyang dilakukan, kemudian memilih beberapa kegiatan sangatefektif yang memberikan seluruh keuntungan yang akanmenentukan satu kemungkinan yang maksimal. Langkah-langkah dalam menentukan penyebab penting dalam analisisPareto, yaitu:1. Membuat tabel yang berisi daftar penyebab dan

frekuensinya dalam persentase.2. Menyusun nomor urutan baris berdasarkan frekuensi

kejadiaan penyebab (penyebab pertama adalah penyebabyang paling tinggi frekuensi kejadiannya)

3. Menambahkan kolom persentase kumulatif pada tabel4. Membuat grafik hubungan antara penyebab pada x-axis

dan persentase kumulatif pada y-axis5. Menghubungkan setiap titik menjadi sebuah kurva6. Membuat grafik (grafik yang sama) dalam bentuk grafik

batang antara penyebab pada x- dan persen frekuensi paday-axis

7. Membuat garis dari 80% pada y-axis sejajar ke x-axis.Kemudian garisnya turun ke titik pertemuan dengan kurvapada x-axis. Titik ini pada x-axis akan memisahkan antarapenyebab utama (di sebelah kiri) dan penyebab yangringan (di sebelah kanan)

E. Keandalan (Reliability)Keandalan dapat didefinisikan sebagai probabilitas sistem

akan memiliki kinerja sesuai fungsi yang dibutuhkan dalamperiode waktu tertentu [9]. Definisi lain keandalan adalahprobabilitas suatu sistem akan berfungsi secara normal ketikadigunakan untuk periode waktu yang diinginkan dalamkondisi operasi yang spesifik [5].

Berdasarkan definisi diatas, maka ada beberapa hal yangperlu diperhatikan, yaitu:1. Probabilitas, dimana nilai reliability adalah berada

diantara 0 dan1.2. Kemampuan yang diharapkan, harus digambarkan secara

terang atau jelas. Untuk setiap unit terdapat suatu standaruntuk menentukan apa yang dimaksud dengankemampuan yang diharapkan.

3. Tujuan yang diinginkan, dimana kegunaan peralatanharus spesifik. Hal ini dikarenakan terdapat beberapatingkatan dalam memproduksi suatu barang konsumen.

4. Waktu, merupakan parameter yang penting untukmelakukan penilaian kemungkinan suksesnya suatusistem.

5. Kondisi Lingkungan, mempengaruhi umur dari sistematau peralatan seperti suhu, kelembaban dan kecepatangerak. Hal ini menjelaskan bagaimana perlakuan yangditerima sistem dapat memberikan tingkat keandalan yangberbeda dalam kondisi operasionalnya.Jika R(t) menyatakan fungsi keandalan dari komponen

atau suatu sistem sebagai fungsi waktu maka hubungan antara

fungsi keandalan R(t) dan distribusi Kerusakan kumulatif ataufungsi ketakandalan F(t) dihubungkan oleh sebuah formuladibawah ini [5] :

)(1)( tFtR (1)

Persamaan 2.1 menunjukkan bahwa fungsi distribusiprobabilitas merupakan turunan dari distribusi probabilitaskumulatif. Dalam terminologi keandalan fungsi distribusiprobabilitas ini disebut dengan fungsi densitas Kerusakan(failure density function). Fungsi densitas Kerusakan ini, yangdinotasikan dengan f(t), dapat diturunkan baik dari fungsi ketakandalan maupun fungsi keandalan seperti formula dibawah ini:

dt

tdR

dt

tdFtf

)()()( (2)

Sebaliknya fungsi ketakandalan maupun fungsi keandalandapat diperoleh dari fungsi densitas Kerusakan seperti yangdituliskan dalam formulasi dibawah ini.

t

dttftF0

)()( (3)

dan

t

t

dttfdttftR0

)()(1)( (4)

Jika fungsi densitas kerusakan dinotasikan f(t), maka lajukerusakan dapat dirumuskan berikut:

)(

)()(

tR

tft (5)

Mean Time Between Failure (MTBF)MTBF adalah waktu rata-rata antar kerusakan atau rata-

rata waktu beroperasinya komponen, subsistem, atau sistemtanpa mengalami Kerusakan. MTBF diperoleh dari hasil bagiantara total waktu operasi dengan jumlah Kerusakan dalamperiode waktu operasi tersebut.

Menurut Priyanta [10] waktu rata-rata antar Kerusakan(mean time betwen failure = MTBF) dari suatu sistem yangmemiliki fungsi densitas Kerusakan (failure density function)f(t) didefinisikan oleh nilai harapan dari komponen itu. Secaramatematis waktu rata-rata antar Kerusakan dapatdiekspresikan sebagai :

0

)( dttRMTBF (6)

F. Pemodelan Keandalan SistemSusunan Seri; Sistem seri dapat melaksanakan fungsinya atauberoperasi jika semua komponen dalam sistem tersebutberoperasi. Jika salah satu komponen mengalami Kerusakan,maka secara keseluruhan sistem mengalami Kerusakan.Sistem seri dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 1. Model keandalan sistem seri

Jika keandalan masing-masing komponen adalah R1, R2,R3 . . .Rn, maka keandalan sistem seri adalah [10]:

n

iis

ns

RR

xRxxRxRRR

1

321 ...(7)

Dimana: Rs = keandalan sistem seri

1 2 3 n



Susunan Paralel; Sistem paralel dapat melaksanakan fungsinyajika minimal satu komponen dari penyusunnya beroperasi.Sistem paralel gagal bila seluruh komponen penyusunnyagagal. Sistem pararel dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2. Model keandalan sistem paralel

Jika keandalan masing-masing komponen adalah R1, R2,R3 . . .Rn, maka keandalan sistem paralel adalah [10] :

n

iis

ns

RR

RxxRxRxRR

1

321

)1(1

)1(...)1()1()1(1(8)

Dimana: Rs = keandalan sistem parallel

III. METODE PENELITIAN

A. Lokasi PenelitianPenelitian ini dilaksanakan di PT. SBM yang berlokasi di

Kabupaten Maros dengan waktu penelitian selama 3 bulan.

B. Prosedur PenelitianProses penelitian ini merupakan proses terstruktur,

sehingga diperlukan langkah-langkah yang sistematis dalampelaksanaannya. Langkah-langkah yang dilakukan untukmencapai tujuan penelitian ini dijelaskan dalam uraian dibawah ini.

1. Studi pendahuluan diperlukan untuk meneliti lebihlanjut apa yang akan menjadi permasalahan, dimanastudi pendahuluan ini terdiri dari studi literatur danpengamatan langsung di lapangan.

2. Pengumpulan Data dan identifikasi variabel. Datautama yang menjadi dasar analisis adalah data bedawaktu antar kerusakan. Data yang dikumpulkanadalah data downtime masing-masingsubsistem/kompenen pada Departemen Perawatan PT.SBM. Adapun batasan dalam identifikasi variabelsebagai berikut:

- Dari sistem yang ada terdapat 28 subsistem/komponenyang memiliki data downtime.

- Rincian data downtime pada subsistem/komponenutama berupa data operasi produksi harian dari seksiperawatan.

- Data pendukung, seperti data diagram alir prosesproduksi, general layout dari Seksi Perawatan

- Faktor-faktor eksternal yang tidak terduga diabaikan.- Data umum perusaahaan, diperoleh dari pihak

manajemen perusahaan dan literatur-literatureksternal.

C. Analisis DataPengolahan data dilakukan dengan software Weibull-

Plus 4.0 untuk analisis keandalan, dengan langkah-langkahsebagai berikut:- Untuk menentukan subsistem/komponen penyebab

Kerusakan utama pada Finish Mill dilakukan analisispareto.

- Data downtime dikonversikan menjadi data waktu antarKerusakan (TBF) untuk 10 subsistem/komponen, yaitu:531.BE2, 531.BC6, 531.RC1, 531.BC4, 531.BC2, 531.BE1,531.BC1, 561.BE1, 531.BC3, dan 531.WF1.

- Berdasarkan parameter distribusi yang diperoleh, makadidapatkan fungsi keandalan, laju Kerusakan, dan MTBFuntuk masing-masing subsistem/komponen.

IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Analisis ParetoData-data yang diperoleh berupa data frekuensi Kerusakan

pada unit Finish Mill Pabrik PT. SBM selama tahun produksiJanuari 2010 – Januari 2012 yang dibuat urutan berdasarkanperalatan yang paling banyak mengalami Kerusakan dibuatdiagram Pareto seperti yang diperlihatkan Gambar 1.

Berdasarkan dari Tabel 1 dan Gambar 1 terlihat bahwa ada14 equipment yang menjadi penyebab Kerusakan Finish Millsebesar 1,33% - 25,33%, sedangkan 14 equipment lainnyaberada dibawah 1%.

Tabel 1. Data Frekuensi Kerusakan pada Unit Finish MillTahun Produksi Januari 2010- Januari 2012

No Equipment Frekuensi % Frekuensi % FrekuensiKumulatif

1 531.BE2 57 25.33% 25.33%

2 531.BC6 23 10.22% 35.56%

3 531.RC1 18 8.00% 43.56%

4 531.BC4 14 6.22% 49.78%

5 531.BC2 14 6.22% 56.00%

6 531.BE1 13 5.78% 61.78%

7 531.BC1 13 5.78% 67.56%

8 561.BE1 10 4.44% 72.00%

9 531.BC3 9 4.00% 76.00%

10 531.WF1 8 3.56% 79.56%

11 531.GA3 8 3.56% 83.11%

12 561.RF1 8 3.11% 86.22%

13 531.GA1 7 3.56% 89.78%

14 531.WF2 3 1.33% 91.11%

15 531.FB4 2 0.89% 92.00%

16 561.FN5 2 0.89% 92.89%

17 561.BM1 2 0.89% 93.78%

18 531.RC2 2 0.89% 94.67%

19 511.DB1 2 0.89% 95.56%

20 521.BC4 1 0.44% 96.00%

21 561.AS1 1 0.44% 96.44%

22 561 FN4 1 0.44% 96.89%

23 561.BM1 1 0.89% 97.78%

24 531.FB1 1 0.44% 98.22%

25 531.WF2 1 0.44% 98.67%

26 561.SR1 1 0.44% 99.11%

27 531.RC1 1 0.44% 99.56%

28 561.AS5 1 0.44% 100.00%

Jumlah 225 100 %

1

2

n



Gambar 3. Diagram Pareto Frekuensi Kerusakan Finish MillTahun Produksi Januari 2010- Januari 2012

Berdasarkan analisis pareto, di dapatkansubsistem/komponen penyebab Kerusakan utama denganfrekuensi Kerusakan 25.33% - 79.56% yaitu: 531.BE2,531.BC6, 531.RC1, 531.BC4, 531.BC2, 531.BE1, 531.BC1,561.BE1, 531.BC3 dan 531.WF1.

Untuk analisis selanjutnya hanya difokuskan padasubsistem/komponen ke-10 tersebut dalam menentukankeandalan dan optimasi interval waktu perawatan. Dalamhubungannya dengan pemodelan keandalan sistem, komponensistem yang persentase frekuensi kerusakannya rendahdiasumsikan memiliki keandalan 100%.

B. Analisa Keandalan Pada MTBF Tiap Subsistem/KomponenPenyebab Kerusakan Utama

Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis data konversiwaktu antar kerusakan, maka diperoleh 9 equipment yangterdistribusi weibull dengan masing-masing MTBF dan nilaikeandalan yaitu: 531.BE2 (315.671 jam dan 31.08%),

531.BC6 (609.0714 jam dan 32.61%), 531.RC1 (648.6318jam dan 33.28%), 531.BC4 (786.416 jam dan 31.05%),531.BC2 (787.0549 jam dan 33.13%), 531.BE1 (813.8088 dan33.81%), 531.BC1 (878.0857 jam dan 34.44%), 561.BE1(891.1006 jam dan 37.26%), dan 531.BC3 (906.2715 dan44.01%). Sedangkan equipment 531.WF1 terdistribusilognormal dengan MTBF 920.0141 jam dan nilai keandalan48.02%. Adapun unit Finish Mill terdistribusi Weibull denganMTBF 702.7 jam dan nilai keandalan 80.18%

C. Rekapitulasi Analisis Keandalan Unit Finish Mill

1. Hasil Analisis Pemilihan DistribusiDistribusi statistik data waktu antar kerusakan masing-masing subsistem/komponen penyebab kerusakan utamaUnit Finish Mill beserta parameternya ditunjukkan dalamTabel 2.

2. Hasil Analisis Laju Kerusakan dan MTBFPola Laju Kerusakan, MTBF dan Nilai Keandalan padasaat MTBF ditunjukkan dalam Tabel 3.

Tabel 2. Distribusi data Waktu Antar Kerusakan Subsistem/komponen

No Equipment Distribusi Parameter

1 561.BE2 Weibull = 0.6337 ; = 164.3116 ; = 12.6280

2 531.BC6 Weibull = 0.3533 ; = 341.7176 ; = 22.9540

3 531.RC1 Weibull = 0.8861 ; = 501.3735 ; = 26.1203

4 531.BC4 Weibull = 0.7818 ; = 495.8482 ; = -53.3276

5 531.BC2 Weibull = 0.4189 ; = 290.0900 ; = 22.1080

6 531.BE1 Weibull = 0.6571 ; = 411.1198 ; = 35.3465

7 531.BC1 Weibull = 0.5619 ; = 469.7551 ; = 0.0000

8 561.BE1 Weibull = 0.5088 ; = 435.0664 ; = 62.1664

9 531.BC3 Weibull = 0.3302 ; = 366.6414 ; = 8.8637

10 531.WF1 Lognormal to = 4.8618; s = 38.7584

Tabel 3 Pola Laju Kerusakan, Nilai MTBF dan Keandalan PenyebabKerusakan Utama Finish Mill.

No Equipment Laju Kerusakan MTBF (jam) R(MTBF)

1 531.BE2 Cenderung Turun 315.6702 31.08%2 531.BC6 Cenderung Turun 609.0714 32.61%3 531.RC1 Cenderung Turun 648.6318 33.28%4 531.BC4 Cenderung Turun 786.4160 31.05%5 531.BC2 Cenderung Turun 787.0549 33.13%6 531.BE1 Cenderung Turun 813.8088 33.81%7 531.BC1 Cenderung Turun 878.0857 34.44%8 561.BE1 Cenderung Turun 891.1006 37.26%9 531.BC3 Cenderung Turun 906.2715 44.01%

10 531.WF1 Cenderung Turun 920.0141 48.02%

D. Analisis Keandalan dan Pemodelan Keandalan Sistem

Fungsi keandalan terhadap waktu operasi (t)subsistem/komponen penyebab kerusakan utama pada unitFinish Mill ditunjukkan dalam tabel 4.

Tabel 4 Fungsi dan Besar Nilai Keandalan terhadap Waktuoperasi Equipment pada Unit Finish Mill

Equipment Fungsi Keandalan Keandalan (R)

531.BE2

6337.0

3116.164

628.12exp)(

ttR 31.08%

531.BC6

3533.0

7176.341

540.22exp)(

ttR 32.61%

531.RC1

8861.0

3735.501

1203.26(exp)(

ttR 33.28%

531.BC4

7818.0

8482.495

3276.55(exp)(

ttR 31.05%

531.BC2

4189.0

0900.290

1080.22exp)(

ttR 33.13%

531.BE1

6571.0

1198.411

3465.35exp)(

ttR 33.81%

531.BC1

5619.0

7551.469

0000.0exp)(

ttR 34.44%

561.BE1

5088.0

0664.435

1664.62exp)(

ttR 37.26%

% Frekuensi



531.BC3

3302.0

6414.366

8637.8exp)(

ttR 44.01%

531.WF1

8618.4ln

7584.38

11)(

ttR 48.02%

Keandalan unit Finish Mill dapat dimodelkan sebagaisistem seri seperti persamaan berikut.

Rs(t) = R1(t) x R2(t) x R3(t) x R4(t) x R5(t) x R6(t) x R7(t) x R8(t)x R9(t) x R10(t)

Berdasarkan model keandalan sistem pada unit FinishMill yang berbentuk sistem seri, maka diperoleh hasilperhitungan keandalan aktual sistem seri untuk berbagai waktuoperasi yang diperlihatkan pada tabel 5.

Tabel 5 Perhitungan Keandalan Sistem Aktual

Nilai Rs(t) pada Tabel 5 menunjukkan bahwa peningkatanwaktu operasi dari sistem pada Finish Mill menyebabkankeandalan semakin menurun.Sebagaimana juga diperlihatkandalam gambar berikut.

Gambar 4 Grafik rekapitulasi keandalan tiap komponen dan keandalan sistem

Gambar 5 Grafik rekapitulasi laju kerusakan tiap komponen dan keandalansistem

E. Penentuan Strategi Perawatan

Dari pembahasan analisis diatas, maka interval waktuperawatan preventive dapat ditentukan berdasarkan nilaiMTBF untuk mengurangi breakdown seperti pada Tabel 6.

Tabel 6 MTBF, Jadwal Inspeksi Finish Mill

No Equipment MTBF (jam)Interval jadwal Perawatan

MTBF

1 531.BE2 315.6702 13 hari

2 531.BC6 609.0714 25 hari

3 531.RC1 648.6318 27 hari

4 531.BC4 786.4160 32 hari

5 531.BC2 787.0549 32 hari

6 531.BE1 813.8088 33 hari

7 531.BC1 878.0857 36 hari

8 561.BE1 891.1006 37 hari

9 531.BC3 906.2715 37 hari

10 531.WF1 920.0141 38 hari

Dari analisis MTBF pada Tabel diatas menunjukkanbahwa sebenarnya waktu pakai semua subsistem/komponenpenyebab kerusakan utama pada Finish Mill antara 315.6702jam atau 13 hari sampai dengan 920.0141 jam atau 38 hari.Sehingga jika sistem perawatan sudah tepat, break down bisadihindari.

Data MTBF dari subsistem/komponen dapat digunakansebagai salah satu bahan pertimbangan untuk menentukaninterval perawatan bagi perusahaan dalam melakukanperawatan terhadap subsistem/komponen yang menjadipenyebab kerusakan utama. Sehingga jika sistem perawatansudah tepat dalam penentuan interval waktu atau penentuanjadwal inspeksi perawatan sudah tepat, maka breakdown bisadihindari dan downtime diminimalisir.

V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengamatan, data-data yang diperoleh,dan analisis data yang disertai pembahasan yang dijelaskansebelumnya, maka dapat dibuat beberapa kesimpulan sebagaiberikut:

t (jam)

Kea

ndal

an

t (jam)

Laj

u K

erus

akan



1. Dengan menerapkan analisis Pareto, maka diperolehbahwa sebagian besar Kerusakan pada unit Finish Milldisebabkan 10 subsistem/komponen dengan penyebabKerusakan terkecil dan terbesar adalah equipment531.WF1 (3.56%) dan 531.BE2 (25.33%).

2. Distribusi data waktu antar Kerusakan dan parameternya,di peroleh distribusi weibull dan lognormal, lajuKerusakan masing-masing subsistem/komponen cenderungturun, keandalan masing-masing subsistem/komponenpenyebab Kerusakan utama yang terendah dan tertinggiadalah 531.BE2 (315.6702 jam) dan 531.WF1 (920.0141jam).

3. Strategi perawatan yang seharusnya dilakukan olehperusahaan dalam menghindari breakdown danmeminimasi downtime adalah penentuan waktu intervalperawatan subsistem/komponen penyebab kerusakanutama pada Finish Mill antara 315.6702 jam atau 13 harisampai dengan 920.0141 jam atau 38 hari.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Suyatmo, Mamo, dkk., 2004. Model Penentuan Internal Waktu InspeksiDan Factor Persediaan Suku Cadangan Dengan Analisis Keandalan Dan

Kertersediaan Sistem Operasi Dalam Perawatan Kapal TNI – AL, TesisMT, Departemen Teknik Industri ITB,(http://digilib.ti.itb.ac.id/go.php/id, diakses 01 Oktober 2011).

[2] Corder, A.S. 1988. Teknik Manajemen Pemeliharaan. PenerbitErlangga, Jakarta.

[3] Alfian Hamsi, 2004. Manajemen Pemeliharaan Pabrik. e-USURepository, Universitas Sumatera Utara.

[4] Assauri, S. 1993. Manajemen Produksi dan Operasi. Lembaga PenerbitFakultas Ekonomi Universitas Indonesia (FE-UI), Jakarta.

[5] Dhillon, B.S. 1997. Reliability Engineering in System Design andOperation. Van Nostrand Reinhold Company, Inc., Singapore.

[6] Blanchard, B.S. 1980. Maintainability: A Key to Effective Serviceabilityand Maintenance Management. Wiley Series, USA.

[7] Campbell, John D., 2001. Maintenance Excellence OftimizingPeralatant Life-Cycle Decision, Marcel Dekker, Inc, New York.

[8] Nakajima, Seiichi, 1998. Introduction to TPM. Productivicty Press.Cambridge.

[9] Ebeling, Charles E, 1997. Reliability and Maintainability Engineering,International Edition, McGraw-Hill.

[10] Priyanta, Dwi, dkk., 2000. Keandalan dan Perawatan, Jurusan TeknikSistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut TeknologiSepuluh November Surabaya, Surabaya.

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Sistem Manufaktur II-8

Pengendalian Kecepatan Putar Motor DC

Sebagai Penggerak Alat Penghapus Whiteboard

Dedy HariantoProdi Teknik Mesin Industri

Akademi Teknik Industri Makassare-mail: [email protected]

Rafiuddin SyamJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin, Makassare-mail : [email protected]

Abstrak — Menghapus whiteboard dengan cara manualmemerlukan waktu yang dapat mengurangi keefisiensian waktukegiatan belajar mengajar serta beresiko membuat tanganpengajar menjadi kotor. Untuk itu dibuat suatu alat mekanikyang dapat bekerja secara otomatis dan terprogram sehinggamenggantikan tugas pengajar dalam menghapus tulisan diwhiteboard. Pada penelitian ini alat penghapus whiteboardmenggunakan dua buah motor DC dengan kapasitas 12 volt yangdihubungkan dengan motor driver dan arduino uno yang telahdiprogram untuk mengontrol pencekam penghapus dengangerakan ke kanan dan ke kiri. Pengontrolan arduino uno untukmengendalikan gerakan motor pada alat penghapus whiteboardini digambarkan dengan menggunakan kendali logika fuzzy(FLC) metode mamdani dan defuzzyfikasi menggunakan Centroidof Area (COA). Teknik kendali fuzzy alat penghapus whiteboarddisimulasikan dengan menggunakan perangkat lunak Matlabuntuk menguji unjuk kerjanya.

Kata-kata kunci— penghapus whiteboard, Puli dan Tali, Motordriver, Pengendalian fuzzy, Matlab.

I. PENDAHULUAN

edia tulis yang selalu ada di kantor atau jugasekolah/institusi pendidikan adalah whiteboard atau

papan putih. Media ini memudahkan dalam penyampaianmateri atau informasi, baik dalam rapat di kantor atau kegiatanbelajar mengajar di sekolah/institusi pendidikan. Papan tulisjenis ini telah dikenal dikalangan masyarakat, baik dari segipemasaran ataupun penggunaannya. Sesuai dengan namanya,papan tersebut berwarna putih dan menggunakan spidolsebagai alat tulisnya [1].

Untuk menghapus papan tulis ini menggunakan penghapusyang dilakukan secara manual, yaitu dengan tenaga manusia.[2]. Hal tersebut memerlukan waktu yang dapat mengurangikeefisiensian waktu kegiatan belajar mengajar serta beresikomembuat tangan pengajar menjadi kotor.

Untuk mengatasi permasalahan tersebut, maka diperlukansuatu alat mekanik yang dapat bekerja secara otomatis danterprogram, sehingga menggantikan tugas pengajar dalammenghapus papan tulis.

Sistem yang akan coba dibuat ini merupakan suatu prototipeyang memiliki bentuk seperti lengan pembawa penghapusuntuk membersihkan papan tulis/whiteboard dan akandigabungkan dengan suatu alat mekanik pendukung lain yang

berfungsi sebagai pengontrol gerakan penghapus ke kiri danke kanan, serta pengontrol gerakan penghapus ke atas dankebawah sehingga untuk menggerakkan sistem pembersih ini,hanya dilakukan dengan menekan tombol arah yang terpasang[2].

Alat penghapus papan tulis/whiteboard otomatis telahdibuat oleh [3]. Pada saat pengujian penghapus tidak dapatmenghilangkan sepenuhnya tulisan di papan tulis, karenatekanan penghapus terhadap papan tulis tidak maksimal.Penggunaan battery 12 V untuk mensuplay 2 motor DC (masing masing 12 V ) dan Atmega8 menyebabkan torsi motordalam menggerakan penghapus tidak maksimal. Hal inimenyebabkan solusi permasalahan yang dapat dilakukanhanyalah pada penggantian kain bahan penghapus dan tidakpada mekanis yang dapat meningkatkan tekanan penghapuspada permukaan [3].

Penelitian ini akan disusun sebagai berikut : padabagian pertama adalah pendahuluan. Kemudian pada bagiankedua akan digambarkan tinjauan pustaka alat penghapuswhiteboard. Selanjutnya kendali logika fuzzy akan dibahaspada bagian 3. Sedangkan pada bagian 4 akan dibahaskesimpulan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Mekanisme pada alat penghapusPenghapus bekerja kearah horizontal. Penghapus ditekan

dengan gaya Fz sehingga timbul gaya normal pada penghapusN (nilai Fz adalah sama dengan N). Gaya geseknya adalah fkdan koefisien gesek antara penghapus dan papan tulis adalahµk, maka untuk mencari nilai gaya ke arah X, Fx adalah:

(1)

Gaya-gaya yang bekerja pada penghapus dapat dilihat padagambar dibawah ini

Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada penghapus[4]

M



Penghapus ini diletakkan pada pemegang penghapus yangmemiliki roda yang berjalan pada rel. Jika roda melakukansatu putaran, maka jalan yang ditempuhnya (s) adalah [5].

s=2×π×r (2)Dimana r adalah jari-jari roda dalam meter. Jika putaran itu

ditempuh dalam satuan waktu t, maka kecepatan keliling rodav dalam meter per detik adalah

v= (2×π×r)/t (3)Jika roda itu memutar dengan suatu frekuensi putaran dari

n putaran tiap detik, maka kecepatannya adalahv=2×π×r×n (4)

Jika sebuah benda berputar dengan frekuensi putaran n,karena satu putaran sama dengan 2 π radial, maka kecepatansudut ω dalam radian per detik akan sama dengan [5, hal 16]:

ω=2×π×n (5)Dari persamaan (4) dan (5), nilai kecepatan kelilingnya

dapat ditulis menjadiv=ω×r (6)

Gambar 2. Putaran roda

Jika sebuah gaya F mengakibatkan gerak melingkarberaturan, maka tiap putaran ada kerja W yang sama dengan:

W =F×s (7)Karena jalan yang ditempuh s sama dengan keliling

lingkaran dengan jari-jari r, kita dapat menulis Kerja = gaya xjalan [5, halaman 26].

W =F×2×π×r (8)Dengan frekuensi putaran n, kerja tiap detik adalah

P =F×2×π×r×n (9)Kerja tiap detik yang dihasilkan kita sebut daya P dalam

watt [5].

Pemilihan sabuk/beltBelt (sabuk) dan tali digunakan untuk mentransmisikan

daya dari poros yang satu ke poros yang lainnya melalui roda(pulley) yang berputar dengan kecepatan sama atau berbeda.Flat belt umumnya dipakai pada crowned pulleys, sabuk inilebih tenang dan efisien pada kecepatan tinggi, dan jugamampu mentransmisikan sejumlah daya yang besar pada jarakpusat pulley yang panjang. Flat belt ini dapat dibeli dalambentuk rol dan potongan yang nanti ujungnya disambungdengan special kits furnished oleh pabriknya [6].

Pada alat penghapus whiteboard ini menggunakan Openbelt drive (penggerak belt terbuka), yaitu untuk poros sejajardan berputar dalam arah yang sama

Gambar 3. Open belt drive (penggerak belt terbuka)[8]

Karena kecepatan linier pada kedua puli sama, (Prajitno 2001)maka kecepatan linier puli 1 sama dengan kecepatan linier puli2. Pada puli, n1 adalah putaran poros penggerak, n2 adalahputaran poros yang digerakkan, D1 adalah diameter pulipenggerak dan D2 adalah diameter puli yang digerakkansehingga[6]

πD1n1 = πD2n2 (10)Dan perbandingan putaran antara kedua puli menjadi:

(11)

Jika tebal belt (t) perlu dipertimbangkan, maka:(12)

Jika faktor slip (s) dimasukkan, maka(13)

Dengan : s = faktor slip total untuk kedua rodaUntuk menghitung panjang sabuk yang digunakan,dipergunakan rumus berikut (Prajitno, 2001):

Gambar 4. Transmisi terbuka. [8]Jika panjang sabuk L, jari jari pulley pertama r1 dan jari jaripulley kedua r2 serta jarak antar poros x maka persamaantransmisi terbuka dapat ditulis sebagai berikut [6]

(14)

Nilai α dapat dicari dengan persamaan matematika yaitu:(15)

Sehingga nilai sudut kontak θ antara belt dan pulley adalah(16)

Jika puli A menggerakkan puli B, maka dengan arahputaran searah jarum jam, maka tarikan belt F1 lebih besardaripada F2. Hubungan F1 dan F2 dapat dinyatakan dengan :

(17)

Dimana µ adalah koefisien gesek dan θ adalah sudut kontakantara belt dan pulley yang paling kecil.



Jika efek sentrifugal diperhitungkan maka tegangan beltmenjadi:

(18)

Dengan Fc yang merupakan tarikan sentrifugal:(19)

Dan, w adalah berat sabuk per satuan panjang. Nilaikecepatan v dapat dilihat pada persamaan (10).

Nilai daya yang ditransmisikan P dalam satuan watt dapatdiperoleh juga dengan menggunakan persamaan [7]

(20)

Arduino UnoArduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical

computing yang bersifat open source. Pertama-tama perludipahami bahwa kata “platform” di sini adalah sebuah pilihankata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alatpengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware,bahasa pemrograman dan Integrated DevelopmentEnvironment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah softwareyang sangat berperan untuk menulis program, meng-compilemenjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memorymicrocontroller. Ada banyak projek dan alat-alatdikembangkan oleh akademisi dan profesional denganmenggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dansebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisadisambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadisebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagibanyak praktisi. Papan arduino tipe usb dapat dilihat padagambar 5 [10].

Gambar 5. Papan arduino tipe USBMotor DC

Motor DC adalah piranti elektronik yang mengubah energilistrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Padamotor DC terdapat jangkar dengan satu atau lebih kumparanterpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin belah(komutator). Dengan adanya insulator antara komutator,cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda(double pole, double throw switch). Mekanisme inidiperlihatkan pada gambar berikut ini [11].

Gambar 6. Bagan mekanisme kerja motor DC magnet permanenMotor DC yang digunakan pada robot beroda umumnya

adalah motor DC dengan magnet permanen. Motor DC jenisini memiliki dua buah magnet permanen sehingga timbulmedan magnet di antara kedua magnet tersebut. Di dalammedan magnet inilah jangkar/rotor berputar. Jangkar yangterletak di tengah motor memiliki jumlah kutub yang ganjildan pada setiap kutubnya terdapat lilitan. Lilitan initerhubung ke area kontak yang disebut komutator. Sikat(brushes) yang terhubung ke kutub positif dan negatif motormemberikan daya ke lilitan sedemikian rupa sehingga kutubyang satu akan ditolak oleh magnet permanen yang berada didekatnya, sedangkan lilitan lain akan ditarik ke magnetpermanen yang lain sehingga menyebabkan jangkar berputar.Ketika jangkar berputar, komutator mengubah lilitan yangmendapat pengaruh polaritas medan magnet sehingga jangkarakan terus berputar selama kutub positif dan negatif motordiberi daya. Kecepatan putar motor DC (N) adalah pembagianantara tegangan terminal (VTM) dikurangi perkalian arusjangkar motor dan hambatan jangkar motor dengan perkaliankonstanta motor dan fluks magnet yang terbentuk pada motoryang dirumuskan dengan persamaan berikut[11].

(21)

Pengendalian kecepatan putar motor DC dapat dilakukandengan mengatur besar tegangan terminal motor VTM. Metodelain yang biasa digunakan untuk mengendalikan kecepatanmotor DC adalah dengan teknik modulasi lebar pulsa atauPulse Width Modulation (PWM) [11].

PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknikuntuk mengatur kecepatan motor DC yang umum digunakan.Dengan menggunakan PWM kita dapat mengatur kecepatanyang diinginkan dengan mudah. Teknik PWM untukpengaturan kecepatan motor adalah, pengaturan kecepatanmotor dengan cara merubah-rubah besarnya duty cycle pulsa.Pulsa yang yang berubah ubah duty cycle-nya inilah yangmenentukan kecepatan motor. Besarnya amplitudo danfrekuensi pulsa adalah tetap, sedangkan besarnya duty cycleberubah-ubah sesuai dengan kecepatan yang diinginkan,semakin besar duty cylce maka semakin cepat pula kecepatanmotor, dan sebaliknya semakin kecil duty cycle maka semakinpelan pula kecepatan motor. Sebagai contoh bentuk pulsa yangdikirimkan adalah seperti pada gambar 7, pulsa kotak denganduty cycle pulsa 50%. Sedangkan sebagai contoh bentuk pulsaPWM adalah seperti pada gambar 8 [12].



Gambar 7. Pulsa dengan duty cycle 50%Seperti pada gambar 7, semakin besar duty cycle pulsa

kotak, maka semakin lama pula posisi logika high. Jika motordiatur agar berjalan ketika diberi logika high, maka jikamemberi pulsa seperti pada gambar 2 diatas, maka motor akanberada pada kondisi “nyala-mati-nyala-mati” sesuai denganbentuk pulsa tersebut. Semakin lama motor berada padakondisi “nyala” maka semakin cepat pula kecepatan motortersebut. Motor akan berputar dengan kecepatan maksimumjika mendapat pulsa dengan duty cycle 100%. Dengan katalain motor mendapat logika high terus menerus [12].

Gambar 8. Pulsa PWMDengan mengatur besarnya duty cycle pulsa kotak yang

dikirimkan, kita dapat mengatur banyaknya logika high yangdiberikan pada motor, dengan kata lain mengatur lamanyawaktu motor untuk berputar dalam satu periode pulsa. Jikalamanya waktu motor untuk berputar dalam satu periode pulsaini berubah maka kecepatan purtaran motor juga akanberubah, sesuai dengan duty cycle atau waktu motor untukberputar dalam satu periode pulsa [12].

III. KENDALI LOGIKA FUZZY

Logika fuzzy adalah suatu cara yang tepat untuk memetakansuatu ruang input kedalam suatu ruang output. Titik awal darikonsep modern mengenai ketidakpastian adalah paper yangdibuat oleh Lofti A Zadeh (1965), dimana Zadehmemperkenalkan teori yang memiliki obyek-obyek darihimpunan fuzzy yang memiliki batasan yang tidak presisi dankeanggotaan dalam himpunan fuzzy, dan bukan dalam bentuklogika benar (true) atau salah (false), tapi dinyatakan dalamderajat (degree). Konsep seperti ini disebut dengan Fuzzinessdan teorinya dinamakan Fuzzy Set Theory. Fuzziness dapatdidefinisikan sebagai logika kabur berkenaan dengan semantikdari suatu kejadian, fenomena atau pernyataan itu sendiri.Seringkali ditemui dalam pernyataan yang dibuat olehseseorang, evaluasi dan suatu pengambilan keputusan[13].

Fuzzy system (sistem kabur) didasari atas konsep himpunankabur yang memetakan domain input kedalam domain output.Perbedaan mendasar himpunan tegas dengan himpunan kaburadalah nilai keluarannya. Himpunan tegas hanya memiliki duanilai output yaitu nol atau satu, sedangkan himpunan kaburmemiliki banyak nilai keluaran yang dikenal dengan nilaiderajat keanggotaannya[13].

Logika fuzzy adalah peningkatan dari logika Boolean yangberhadapan dengan konsep kebenaran sebagian. Dimanalogika klasik (crisp) menyatakan bahwa segala hal dapat

diekspresikan dalam istilah binary (0 atau 1, hitam atau putih,ya atau tidak). Logika fuzzy menggantikan kebenaranBoolean dengan tingkat kebenaran. Logika fuzzymemungkinkan nilai keanggotaan antara 0 dan 1, tingkatkeabuan dan juga hitam dan putih, dan dalam bentuklinguistic, konsep tidak pasti seperti “sedikit”, “lumayan”, dan“sangat”. Logika ini diperkenalkan oleh Dr. Lotfi Zadehdari Universitas California, Barkeley pada tahun 1965.Logika fuzzy telah digunakan pada bidang-bidang sepertitaksonomi, topologi, linguistik, teori automata, teoripengendalian, psikologi, pattern recognition, pengobatan,hukum, decision analysis, system theory and informationretrieval. Pendekatan fuzzy memiliki kelebihan pada hasilyang terkait dengan sifat kognitif manusia, khususnya padasituasi yang melibatkan pembentukan konsep, pengenalanpola, dan pengambilan keputusan dalam lingkungan yangtidak pasti atau tidak jelas[13].

Teori logika fuzzy yang diajukan oleh Zadeh padapertengahan tahun 1960 (Nikola K, 1998 dari Setiyowati, M.Idan Seta, B.A, 2007), memberikan suatu pemecahan masalahterhadap persoalan yang tidak pasti ini. Sehingga sisteminformasi yang akan dibuat menggunakan model DBMS danquery yang berbasis fuzzy karena model DBMS konvensional,non fuzzy kurang dapat memenuhi kebutuhan sistem informasiini. Banyak model DBMS dan query fuzzy yang ada, salahsatunya adalah model Tahani yang ditemukan pada tahun1977. Prof. Lutfi Zadeh berpendapat bahwa logika benar dansalah dari logika boolean/konvensional tidak dapat mengatasimasalah gradasi yang ada di dunia nyata. Untuk mengatasimasalah gradasi tersebut maka ia mengembangkan sebuahhimpunan samar (fuzzy)[13].

Alat penghapus whiteboard memiliki satu sistempergerakan yaitu sistem pergerakan horizontal yangdigerakkan oleh motor 1 dan motor 2. Gerakan motor 1 danmotor 2 ini diprogram di dalam mikrokontroler yang terdapatpada arduino uno yang mengendalikan motor driver.

Gambar 9. Skema rangkaian motorSistem program pada arduino uno diatur dengan

menggunakan 2 kontroler logika fuzzy (Fuzzy LogicControllers, FLC). Gerakan X dari alat penghapus whiteboardakan didapatkan dari putaran motor 1 dan motor 2. Putaranmotor 1 ini akan menggerakkan penghapus kearah X+ dan X-.

Kecepatan putaran motor DC diatur dengan menggunakansistem fuzzy logic. Pengaturan putaran motor stepper iniadalah dengan merubah lebar sinyal tegangan PWM. PWMadalah singkatan dari Pulse Width Modulation, merupakansuatu metode yang digunakan untuk mengontrol daya yangberkaitan dengan power supply. Pembacaan metode fuzzydimulai dengan menerima input dari sensor gaya yang ada dimotor DC dimana nilainya akan dihitung untuk kemudianhasil dari keluarannya akan dikonversi menjadi PWM untuk

Powersupply

Motordriver

Arduino uno

Motor 1

Motor 2



motor DC.Dalam sistem ini sensor gaya berfungsi sebagai masukan,

dimana sensor ini akan mendeteksi besarnya gaya gesek yangbekerja pada penghapus yang kemudian akan memberikansignal analog mode pwm (pulse width modulation) yang adadi arduino uno, yang selanjutnya akan dikirim ke driver motoruntuk menentukan kecepatan yang akan diberikan sinyal kemotor DC.

Diagram alir untuk menentukan pengaturan kecepatanmotor dengan metode fuzzy pada gambar 10.

Gambar 10. Diagram alir proses fuzzy dalam pengaturan kecepatanmotor

Dalam mengatur kecepatan putaran motormenggunakan metode fuzzy ini kondisi acuannya adalah padakondisi pwmkons “sedang” dan kondisi gaya geseksebenarnya, untuk mendapatkan hasil keluaran dari sensorgaya yang berupa nilai untuk pwm motor digunakan metodemamdani dan defuzzifikasi menggunakan centroid of area(COA).

Gambar 11. Setting parameter masukan dan keluaran pada editorfuzzy

Dengan menggunakan Fuzzy Inference System (FIS)pada perangkat lunak Matlab, disetting dua masukan yaitugaya gesek dengan kondisi “kecil” dan “besar” serta masukanpwm konstan dengan kondisi “Kkecil”, “Ksedang” dan“Kbesar” seperti yang terlihat pada gambar 11.

Masukan pertama yaitu gaya gesek dengan kondisi “kecil”dan “besar”, menggunakan menggunakan membershipfunction tipe gaussmf dapat dilihat pada gambar 12. Angka 0 –28 menyatakan besarnya gaya gesek pada whiteboard olehpenghapus.

Gambar 12. Masukan gaya pada editor fuzzyMasukan kedua yaitu pwm konstan dengan kondisi

“Kkecil”, “Ksedang” dan “Kbesar”, menggunakanmembership function tipe trimf dapat dilihat pada gambar 13.

Gambar 13. Masukan pwmkons pada editor fuzzyUntuk keluaran yang berupa PWM, menggunakan

membership function tipe trimf dapat dilihat pada gambar 14.Kondisi keluaran PWM ini ada tiga yaitu “lambat”,“menengah” dan “cepat”.

Gambar 14. Keluaran pwm pada editor fuzzyKeputusan yang diberikan oleh fuzzy contoller berasal dari

rule-rule yang ada pada basis data. Keputusan-keputusan inidisimpan sebagai kumpulan rule. Dasarnya rule-rule tersebutadalah sebuah rule if-then yang intuitif dan mudah dimengerti,karena hanya merupakan kata-kata. Ada 6 rule yangdigunakan dalam pengaturan kecepatan putaran motor padaalat penghapus whiteboard ini.



Tabel 1. Aturan Dasar (Base Rules)Motor gaya pwmkons pwm

Motor 1dan

Motor 2

kecil besar cepatkecil sedang cepatkecil kecil menengahbesar Kbesar menengahbesar Ksedang menengahbesar Kkecil lambat

Rule ini dimasukkan ke dalam “rule editor” seperti padagambar 15.

Gambar 15. Setting rule pada editor fuzzyRule yang telah dimasukkan pada rule editor dapat dilihat

pada opsi rule viewer seperti terlihat pada gambar 16. Ruleviewer ini digunakan untuk mengatur kecenderungan apakahkecepatan putaran motor adalah cepat atau lambat, yaitutergantung dari besar kecilnya nilai pwm pada keluaran. Untukmengatur kecenderungannya dapat dilakukan denganmenggeser garis tengah berwarna merah untuk tiap fungsikeanggotaan.

Gambar 16. Rule viewer pada editor fuzzyHasil dari rule viewer ini bisa dilihat dalam bentuk gambar

3 dimensi yang bernama surface viewer . Gambar surfaceviewer dapat dilihat pada gambar 17. Surface viewer inimerupakan plot grafik dari data-data yang dikeluarkan padaproses defuzzifikasi.

Gambar 17 Surface viewer pada editor fuzzyUntuk menguji fuzzy yang telah dibuat, caranya adalah

kembali ke command window, kemudian ketik:fis=readfis('fuzzy21) lalu enter maka matlab akan meloadengine FIS yang telah dibuat. Engine FIS yang diload olehMatlab dapat dilihat sebagai berikut

>>fis=readfis('fuzzy21’)fis =

name: 'fuzzy21'type: 'mamdani'

andMethod: 'min'orMethod: 'max'

defuzzMethod: 'centroid'impMethod: 'min'aggMethod: 'max'

input: [1x2 struct]output: [1x1 struct]rule: [1x6 struct]

File engine FIS yang dibuat dapat dilihat pada commandeditor seperti dibawah ini

[System]Name='fuzzy21'Type='mamdani'Version=2.0NumInputs=2NumOutputs=1NumRules=6

AndMethod='min'OrMethod='max'ImpMethod='min'AggMethod='max'

DefuzzMethod='centroid'

[Input1]Name='gaya'Range=[0 28]NumMFs=2

MF1='kecil':'gaussmf',[7 0]MF2='besar':'gaussmf',[7 28]

[Input2]Name='pwmkonst'Range=[0 255]

NumMFs=3MF1='Kkecil':'gaussmf',[38.3 64.11]MF2='Ksedang':'gaussmf',[41.4 138.76]MF3='Kbesar':'gaussmf',[38.3 237.047]



[Output1]Name='PWM'

Range=[0 255]NumMFs=3

MF1='lambat':'gaussmf',[38.3 -4.49]MF2='menengah':'gaussmf',[41.4 127.5]MF3='cepat':'gaussmf',[38.3 258.09]

[Rules]1 3, 3 (1) : 11 2, 3 (1) : 11 1, 2 (1) : 12 2, 2 (1) : 12 3, 2 (1) : 12 1, 1 (1) : 1

Hasil defuzzifikasi bisa diuji dengan memasukkan rule yangtelah dibuat dengan mengetik instruksi evalfis.

>> out = evalfis([1 1],fis)out =

127.5000........>> out = evalfis([1 255],fis)out =



127.5000Data dari evalfis ini sebenarnya adalah data yang

digunakan untuk membuat plot pada surface viewer dalambentuk 3 dimensi. Grafik masukan PWM dan keluaran PWMpada gaya 0 N sampai dengan 28 N dalam bentuk 2 dimensidapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 18. Grafik masukan PWM dan keluaran PWM pada gaya0N-28N

Pada gambar diatas, ketika nilai gaya 28N, nilai keluaranPWM cenderung kecil dibandingkan dengan gaya-gaya yanglebih kecil nilainya. Nilai keluaran PWM yang paling besardiperoleh dari kombinasi gaya yang kecil (0N) dan masukanPWM yang besar (255).

IV. KESIMPULAN

Sistem kendali dengan menggunakan kendali logika fuzzydapat diterapkan untuk pengontrolan gerakan motor padamikrokontroler yang terdapat pada arduino uno. Pada motordriver menggunakan sistem aktiv low, sehingga apabila diberimasukan low pada program, maka motor driver akan aktiv.Gerakan sumbu X dari alat penghapus whiteboard didapatkandari putaran motor 1 dan motor 2 yang akan menggerakkanpenghapus kearah X+ dan X-. Dengan kendali logika fuzzy inidapat diatur kecepatan putaran motor yang diinginkan dalammencapai suatu posisi yang diharapkan. Dengan demikiankecepatan motor DC dalam merespon suatu perintah dapatpula diatur dengan menggunakan kendali logika fuzzy.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim, Papan Tulis (white board)(http://www.sentraoffice.com/ papan-tulis-whiteboard . diaksespada 9 November 2013)

[2] Supardi. 2013. Penghapus Papan Tulis Otomatis BerbasisMikrokontroller ATmega 16 [Tesis]. Universitas NegeriYogyakarta. Yogyakarta.

[3] Farhan Yasyirli Amri, Mulia Kausar, Henry Manurung, AdityaEffendi, Dimas Dayyuna Kusuma. Penghapus Papan Tulis KacaOtomatis. (http://wiryadinata.web.id/?page_id=156 diakses pada9 November 2013). Jurusan Teknik Elektro, Universitas SultanAgeng Tirtayasa. Cilegon.

[4] Anonim. Pembahasan UMPTN 1992 Bab II Mekanika.(http://books.google.co.id/ diakses pada 10 November 2013)

[5] J.J.M. Hagendoorn. 1992. Konstruksi Mesin 2. Penerbit PT.Rosda Jayaputra. Jakarta

[6] Rafiudin Syam. 2012. Konsep dan Cara Membuat Mobile Robot.Penerbit Membumi publishing. Makassar.

[7] Dhimas Satria. 2013. Diktat Kuliah Elemen Mesin II. JurusanTeknik Mesin. Fakultas Teknik. Universitas Sultan AgengTirtayasa.

[8] R. S. Khurmi, J. K. Gupta. 2005. Textbook of Machine Design.Eurasia Publishing House(Pvt)Ltd . New Delhi. India

[9] Sularso. Kiyokatsu Suga. 1997. Dasar Perencanaan danPemilihan Elemen Mesin. Pradya Paramita. Jakarta.

[10]Feri Djuandi. 2011. Pengenalan Arduino. www.tobuku.com/docs/ Arduino-Pengenalan.pdf?

[11]Fahmizal, Driver Motor DC pada Robot Beroda denganKonfigurasi H-BRIDGE MOSFET(http://fahmizaleeits.wordpress.com/2011/ 12/04/driver-motor-dc-pada-robot-beroda-dengan-konfigurasi-h-bridge-mosfet/diakses pada 10 Februari 2014)

[12]Anonim, Pengaturan Kecepatan Motor Dengan PC oleh DST-52(http://delta-electronic.com/article/wp-content/uploads/ 2008/09/an0082.pdf diakses pada 6 April 2014)

[13]Anonim, Chapter II Tinjauan Teoritis(http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25178/4/Chapter%20II.pdf diakses pada 29 Maret 2014)[1]



Perancangan Alat Pengolahan Limbah Cair Tahu

Hasan HaririJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas PancasilaJakarta

[email protected]

Eka Maulana dan Megara MunandarJurusan Teknik Mesin, Fakultas teknik

Universitas PancasilaJakarta

[email protected]

Abstract— Tahapan proses produksi tahu adalah pencucian,perendaman, penggilingan, pemasakan, penyaringan,pengentalan, pencetakan dan pemotongan. Jumlah limbah cairproses produksi tersebut apabila dibuat secara langsung dapatmencemarkan lingkungan, khususnya terhadap kuantitas dankualitas air tanah. Ketersedian tahu untuk masyarakat indonesiadipenuhi oleh industri kecil menegah. Pelaksanaan prosesproduksi tahu oleh industri kecil menegah di indonesia masihmengabaikan dampak pencemaran lingkungan. Pengolahanlimbah cair dengan metode anaerob-aerob telah diterapkandalam bentuk prototipe melalui penggunaan 3 (tiga) medianpenyaring pada tahap anaerob dan pelarutan gas oksigen padatahap aerob akan tetapi setelah melalui tahap uji kinerjamemiliki kelemahan berupa : ukuran gelembung kecil, instalasipipa mengalami kebocoran dan terjadi getaran terlalu besar,serta jumlah oksigen yang terlalu sedikit. Kelemahan yangterjadi pada teknologi pengolahan limbah cair tahu denganmenggunakan gas oksigen dapat teratasi dengan melakukanoptimasi desain. Optimalisasi teknologi pengolahan limbah cairtahu dengan menggunakan gas oksigen untuk mencapai standarbaku mutu limbah cair dilakukan menggunakan metode taguchi.Metode taguchi merupakan metode penerapan pemeriksaankualitas produk pada tahap desain. Tujuan penelitian ini adalahtercapainya perwujudan teknologi pengolahan limbah cair tahuyang mampu mencapai baku mutu limbah cair industri.

Kata kunci— Metode taguchi, alat pengolah limbah cair tahu,limbah cair tahu.

I. PENDAHULUAN

Tahapan proses produksi tahu adalah pencucian,perendaman, penggilingan, pemasakan, penyaringan,pengentalan, pencetakan dan pemotongan. Tahu bermassa 80kg dihasilkan dari pengolahan kedelai bermassa 60 kg denganair bermassa 2.700 kg. Proses produksi tahu tersebut akanmenghasilkan 70 kg ampas tahu dn 2.610 kg limbah cair.Jumlah limbah cair proses produksi tersebut apabila dibuatsecara langsung dapat mencemarkan lingkungan, khususnyaterhadap kuantitas dan kualitas air tanah (Srihartati et al, 2004).Ketersedian tahu untuk masyarakat indonesia dipenuhi olehindustri kecil menegah. Pelaksanaan proses produksi tahu olehindustri kecil menegah di indonesia masih mengabaikandampak pencemaran lingkungan.

Pengolahan limbah cair dengan metode anaerob-aerob telahditerapkan dalam bentuk prototipe melalui penggunaan 3 (tiga)median penyaring pada tahap anaerob dan pelarutan gasoksigen pada tahap aerob akan tetapi setelah melalui tahap ujikinerja memiliki kelemahan berupa : ukuran gelembung kecil,instalasi pipa mengalami kebocoran dan terjadi getaran terlalubesar, serta jumlah oksigen yang terlalu sedikit. Kinerja

teknologi ini bergantung kepada sparger (pelarut gas), instalasipipa, dan pompa.

Kelemahan tersebut terbukti dengan tidak tercapainyastandar baku mutu limbah cair yang telah ditetapkan olehpemerintah. Kelemahan yang terjadi pada teknologi pengolah-an limbah cair tahu dengan menggunakan gas oksigen dapatteratasi dengan melakukan optimasi desain. Optimalisasiteknologi pengolahan limbah cair tahu dengan menggunakangas oksigen untuk mencapai standar baku mutu limbah cairdilakukan menggunakan metode taguchi. Metode taguchimerupakan metode penerapan pemeriksaan kualitas produkpada tahap desain.


Komponen-komponen yang mempengaruhi kinerjateknologi pengolahan limbah cair tahu dengan gas oksigenadalah sparger, intalasi pipa, pengaturan aliran, alat ukur,media penyaring, dan penompang, dapat dilihat pada gambar 1.

A. Metode TaguchiMetode taguchi diapalikasikan oleh perusahaan-perusahaan

manufaktur jepang dalam rangka memperbaiki kualitas produkdan proses. Penekanan lebih diutamakan pada rancangankualitas pada produk dan proses, bukan pada taraf infeksi padaproduksi. Di dalam perbaikan kualitas secara esensial taguchimemakai alat-alat statik, tetapi dia menyederhanakan denganmengidentifikasikan beberapa petunjuk yang kuat untuk layouteksperimen dan menganalisa hasilnya.

Desain eksperimenSuatu desain eksperimen adalah evaluasi secara serentak

terhadap dua atau lebih faktor (parameter) terhadapkemampuan untuk mempengaruhi rata-rata variabel hasilgabungan dari karakteristik suatu produk atau proses tertentu.Untuk mencapai hal ini secara efektif dan sesuai secara statik,level dari faktor kontrol diabuat bervarian, hasil dari kombinasipengujian tertentu diamati, dan kumpulan hasil sengkapnyadianalisa untuk menentukan faktor-faktor yang berperan dantingkatan yang baik, dan apakah peningkatan atau pengurangantingkata-tingkatan tersebut akan mengasilkan perbaikan lebihlanjut.



Gambar 1. Komponen yang mempengaruhi kinerja teknologi pengolahanlimbah cair tahu

Metode taguchiMetode taguchi merupakan suatu metodologi baru dalam

bidang teknik yang bertujuan untuk memperbaiki kulitasproduk dan proses dalam waktu yang bersamaan menekanbiaya dan sumber daya seminimal mungkin. Metode taguchiberupa mencapai sasaran itu dengan menjadikan produk atauproses “tidak sensitif” terhadap berbagai faktor sepertimisalnya material, perlengkapan manufaktur, tenaga kerjamanusia, dan kondisi-kondisi operasional. Metode taguchimenjadikan produk atau proses bersifat kokoh (robust)terhadap faktor gangguan (noise), karenya metode ini disebutjuga sebagai perancangan kokoh (rebust design).

III. TAHAPAN PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN

TEKNOLOGI PENGAWETAN TAHU RAMAH LINGKUNGAN

A. Pernyataan Visi dan MisiPernyataan visi dan misi adalah hasil dari fase perencanaan

yang melalui tahapan identifikasi kebutuhan yang diambil daridata sekunder melalui internet dengan hasil pengawetan tahumasih dilakukan dengan cara tradisional dengan menggunakanformalin, dapat dilihat pada tabel 1.

Terlihat pernyataan misi pada tabel 1 menunjukkanperwujudan teknologi pengawetan tahu dalam bentuk alatpenghasil air jenuh O2. Alat penghasil air jenuh O2diharapkan dapat diterapkan di industri tahu mulai dariprodusen tahu, koperasi sebagai pengelola UKM tahu,pedagang tahu dan konsumen tahu.

TABLE I. PERNYATAAN MISI ALAT PENGHASIL AIR JENUHO2

Uraian Produk Alat yang mempunyai fungsi menghasilkan air berkandungan O2 untuk pengawetan tahu

Sasaran bisnis utama Produk dapat diluncurkan pada tahun 2014

Pasar utama Produsen pembuat tahu

Pedagang tahu

Ibu rumah tangga

Pengawetan tahu dengan cara baru

Daya tahan tahu setelah diawetkan bisa lebih lama

Pedagang tahu

Produsen tahu

Bagian produksi

Bagian penjual

Pernyataan misi : Alat penghasil air jenuh O2

Pasar kedua

Asumsi-asumsi danBatasan-batasan

Stakeholder

B. KonsepPengembangan konsep dalam rangka memperoleh konsep

yang sesuai dengan karakteristik industri tahu di Indonesiadilakukan melalui beberapa tahapan kegiatan yang meliputi:identifikasi kebutuhan pelanggan, spesifikasi produk,penentuan aliran fungsi/struktur fungsi, kombinasi konsep,seleksi konsep, penilaian konsep, dan pengujian konsepterpilih. Identifikasi kebutuhan diperoleh dari kuistioner kepadaprodusen tahu, pedagang tahu yang diterjemahkan ke dalamtabel kebutuhan pelanggan. Tabel kebutuhan pelanggan yangdiperoleh dari hasil pengolahan data kuestioner menunjukkanhasil pengawetan tahu dan keamanan alat sewaktu penggunaansebagai kebutuhan yang diprioritaskan oleh pelanggan.Kemudian kebutuhan pelanggan tersebut ditelaah berdasarkankomponen alat yang dapat mengakomodasi kebutuhanpelanggan yang ingin dicapai dan dituangkan dalam metrik-metrik kebutuhan yang memiliki kesamaan dengan House ofQuality (HOQ). Metrik kebutuhan menunjukkan komponenalat yang mempengaruhi kinerja alat adalah sparger.Kemudian untuk memperoleh spesifikasi produk dilakukanpemetaan kemampuan produk pesaing yang memilikikemampuan yang sama dengan alat penghasil air jenuh O2.yang dituangkan kedalam tabel produk pesaing yang telahdinilai oleh konsumen yang dijadikan narasumber untukkuestioner. Berdasarkan tabel produk pesaing terlihatkemampuan produk pesaing menunjukkan narasumber lebihmemilih pengawetan dengan bantuan teknologi dan aman bagikesehatan yaitu teknologi pengawetan tahu dengan vacuumchamber. Vacuum chamber merupakan teknologi pengawetanmakanan padat dengan mempergunakan campuran 3 jenis gas(O2, CO2 dan N2) akan tetapi teknologi tersebut membutuhkaninvestasi ratusan juta sehingga tidak cocok untuk diterapkanpada UKM yang memiliki keterbatasan modal, sehinggadiperlukan teknologi pengawetan tahu yang aman danekonomis. Tahap selanjutnya adalah penetapan nilai untukparameter penentu spesifikasi produk dengan melakukanperbandingan dengan produk pesaing, dapat dilihat pada tabel2.

Diagram fungsi untuk teknologi pengawetan tahumenunjukkan urutan prinsip kerja secara garis besar untukmengawetkan tahu terdiri dari penyedotan fluida dari wadahpenampung air oleh pompa, pelarutan gas O2 dalam air olehsparger, pengaliran hasil pelarutan ke dalam wadahpenyimpanan oleh pompa, pengaliran hasil pelarutan kekembali ke dalam wadah penampung air yang mengalirberdasarkan perbedaan ketinggian, untuk kemudian disedotkembali oleh pompa dan proses terus berulang sebanyak 5(lima) kali untuk menghasilkan air jenuh O2. Diagram fungsitersebut selanjutnya dihubungkan dengan alternatif tahapanproses pengawetan tahu dengan komponen pengendal darimasing-masing tahapan proses dalam bentuk tabel kombinasi.Dapat dilihat pada tabel 3.

TABLE II. SPESIFIKASI PRODUK



NoMetrik

Kebutuhan Metrik Kepentingan Satuan Nilai Marginal Nilai Ideal

1 1 Durasi pembuatan air jenuh O2 3 Mnt2 2,17 Daya pompa 2 L/mnt 50 353 3,5 Dimensi Alat 3 mm4 5,18 Waktu perawatan 3 Periode 1 15 18 Penggantian tabung gas 2 Mnt 10 56 4 Jumlah komponen 1 Buah 8 >10 7 8,13 Kemampuan pipa menahan tekanan 5 Bar8 7,9 Kemampuan rangka menahan beban 5 N 3000 2943 9 10,13 Kemampuan tempat pengawetan tahu menahan 4 Bar

10 11 Kemampuan tempat pengawetan tahu menahan 4 ˚C11 7,12 Kemampuan regulator menahan tekanan 5 Bar12 13 kemampuan flow meter mengalirkan O2 5 mg/L 70 13 3,14 Kemudahan operator menggunakan flow meter 3 Subj - - 14 6 Umur pakai pipa 3 Thn 5 >515 6 Umur pakai sparger 3 Thn 5 >516 6 Umur pakai tempat pengawetan tahu 3 Thn 5 >517 6 Umur pakai meja 3 Thn 5 >518 6 Umur pakai pompa 3 Thn 5 >519 15 Kemampuan sparger menahan tekanan 5 Bar20 13,16 Kemampuan sparger mencampur O2 5 mg/L 70 7021 13 Daya tahan tahu setelah diawetkan 5 Hari >5 >722 13 Rasa tahu 5 Subj - - 23 13 Bau tahu 5 Subj - -

Spesifikasi produk pada tabel 2 dituangkan ke dalamdiagram fungsi untuk membuat alternatif konsep.

Gambar 2. Diagram fungsi untuk teknologi pengawetan tahu

Kombinasi konsep pada tabel 3 menunjukkan 4(empat)alternatif konsep teknologi pengawetan tahu yaitu secaraberurut pengawetan tahu dengan menggunakan sparger skalakecil dan menengah, pengawetan tahu dengan MAP,pengawetan tahu dengan larutan buatan tangan (larutan ekstrakherbal/formalin). Ke empat konsep tersebut dipilih denganmenggunakan matrik seleksi konsep dengan hasil seleksimenunjukkan konsep 2 terpilih.

TABLE III. KOMBINASI KONSEP

Metodepengawetan tahu

Proses pelarutan gasdalam air

Menerapkan metodepengawetan pada tahu

Pengalir airjenuh

Tempatpenampungan

Perendaman tahudengan air jenuh O2

Sparger (blanketing) Air jenuh O2 + tahu Pipa Kaleng blek

Tangki

Perendaman tahudengan campuran 3

gas

Vacuum Chamber(blanketing)

Campuran 3 gas + tahuSaluran beton

permanenChambermachine

Perendaman denganlarutan ekstrak herbal

Larutan ekstrak herbal +tahu

Perendaman denganformalin

Formalin + tahu

Keterangan:Kombinasi 1Kombinasi 2Kombinasi 3

Ember kecilPerendaman manual

Penilaian rinci hanya dilakukan untuk konsep 1,2 dan 3dengan menggunakan pembobotan nilai berdasarkan kriteriadari teknologi yang diprediksi mempengaruhi kinerja dariteknologi.

Hasil penilaian konsep menunjukkan konsep 2 sebagaikonsep unggulan yaitu teknologi pengawetan tahu berdasarkanmetode pelarutan gas O2 dalam air atau dapat disebut sebagaialat penghasil air jenuh O2 yang akan dikembangkan untukfase perancangan dan pengembangan produk berikutnya.

C. Perancangan Tingkat Sistem

Perancangan tingkat sistem untuk alat penghasil air jenuhO2 dilakukan dengan membuat arsitektur produk dan desainindustrinya. Arsitektur produk berisikan elemen-elemenfungsional yang terdiri dari beberapa kumpulan komponenyang disebut dengan Chunk, dari alat berdasarkan tahapanproses pengawetan tahu pada diagram fungsi (Gambar 3).

Gambar 3. Chunk dari alat penghasil air jenuh O2

Chunk dari alat penghasil air jenuh O2 terdiri dari 6(enam)sebagai berikut:

Sumber air, kelompok komponen yang berfungsi sebagaibak penampungan air sebagai material dasar.

Sumber gas, kelompok komponen yang berfungsi sebagaipenyuplai dan pengatur inputan gas O2.

Material pembuatan air jenuh O2, kelompok komponenyang berfungsi sebagai lokasi tercampurnya air dengan gas.

Proses pecampuran material pembuatan air jenuh O2,kelompok komponen yang berfungsi sebagai alat pelarut gasdalam air. Komponen yang dipergunakan pada prosespencampuran ini adalah instalasi pipa, instalasi gas, dansparger.

Penampungan, kelompok komponen yang berfungsisebagai wadah penyimpanan air jenuh O2.

Rangka, kelompok komponen yang berfungsi sebagaipondasi bagi wadah dan bak penampungan sehingga ketika airdan gas O2 diputar mampu menahan beban wadah, air dan gas.

Setelah arsitektur produk terbentuk selanjutnya dilakukanpembuatan desain industri dengan kembali dilakukanpenyebaran kuestioner untuk membuat tabel desain industrialat penghasil air jenuh O2 yang dinilai kriteria ergonomis danestetikanya oleh narasumber. Desain industri alat penghasil airjenuh O2 menunjukkan keamanan saat pengoperasianteknologi, hasil pengawetan tahu dan kemudahan dalamperakitan menjadi perhatian konsumen. Sehingga dalamrancangan rinci harus diutamakan ketiga kriteria tersebut.

D. Perancangan RinciKeluaran dari perancangan rinci adalah rancangan dari alat

penghasil air jenuh O2 dan estimasi rincian biaya produksi danperakitan. Konsep 2 yang telah terpilih melalui matrikpenilaian dibuat rancangannya sebagai berikut:



Gambar 4. Rancangan Alat Penghasil Air Jenuh O2

Faktor-faktor yang diamati terbagi atas faktor kontrol danfaktor gangguan. Dalam metode taguchi keduanya perludiidentifikasi dengan jelas sebab pengaruh antar kedua faktortersebut berbeda.TABLE I. faktor kontrol yang berpengaruh pada perancangan limbah cair

tahu

No Faktor Kontrol

1 Bil Reynold yg Komprosibel2 Suhu air / tekanan3 Diameter pipa4 Diameter venturi5 Kecepatan aliran fluida6 Kecepatan oksigen7 Kecepatan Pompa

IV. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian ini maka dapat di simpulkan :1. Limbah cair tahu memiliki suhu 37-45 0C, kekeruhan

535-585 FTU, warna, 2.225-2.250 Pt. Co, amomia23,3-23,5 mg/l, BOD5 6000-8000 mg/l dan COD7.500-14.000 mg/l yang ada untuk saat in SementaraKepmen LH No. 51/MENLH/10/1995 menetapkanlimbah cair industri yang diperbolehkan Menguranginilai amonia menjadi 1-5 mg/l, BOD 50-150 mg.l danCOD 100-300 mg/l.

2. Dilakukannya proses secara berkali-kali pada gambar4 agar nilai dari amonia, BOD, dan COD berkurang.Serta dilakukan pendesaianan tambahan untukmendapatkan hasil yang optimal agar bisamendapatkan air limbah yang sesuai dengan peraturanpemerintah.

3. Pengambungan / pencampuran antara limbah cairdengan oksigen, supaya bisa mendapatkan hasillimbah cair menjadi air yang dapat dibuang langsungkedalam sungai.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Alia Damayanti, Joni Hermawan, dan Ali Masduqi. (2004),Analisis Resiko Lingkungan dari Pengolahan Limbah PabrikTahu dengan Kayu Api(Pistia Stratiotes L.), Jurnal PurifikasiVol.5, No.4, Hal. 151-156.

[2] Ahmad Adrianto (2003), Penentuan Parameter Kinetika ProsesBiodegradasi Anaerob Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit, JurnalNatur Indonesia 6(1), Hal. 45-48.

[3] Antara Nyoman Semadi (1996), Kinerja Sistem Lumpur Aktifpada Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu, Majalah IlmiahTeknologi Pertanian Vol.2 No.1, Edisi 33.

[4] Bower, John S., Sparger and Surface Gas Transfer for CellCulture Bioreactors. Schering-Plough Research Institute.

[5] Gede Eka Lesmana, Setiyono, and Yohanes Dewanto. (2011),Purification Process of Tofu Waste Water Factory, InternationalSeminar on Chemical Engineering Soehadi Reksowardojo,ISBN No. 978-979-98300-1-2.

[6] Jiang-Rong Li, and Yun-Hwa P Hsieh. (2004), TraditionalChinese Fodd Technology and Cuisine, Asian Pasific J ClinNutr, Pg. 147-155.

[7] Kaswinarni, Fibria. (2007), Kajian Teknik Pengolahan LimbahPadat dan Cair Industri Tahu, Tesis Pasca Sarjana ProgramStudi Ilmu Lingkungan, Universitas Diponegoro.

[8] Kulkarni, A.V, Swarnendu, S., Roy, J.B.Joshi. (2007), Pressureand flow distribution in pipe and ring spargers: Experimentalmeasurements and CFD Simulation, Chemical EngineeringJournal 133, Pg. 173-186, diakses dariwww.elsevier.com/locate/cej

[9] Martial et all, Pengolahan Limbah Cair Pati Secara AerobMenggunakan Mikroba Degra Simba, www.undip.ac.id, diaksespada tanggal 21 Februari 2012.

[10] Srihartati, Takiyah Salim, dan Sukirno. (2004), TeknologiPenanganan Limbah Tahu Cair, Prosiding Seminar NasionalRekayasa Kimia dan Proses, ISSN: 1411-4216.

[11] Tuhu Agung R dan Hanry Sutan Winata. (2010), PengolahanAir Limbah Industri Tahu dengan Menggunakan TeknologiPlasma, Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan Vol2. No.2.

[12] Webster, R.C, General Principles of Sparging, Food IndustryService Airco Sparging Equipment.

[13] Wina at all. (2012), Teknologi Pengolahan Limbah Cair Tahu,draft jurnal PETRA online, Universitas PETRA, Surabaya.

[14] Zhou, H dan Smith, D.W. (2002), Advance Technologies inWater and Wastewater Treatment, Journal EnvironmentEngineering Science Vol.1, Hal. 247-264. NRC Research Paper.

[15] Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No.3 Tahun1995, Tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kawasan Industri.

[16] Soejanto Irawan, (2009) desain eksperimen dengan metodetaguchi, graha ilmu, yogyakarta.

.



Analisis Termoekonomi Pemanfaatan Brine HasilBuangan Produksi Sumur Cluster 5 Pembangkit

Listrik Tenaga Panas Bumi LahendongSulawesi Utara.

Hendra UloliUniversitas Negeri Gorontalo

Teknik Industri – Fakultas TeknikGorontalo, [email protected]

Stella JunusUniversitas Negeri Gorontalo

Teknik Industri – Fakultas TeknikGorontalo, Indonesia

[email protected]

Abstract—The aims of this study is to utilize brine from wells incluster 5, which will be injected back to the ground. Through acycle, the brine is used to heat the retrograde working fluid toproduce power where the cycle is called a binary cycle that has notyet exist in Lahendong. Binary cycle was analyzed by energy,exergy and thermoeconomic method to know the process cycle,plant installation costs and to increas the exergetic efficiency of thecycle. Result of binary cycle analysis showed that the retrograde N-pentane is the best working fluid with the power generated 4.593MW, while the results of and exergy and thermoeconomic analysisshow that the amount of investment required for the installation is$5.62 x 103 and the average electricity sale is 3.33 ¢ / kWh. Basedon the thermoekonomic calculations that the turbine componenthave largest value of with $173.90 / h, and thereforethis component is considered to be modified.

Key words: geothermal, binary cycle, energy, exergy andthermoeconomic

I. PENDAHULUAN

aat ini dunia sedang mengalami permasalahanlingkungan, khususnya masalah perubahan iklim yangdisebabkan oleh pemanasan global. Salah satupenyebab dari pemanasan global adalah terjadinya

pengaruh efek rumah kaca. Penyebab utama dari hal ini adalahpemakaian bahan bakar fosil baik dalam pemakaian rumahtangga, industri dan pembangkitan daya. Energi fosil atau fuelfossil di dunia persediaanya semakin menipis dengan kata lainjika kita terus menggunakan energi ini maka sebagai energiyang tidak terbarukan, suatu saat akan habis. Negara –negaradi dunia tengah mengupayakan penggunaan energi alternetaifterbarukan, yang selain ramah lingkungan juga mempunyaijangka waktu yang lama dalam pemanfaatannya.

Di Indonesia Salah satu energi alternatif yang palingpotensial adalah dengan memanfaatkan energi panas bumi.Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)memanfaatkan uap bertekanan dan bertemperatur tinggi yangberasal dari perut bumi sebagai sumber energinya energi ini

sangat potensial karena ketersediaanya di Indonesia yangberlimpah yaitu 27189 MWe, dengan pemanfatan 1189 MWeyang nota bene baru sekitar 4,3 % [1]. Usaha pemerintahdalam peningkatan produksi geothermal terlihat dalamKebijakan Energi Nasional (KEN) yang salah satunyamengupayakan agar produksi geothermal di Indonesianantinya pada tahun 2025 mencapai target 33% atau sekitar9000 MWe [2].

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)lahendong adalah salah satu pembangkit di Indonesia yangterus melakukan pengembangan pemanfaatan panas bumidengan produksi PLTP unit 4 dan perencanaan unit 5 dan 6.Brine yang dihasilkan pada cluster 5 sebesar 800 T/h yangdigunakan oleh PLTP unit 3 Lahendong hanya sebesar 175T/h sisanya dengan jumlah yang cukuo besar 625 T/hdiinjeksikan lagi kedalam tanah [3]. Brine yang diinjeksikankembali kedalam tanah masih mempunyai potensi energiyang sangat besar guna penambahan produksi listrik dengancara menambahkan sistem pembangkit siklus biner sebagaipembangkit tenaga listrik.Dengan alasan diatas analisis siklus biner berupa analisistermoekonomi sangat perlu untuk dikembangkan gunamengetahui bagaimana siklus biner yang optimum untukkondisi PLTP Lahendong serta mengestimasi total biaya yangdiperlukan guna instalasi serta operasi pembangkit siklus binersekaligus harga jual listrik rata-rata yang dihasilkanperkilowatnya. Penelitian ini juga bertujuan untukmengevaluasi komponen-komponen yang harus dimodifikasiguna peningkatan efisiensi eksergi siklus.

II. LANDASAN TEORI

A. Energi Panas Bumi

Energi panas bumi adalah energi panas yang tersimpandalam bentuk batuan atau fluida yang terkandung di bawahpermukaan bumi. Energi panas bumi telah dimanfaatkan untuk

S



pembangkit listrik di Itali sejak tahun 1913 dan di SelandiaBaru sejak tahun 1958. Pemanfaatan energi panas bumi untuksektor nonlistrik (direct use) telah berlangsung di Islandiasekitar 70 tahun lalu. Meningkatnya kebutuhan akan energiserta meningkatnya harga minyak, khususnya pada tahun 1973dan 1979 telah memacu negara‐negara lain, termasuk AmerikaSerikat untuk mengurangi ketergantungan mereka padaminyak dengan cara memanfaatkan energi panas bumi [4].

Indonesia memiliki potensi panas bumi yang sangatbesar. Penyelidikan energi panas bumi di Indonesia dimulaisekitar tahun 1920 dan pengusahaannya berkembang daritahun ke tahun sehingga distribusi geothermal di Indonesiasampai tahun 2009, yang terbanyak terdapat di pulau Jawasebesar 1117 MWe dengan total produksi 1189 MWe [2].

B. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Lahendong

Area Lahendong terletak di Kota Tomohon SulawesiUtara sekitar 20 km dari ibukota Manado. Area Lahendongyang dioperasikan sejak tahun 2001 diawali denganpengoperasian PLTP Unit-1 sebesar 20MW. PengembanganUnit PLTP berikutnya yang telah dirintis sejak tahun 2004 kinitelah membuahkan hasil dengan telah dioperasikannya PLTPUnit-2 20 MW sejak awal tahun 2007, sedangkan PLTP Unit-3 sudah beroperasi secara komersial pada 2009, sehingga akanmenjadikan total kapasitas terpasang di Area Lahendongmenjadi sebesar 60 MW. Pada gambar 2 dapat kita lihat tigalokasi sumur (Cluster 13, 4 dan 5) area geothermal Lahendongyang mensuplai tiga unit PLTP (PLTP unit I, 2 dan 3),sedangkan PLTP unit 4 disuplai sebagian dari cluster 5.Sebagian dari Pengembangan proyek Lahendong Unit 4 sudahmenyelesaikan pemboran sebesar 4 sumur. PLTP Lahendongmerupakan unit pembangkit terbesar dan memberikankontribusi sistem kelistrikan di Sulut sebesar 40 persen [1].

Gambar 1. Area Geothermal Lahendong [1]

C. Konsep Termodinamika

Saat ini siklus biner menjadi tipe pembangkit geothermaldengan jumlah unit terbanyak yaitu 162 unit beroperasi di 17Negara atau 32 % dari jumlah total pembangkit geothermal diDunia. Dari segi besar daya yang dibangkitkan yaitu sejumlah373 MW atau hanya sekitar 4 % dari total energi geothermalyang dibangkitkan di Dunia [5].

1. Potensi Pengkistralan /Pengendapan Silika (SiO2)Silika (SiO2) adalah mineral yang paling sering ditemui

pada geofluid dalam hal ini fluida geothermal. Konsentrasisilika dalam reservoir dikorelasikan dengan temperaturgeofluid menggunakan kelarutan konsentrasi quartz fluidasebagai fungsi temperatur. Silika mempunyai dampak yangsignifikan dalam proses pengolahan fluida geothermal (brine)yang nanti akan digunakan sebagai sumber energy pembangkittenaga. Brine pada pembangkit geothermal baik siklus cetusmaupun biner berpotensi terjadi pengendapan jika brinemengandung silika dengan kelarutan (s) yang rendah,kelarutan fluida ini sangat bergantung pada temperatur,semakin tinggi temperatur brine maka kelarutannya juga akantinggi, dan sebaliknya jika temperatur brine mencapaitemperatur rendah tertentu maka kelarutannya akan turunsehingga memungkinnya terjadi pengendapan silika (SiO2).Potensi pembentukan silika pada siklus biner ditentukan olehbesar SSI yaitu skala pembentukan silika pada siklus biner,dengan SSI >1 akan terjadi potensi pembentukan silikasehingga harus SSI ≤ 1 agar aman terhadap pengendapansilika [5].

Konsentrasi silika dalam brine di reservoir:

Konsentrasi silika hasil ekstraksi separator utama:

Kelarutan silika melewati heat exchanger:

Skala pengkistralan silika melewati heat exchanger:

Dimana Tres adalah temperatur brine di sumur dan Tadalah temperatur brine keluar heat exchanger (Tbrine,out )dengan satuan K sedangkan s adalah kelarutan silika dalambrine dengan satuan part per million (ppm).

(1)(1)

(2)

(3)(3)

(4)(4)



2. Siklus BinerSiklus biner menggunakan fluida kerja yang menyerap

panas dari sumber panas dalam hal ini brine bertemperaturtinggi lewat pada exchanger 1 sehingga menyebabkan fluidakerja menjadi uap bertekanan tinggi kemudian di ekspansi diturbin yang dihubungkan dengan generator. Uap tekananrendah hasil ekspansi kemudian dikondensasikan di heatexchanger 2 menggunakan condenser berpendingin airsehingga berubah fase dari uap ke cair. Setelah melewati heatexchanger 2, fluida kerja cair dipompa dengan tekanan tinggikembali ke heat exchanger 1. Urutan proses siklus biner dapatkita lihat lebih jelas pada gambar 2 dan 3 dibawah ini. [6].

.

Gambar 2. Skema siklus biner sederhana pada sebuah pembangkit

Gambar 3. diagram T-s dan P-h siklus biner sederhana

3. Pemilihan fluida kerja biner (retrograde)Pemilihan fluida kerja sangat di pengaruhi oleh desain

siklus biner yang kita rencanakan. Fluida kerja yang dipilihadalah fluida kerja yang termasuk dalam retrograde dimanaretrograde ini adalah hidrokrabon yang bila diekspansi padaturbin akan berada pada daerah super panas sehingga N-pentane, N-butane, isobutane dan isopentane adalah fluidayang dipilih untuk analisis ini. Pada Gambar 4, terlihatperbedaan yang menyolok antara kurva ekspansi (kurvapositif) retrograde dengan fluida lain yang bukan retrograde(fluida normal) dimana ekspansi retrograde berada pada

daerah super panas (proses b-f) sehingga efisiensi turbin tidakberkurang akibat ekspansi pada daerah basah, sedangkanfluida normal akan mengalami ekspansi pada daerah basahatau pada daerah campuran antara fasa cair dan gas sehinggamembentuk kurfa negative. (prose c-g) [5].

Gambar 4. Diagram T-s yang menunjukan sifat kontras antara kurva normaldan kurva retrograde (DiPippo,2007)

D. Analisis Energi

Hukum pertama termodinamika memperkenalkan konsepenergi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi.Hukum ini menegaskan keekuivalenan perpindahan kerja dankalor sebagai bentuk interaksi yang memungkinkan. Hukumtermodinamika pertama menyatakan bahwa energi tidak dapatdiciptakan dan dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah darisatu bentuk ke bentuk yang lain. Prinsip tersebut juga dikenaldengan istilah konservasi energi. Hukum pertama dapatdinyatakan secara sederhana; selama interaksi antara sistemdan lingkungan, jumlah energi yang diperoleh sistem harussama dengan energi yang dilepaskan oleh lingkungan. Enegidapat melintasi batas dari suatu sistem tertutup dalam duabentuk yang berbeda : panas (heat) dan kerja (work).

Perhitungan laju kesetimbangan energi dan eksergi padasetiap titik (kondisi aliran), eksergi destruksi tiap komponendapat dirumuskan sebagai berikut:

dimana adalah laju energi (kW), adalah laju aliran massa(kg/s) dan adalah entalpi spesifik (kJ/kg)

E. Analisis Eksergi

Eksergi adalah kerja berguna teoritis maksimum (kerjaporos atau listrik) yang diperoleh sebagai interaksi sistemterhadap kesetimbangan perpindahan panas yang terjadidengan lingkungan. Atau, eksergi adalah kerja berguna teoritisminimum yang diperlukan untuk membentuk suatu kuantitasmateri dari substansi yang ada di lingkungan [7].

(5)



(12)

Perhitungan laju kesetimbangan eksergi pada setiap titik(kondisi aliran), eksergi destruksi tiap komponen dapatdirumuskan sebagai berikut:

dimana adalah laju eksergi (kW), adalah entalpidead state (°C), adalah entropi spesifik (kJ/kgK) dan

adalah entropi pada kondisi dead state (kJ/kgK).Eksergi destruksi tiap komponen ditentukan dengan

persamaan:

mana adalah eksergi destruksi komponen (kW),

adalah eksergi destruksi input komponen (kW) dan

adalah eksergi destruksi output komponen (kW).

F. Analisis ekonomiSebuah proyek desain sistem termal yang lengkap

membutuhkan estimasi biaya utama yang terkait dalam proyek(misalnya investasi modal total, biaya bahan bakar, belanjaoperasi dan perawatan, biaya akhir produksi). Biaya totalsebuah item terdiri atas biaya tetap (fixed cost) dan biaya-biaya variabel (variable cost). Fixed cost merupakan biaya-biaya yang tidak hanya tergantung pada laju produksi tetapijuga biaya untuk depresiasi, pajak fasilitas, asuransi,perawatan dan penyewaan. Variable costs adalah biaya-biayayang bervariasi secara langsung dengan volume dari outputseperti biaya-biaya untuk material, buruh, bahan bakar dandaya listrik.

Perhitungan total modal investasi, biaya operasi danperawatan serta biaya produk melalui analisis ekonomimenggunakan metode perhitungan [7] dengan modal investasi30% dari common equity dan 70% dari debt

Total kebutuhan pendapatan tahunan adalah jumlah daridelapan modal pemulihan total (TCR), laba minimum atasinvestasi (ROI), pajak pendapatan (ITX), pajak lain-lain danasuransi (OTXI), biaya bahan bakar (FC) serta biaya operasidan perawatan (OMC).

9 1 2 3 4 5 6 7 8, , ,

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )j j j ce j ps j d j j j jTRR TCR ROI ROI ROI ITX OTXI FC OMC

Ilustrasi total pendapatan yang dibutuhkan pada analisisekonomi dapat kita lihat pada Gambar 5 dibawah ini.

Gambar 5. Kategori pendapatan (kategori biaya-biaya) dari metodekebutuhan pendapatan pada analisis ekonomi.

Biaya operasi dan perawatan rata-rata serta Carryingcharges dihitung dengan persamaan dibawah ini:

CCL = TRRL – FCL – OMCL

Varibel varibel ekonomi dihitung dengan persamaan-persamaan [7]:

Dimana adalah faktor pengembalian modal,

adalah tingkat bunga internal tahunan 10%, n adalah masaoperasi pembangkit yaitu 30 tahun, k adalah faktor rata-rata,dan adalah nilai eskalasi pertahun 4 % [8]. Sedangkanbiaya jual produk didapatkan dengan asumsi load factor 0,85(7446 h/year )sehingga :

Ilustrasi penerimaan yang dibutuhkan selama operasipembangkit dapat kita liha pada Gambar 6 dibawah ini.

(6)

(7)

(11)

(13)

INCOME TAXES

RETURN ON EQUITY

CAPITAL RECOVERY(TR)

(DEPRECIATION)

RETURN ON DEBT

OTHER TAXESAND

INSURANCES

OPERATING ANDMAINTANANCE COS

MINIMUMACCEPTABLE

RETURN

CARRYINGCHARGES

EKSPENSES

ACCEPTABLE

RETURN

TOTALREVENUE

REQUIERMENT (TRR) OR

TOTALPRODUCT COST

(9)

(10)

(14)(8)



Gambar 6. Ilustrasi skala waktu yang digunakan untuk analisis tahun demitahun dan perhitungan biaya-biaya rata-rata (n=20 thn)

Untuk jangka waktu operasi tertentu yang direncanakandari sebuah proyek maka lama waktu pengembalian modalinvestasi (payback period) dapat dihitung berdasarkanpersamaan:

0 , %,P CF P A i n

G. Analisis termoekonomi

Perhitungan variabel-variabel biaya terkait aliran eksergidan non eksergi setiap komponen menggunakan persamaan-persamaan dibawah ini [7].Persamaan keseimbangan biaya :

adalah biaya produk dari komponen ($/h) , adalah biaya

input komponen serta($/h) adalah total investasi

komponen yang merupakan penjumlahan dari biaya investasi

( ) serta biaya operasi dan perawatan ( ) ($/h).

dihitung dengan bantuan persamaan :

adalah biaya rata-rata carrying charges, adalah biayaoperasi dan perawatan rata-rata, adalah biaya pembeliankomponen, adalah biaya total pembelian semuakomponen, dan adalah lama operasi pembangkit selama satutahun dengan factor kapasitas 0,85, besar adalah 7446Jam/Tahun.

merupakan biaya rata-rata perunit eksergi ($/GJ), subskrip

F dan P menandakan input dan output dari komponen.Biaya pemusnahan eksergi:

Beda biaya relatif dari k komponen :

Faktor eksergonomik:


A. Tempat Penelitian

PLTP unit 3 Lahendong dan Cluster 5 PertaminaGeotermal Energi (PGE) Lansot, Tomohon Sulawesi Utara.

B. Prosedur Penelitian

Langkah-langkah yang akan ditempuh dalampenelitian ini meliputi:

1. Studi KepustakaanStudi kepustakaan dilakukan dengan mempelajari serta

mengutip teori dan data sekunder dari referensi yang berkaitandengan analisis dan analisis termoekonomi.

2. Pengolahan dan analisis dataPengolahan data termodinamika dibantu dengan

perangkat lunak EES Engineering Equation Solver [9] untukanalisa temperatur keluar heat exchanger yang aman bagipotensi pengendapan silika (SiO2) serta menjalankan simulasisiklus biner untuk Penentuan fluida kerja biner terbaikdiantara empat fluida kerja biner yang di simulasikan yaitu, N-pentane, Isopentane, N-butane dan Isobutane. Analisaselanjutnya mengikuti langkah langkah dibawah ini:

Perhitungan laju kesetimbangan energi dan eksergi padasetiap titik (kondisi aliran).

Perhitungan total modal investasi, biaya operasi danperawatan serta biaya produk melalui analisis ekonomimenggunakan metode perhitungan [7]

Perhitungan variabel-variabel biaya terkait aliran eksergidan non eksergi setiap komponen.

Selanjutnya dilakukan analisis dengan mengevaluasi hasilperhitungan untuk melakukan pembahasan dengan meninjauvariabel-variabel yang dapat menurunkan biaya produksisecara keseluruhan serta meningkatkan efisiensi eksergetik.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Skala Pembentukan silika (SiO2)

Pada Tabel 1 dapat kita lihat hasil perhitungan skalapengkristalan silika dengan temperatur reservoir 250 °Cmenghasilkan temperatur brine keluar heat exchanger (Tbrine,out

) yang aman dan optimum adalah 146,7 °C dengan skalapengkistralan silika (SSI) ± 1

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(11)



V. Pemilhan Fluida Kerja Terbaik

Untuk mendapatkan fluida kerja langkah pertama yangdilakukan adalah mensimulasikan siklus biner menggunakanempat fluida kerja (Isopentane, N-pentane, Isobutane dan N-butane) dengan mengguanakan syarat batas Tbrine,out ≥ 146,7°C .

Grafik hasil simulasi siklus biner menggunakan fluidakerja Isopentane, N-pentane, Isobutane dan N-butanedidapatkan fluida kerja yang dapat mengekstraksi brine padarange Tbrine,out ≥ 146,7 °C adalah Isopentane dan N-pentane.Simulasi siklus dilakukan dengan variasi temperaturevaporator (TEV) dapat kita lihat pada gambar 7. Secara jelasterlihat bahwa fluida kerja N-pentane dan Isopentanememenuhi syarat sedangkan N-butane dan Isobutane tidakmemenuhi syarat karena tidak Tbrine,out berada dibawah syaratbatas 146,7 °C.

Gambar 7. Grafik hasil hasil simulasi siklus biner menggunakan fluida kerjaIsopentane, N-pentane, Isobutane dan N-butane [9]

Grafik perbandingan daya terhadap Tbrine,out antaraisopentane dan N-pentane yang hasilnya menunjukan N-pentane adalah fluida kerja yang terbaik karenamembangkitkan daya turbin yang lebih tinggi yang dapat kitalihat pada Gambar 8.

Grafik perbandingan daya terhadap Tbrine,out antaraisopentane dan N-pentane yang hasilnya menunjukan N-pentane adalah fluida kerja yang terbaik karenamembangkitkan daya turbin yang lebih tinggi yang dapat kitalihat pada Gambar 8.

Gambar 8. Grafik hasil hasil simulasi siklus biner menggunakan fluida kerjaIsopentane, N-pentane, Isobutane dan N-butane [9]

Analisis termodinamika untuk menentukan fluida kerjaterbaik dilakukan dengan data brine masuk heat exchanger(Tbrine,in) 180,0 °C dan laju aliran massa 173,6 kg/s syaratTbrine,out = 146,7°C serta asumsi-asumsi berupa.

Temperature udara (dry) di Lahendong 28 °C , dengankelembapan udara 0,76 serta tekanan 1 Atm [6]. Rugi tekananpada serta perubahan energy potensial dan kinetik systemdiabaikan pada setiap operasi siklus, untuk mempermudahanalisa termodinamik [5]. Efisiensi isentropic turbin 0,85,umumnya referensi isentropik turbin berada pada rentang 0,7-0,9 [10] dan pada simulasi siklus biner ini diambil efisiensi0,85 dan nilai ini sudah banyak digunakan secara umum padaperancangan turbin. Efisiensi pompa 0,75 dan kipas 0,65 [11].Kenaikan temperature pada air pendingin kondensor 10 °C.Pinch point 5 °C untuk heat exchanger. 2,8 °C yaitubeda minimum antara temperature kondensor dan tempratur airkeluar kondensor [4]. Siklus biner

menggunakan menara pendingin yang adiabatic tipe wetcooling tower, yang menggunakan udara sebagai pendingin air,dan pada tipe ini diperlukan tambahan air (make up water).Temperature air pendingin meninggalkan menara pendingin

sama dengan temperature udara kering 28 °C. Cbrine =

4,197 kJ/kgK, Cwater= 4,184 4,197 kJ/kgK

B. Analisis Energi

No Tbrine, out (°C) s (ppm) SSI

1 70 233,4 2,4832 81,7 271,5 2,1343 92,22 313,6 1,8474 103,3 359,9 25 114,4 410,3 1,4126 125,6 464,8 1,2477 136,7 523 1,1088 146,7 578,8 1,0019 158,9 650 0,8913

10 170 718 0,8069

Tabel 1. Hasil Perhitungan Skala Pembentukan Silika(SiO2)

Tidakditerim

a

DiterimaTbrine,out = 146,7 °C

amanTidak aman

aman amanTidak aman

aman



Hasil simulasi termodinamika siklus biner fluida kerja N-pentane dapat kita lihat pada Gambar 9 dibawah ini.

Gambar 9. Hasil perhitungan simulasi siklus biner fluida kerja N-pentane

Untuk keperluan analisis tahap selanjutnya maka skemasiklus biner fluida kerja N-pentane disederhanakan sepertipada Gambar 10. Angka 5, 6 dan masing-masing adalah dayaturbin, daya pompa fluida kerja seta daya pompa airpendingin.

Gambar 10. Skema aliran siklus biner kerja N-pentane yang disederhanakan

Penyederhanaan simbol untuk tiap aliran sistem siklusbiner bertujuan untuk mempermudah pada analisis-analisisselanjutnya.

Hasil perhitungan keseimbangan energi per aliran siklusbiner fluida kerja N-pentane berdasarkan Gambar 10 dapat

kita lihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil Perhitungan Analisis Energi Dari Siklus Biner FluidaKerja N-pentane

C. Analisis Eksergi

Siklus biner dengan N-pentane sebagai fluida kerjaseperti pada Gambar 10 terdapat empat jenis fluida yangberbeda yaitu, brine, N-pentane , air pendingin dan udarasehingga kita harus menetapkan kondisi dead state untukmasing-masing fluida. Pada siklus yang menggunakan menarapendingin basah sebaiknya menggunakan temperatur bolabasah sebagai dead state karena merupakan temperaturterendah siklus [5].

Hasil perhitungan keseimbangan eksergi per aliran siklusbiner fluida kerja N-pentane dapat kita lihat pada Tabel 3dibawah ini.

Tabel 3. Hasil Perhitungan Analisis Energi Dari Siklus Biner Fluida KerjaN-pentane

Khusus untuk udara yang mendinginkan air pada menarapendingin tidak dibahas karena input dan outputnya langsungterhadap lingkungan sehingga nantinya pada perhitunganpembiayaan eksergi akan diasumsi tidak memakan biaya (C($/h) = 0) [8].Setelah mendapatkan eksergi destruksi peralirandengan mudah kita dapatkan eksergi destruksi perkomponen

Tabel 4. Eksergi Destruksi Perkomponen Siklus Biner Fluida Kerja N-pentane

D.Analisis Ekonomi

Analisis ekonomi dimulai dengan menentukan perkiraanbiaya-biaya yang diperlukan dalam instalasi pembangkit yaitumodal investasi yang dapat dirangkum dalam tabel 5 dibawahini.

Stream SubstanceT

(°C)enthalpy(kJ/kg) (MW)

hs_1 brine 180.8 173.6 766.8 133.12hs_2 brine 168.8 173.6 714.2 123.99hs_3 brine 146.7 173.6 615.3 106.82

1 N-pentane 40.8 47.65 151.9 7.202 N-pentane 42.17 47.65 156.1 7.50

3,ev N-pentane 163.8 47.65 491.2 23.413 N-pentane 163.8 47.65 690.47 33.004 N-pentane 89.1 47.65 594 28.30c1 water 28 506.96 117.37 59.50c2 water 28 506.96 117.77 59.706c3 water 38 506.96 159.256 80.74

Stream Substance T(°C) (mw)hs_1 brine 180.8 23.321hs_2 brine 168.8 20.147hs_3 brine 146.7 14.867

1 N-pentane 40.8 0.0609812 N-pentane 42.17 0.12152' N-pentane 163.8 3.6013 N-pentane 163.8 6.714 N-pentane 89.1 1.438c1 water 28 0.07461c2 water 28 0.194c3 water 38 0.8086

ComponentsExergy destruction

Rate (kW) Percentage (%)

Turbin 679 19.87Evaporator 65 1.90Preheater 1800.5 52.69

Condenser 643.03 18.82Working fluid pump 166.3 4.87Cooling water pump 63.1 1.85

Total 3416.93 100

Ta, out= 163,8 C

Ta, in= 28 C

T3ev= 163,8 C

= 47,65 kg/s

=690 kg/s

Tbrine,out= 146 C

T4= 89.1 C

T1= 40.8 C

T2= 42.17 C

Pc= 119.4 kPa

TCW,in= 28 C

TCW,out= 38 C

P3= 2018[kPa]

T3= 163.8 CTbrine,in= 180.8 C

WT = 4593,4 kW

Wp, wf = 226,8 kW

Wfan = 66,64 kW

Wnet = 4117,2 kW



Tabel 5. Perkiraan Biaya Investasi Pembangkit listrik Siklus Biner FluidaKerja N-pentane Area GEOTHERMAL Lahendong (semua biayadinyatakan Dalam 103 Dollar Pertengahan tahun 2012) [7], [8], [12].

I. Fixed Capital Invesment (FCI)A. Direct costs1. onsite cost

Purchased equipment costs (PEC)1 Turbine 2707.952 Evaporator 38.853 Preheater 78.754 Condenser 117.65 Cooling tower 2316 Cooling water pump 89.257 Working fluid pump 79.88 Other plant equipment 33.6

Total Purchased-Equipment Costs (PEC) 3376,8Piping (7% PEC) 236.376

Installation of equipment (6% PEC) 202.608Instrumentation (4% PEC) 135.072

Electric and equipment (4% PEC) 135.072Total Onsite Costs 776.664

2. offsite costLand (Negliable) 0

Civil structural and facilities (3 % PEC) 101.304Service facilities (5% PEC) 168.84

total offsite cost 270.144Total direct cost 4,356.072B. Indirect costs

Construction (3% DC) 130.6821Engineering and supervision (6 %PEC) 202.608

Contingency (2% PEC) 67.536Total Indirect Costs 400.826

Fixed Capital Invesment (FCI) 4,756.898II. Other Outlays

Startup costs - SU (1% FCI) 47.569Working capital – WC (3% PEC) 101.304

Allowance for funds used duringconstruction (AFUDC (15%FCI) 713.5347

Total Other Outlays 862.4077Total Capital Investment (TCI) 5619.306

IV. Total Pre-operationPlant – Facilities Investment (FCI-land) 5,699.998

Escalated PFI (4% per year) 2015 6,313.083Escalated Start up Cots 53.5086

Escalated Working Capital 116.21Total Net Outlay 6,482.8

Escalated AFUDC (4% per year) 415.81Total Investment 6,898.61

Total Depreciable Capital Investment 6,366.592

Biaya operasi dan perawatan (O & M) pembangkitditentukan berdasarkan fraksi harga perkomponen yang dapatkita lihat pada Tabel 6 dibawah ini.[8]

Tabel 6. Total O & M Berdasarkan Fraksi PEC Komponen (dalam ribuDollar) [8].

Dengan laju inflasi 5 %/tahun dan menggunakanpersamaan (8)-(14) kita dapatkan

, ,

, serta harga juallistrik rata-rata (MPUC) .

Periode Waktu Pengembalian (Payback Period) dihitungberdasarkan total modal investasi (TCI) = $5,619 x 106,Pendapatan rata-rata pertahun (TRRL,CU) = $1,131.3 x106 ,Bunga (iff) = 13,2 %. Maka didapatkan (P/A, 10%,n) = 5,011.Dari tabel bunga diketahui untuk I = 13% [13]: n = 8 ,P/A =4,7988 dan n = 9, P/A = 5,1317 sedangkan dari tabel bungauntuk I = 14% [13] diketahui, n = 9, P/A = 4,9464, serta, n =10, P/A = 5,2161

Dengan demikian, melalui interpolasi diperoleh periodewaktu pengembalian (payback period) : n = 9

E. Analisis Termoekonomi

Hasil perhitungan termoekonomi didapatkan dengan

menggunakan persamaan (18)-(22) yang hasilnya dapatdirangkum dalam Tabel 7 dibawah ini.

F. Pembahasan

Pembentukan endapan kristal silika pada brine dengantemperatur reservoir (Tres = 250 °C) akan terjadi pada heatexchanger pada temperatur brine keluar (Tbrine,out < 146,7°C)dengan skala pembentukan silika SSI < 1 , sehingga

Komponen DC

($/h)

CIZ($/h)

r(%)

f(%)

CIDZ C

($/h)

Turbin 7.93 165.98 74.46 95.44 173.90Condensor 7.44 7.21 38.46 49.21 14.65

Pompafluida kerja

9.07 4.89 80.96 35.04 13.96

Preheater 6.67 4.83 46.04 42.00 11.49Evaporator 0.06 4.83 42.09 98.71 4.89Pompa airpendingin

2.89 5.47 60.42 65.46 8.36

Komponen PEC O & M

Turbine 2 707.95 54.159 (2% of PEC)Evaporator 38.85 3.885 (10% of PEC)Preheater 78.75 7.875 (10% of PEC)Condenser 117.6 4.704 (4% of PEC)

Cooling tower 231 11.55 (5% of PEC)Cooling water pump 89.25 1.785 (2% of PEC)Working fluid pump 79.8 1.596 (2% of PEC)

Other plantequipment

33.6 0.672 (2% of PEC)

Total 86.226

Komponenε

(%)

FE

(MW)

PE

(MW)

DE

(MW)

Fc

($/GJ)

Pc

($/GJ)

Turbin 87.1 5.272 4.593 0.679 3.24 12.69Condensor 53.3 1.377 0.734 0.643 3.21 5.22

Pompafluida kerja

26.7 0.227 0.061 0.168 14.95 78.55

Preheater 65.9 5.280 3.480 1.801 1.03 1.91Evaporator 98.0 3.174 3.109 0.065 0.27 0.47Pompa airpendingin

63.5 0.182 0.119 0.063 12.71 32.11

Tabel 7b. Hasil perhitungan termoekonomi

Tabel 7a. Hasil perhitungan termoekonomi



temperatur yang aman berada pada Tbrine, out ≥ 146,7 °C,dengan skala SSI ≥ 1 hasil yang sama juga didapatkan pada [7]sedangkan [14] mendapatkan hasil Tbrine, out ≥ 122 °C dengantemperatur brine reservoir yang lebih rendah(Tres = 170 °C).Fluida kerja N-pentane adalah yang terbaik karenamenghasilkan daya turbin aktual yang lebih besar dariIsopentane pada Tbrine,out = 146,7°C dengan selisih daya turbinaktual sebesar 13 kW, sehingga pada analisis selanjutnyadigunakan fluida kerja N-pentane. [7] mendapatkan isopentanesebagai fluida kerja terbaik karena fluida kerja isopentanememang secara umum menghasilkan selisih entalpi padaturbin (Δh,kJ/kg) yang paling tinggi tetapi tidak meninjausecara keseluruhan siklus dengan memperhitungkan lajuperpindahan panas pada heat exchanger, laju aliran massafluida kerja dan Tbrine,out yang diijinkan serta daya aktual turbin(WT,act , kW).

Eksergi destruksi yang terbesar terdapat padaevaporator sebesar 1,8 MW yang disebabkan oleh besarnyalaju aliran massa brine, kemudian eksergi destruksi terbesarselanjutnya yaitu pada turbin 0.65 MW dikarenakan bedatemperatur fluida kerja yang masuk dan keluar turbin yangcukup besar. Pada kondensor, exergi destruksinya hampirsama dengan pada turbin yaitu sebesar 0,64 MW, walaupunlaju aliran massa air pendingin sangat besar, tetapi jumlaheksergi yang masuk ke kondensor hanya sebesar 1,6 MW.Hasil penelitian [8] energi destruksi terbesar turbin beradapada peringkat kedua terbesar setelah kondensor, inidikarenakan laju aliran massa air pendingin yang besarsedangkan laju aliran massa brine kecil. [12] mendapatkaneksergi destruksi terbesar berada pada cooling tower akibatlaju aliran massa pendingin yang besar tetapi pada penelitianini menara pendingin tidak dianalisis karena asumsi biaya nol(pada analisis termoekonomi) untuk aliran udara masuk dankeluar menara pendingin. Total eksergi destruksi sebesar 3.42MW dengan presentase eksergi destruksi masing-masingkomponen terbesar pada preheater (52,66 %) dan yang terkecilpada pompa air pendingin (1,85 %) dan pompa fluida kerja(1,9 %) dikarenakan kecilnya kenaikan temperatur fluidayang masuk dan keluar pompa. [12] mendapatkan eksergidestruksi terkecil juga pada pompa fluida kerja yaitu 4.7 %.

Berdasarkan data pada Tabel 4 , dengan total biayapembelian peralatan (PEC) sebesar $3,376.8 x 103 diperolehnilai total modal investasi (TCI) sebesar $5,619.306 x 106.Dengan umur ekonomis pembangkit 30 tahun, serta fraksimodal berasal dari equitas 30 % dan utang (70%) serta lajueskalasi 4 % pertahun maka diperoleh biaya satuan listrik yangdisamakan (MPUC) $0,0333 /kWh (3.33 ¢/kWh), [12]mendapatkan 5,8 ¢/kWh dengan data sumur yang samadengan penelitian ini tetapi menggunakan fluida kerjaIsopentane sedangkan [8] mendapatkan MPUC 5,07 - 7,55U.S . ¢/kWh untuk kondisi Eropa dengan daya yangdibngkitkan lebih kecil yaitu 0.8 MW, adapun harga patokantertinggi yang ditetapkan dalam Peraturan Menteri Energi danSumber Daya Mineral nomor 02 tahun 2011 sebesar 9,70¢/kWh untuk pembelian tenaga listrik oleh PT PerusahaanListrik Negara (Persero) [15].

Adapun tingkat biaya yang berhubungan dengan modalinvestasi dan operasi dan perawatan terbesar pada turbin yaitusebesar $165.98/h kemudian pada kondensor sebesar $7.21/h ,serta pompa fluida kerja. Turbin dengan laju biaya investasi

yaitu $173.90/h , laju biaya eksergi destruksi terbesar $7,93/hserta faktor eksergonomik cukup besar 87,1 % dipengaruhiterutama oleh besarnya biaya pembelian (PEC) yang sangattinggi dibandingkan dengan komponen-komponen yang lain.Harga turbin ditentukan oleh beberapa faktor berupatemperatur fluida masuk turbin (titik 3, Gambar 10), rasiotekanan fluida masuk dan keluar turbin (p3/ p4) serta efisiensiisentropic turbin (ηT) jadi besarnya biaya modal untukpembelian turbin dapat dikurangi dengan menurunkansetidaknya salah satu dari beberapa faktor tadi [7].

Komponen yang paling tinggi faktor eksergonomiknyaadalah evaporator (98.71 %) [8] juga mandapatkan hasil yangsama, hal ini disebabkan kecilnya eksergi destruksi yangterjadi pada komponen ini. Pompa fluida kerja memiliki faktoreksergonomik paling kecil akibat biaya yang berhubungandengan komponen ini sebagian besar diperuntukan pada biayaeksergi destruksi ditandai dengan biaya eksergi destruksinyayang paling besar, hal ini dapat di tanggulangi denganmengurangi laju aliran massa fluida kerja atau denganmembeli pompa dengan efisiensi yang lebih tinggi ataudengan kata lain menaikan capital cost komponen [7]

V. KESIMPULAN

1. Siklus biner pada area geothermal Lahendong dengantemperatur brine rata-rata pada reservoir (Tres) 250 °C,memiliki potensi pembentukan endapan silika (SiO2) padatemperatur brine ,TBrine,out <146,7 °C dengan skalapembentukan silika (SSi) < 1. Fluida kerja yang memenuhisyarat batas TBrine,out adalah fluida kerja N-pentane danIsopentane, dimana N-pentane menjadi fluida kerja yangterbaik karena membangkitkan daya yang lebih tinggi dariIsopentane, pada TBrine,out = 146,7 °C dengan temperaturdan tekanan fluida kerja di evaporator secara berturut-turut(Tev) 163,8 °C (Pev) 2018 kPa, laju aliran massa 47,65kg/s, menghasilkan daya netto (Wnet) sebesar 4117,2kW,dengan daya parasit (Wpar) sebesar 362,235 kW untukmenggerakan pompa fluida kerja, pompa air pendinginserta kipas pada menara pendingin.

2. Total eksergi destruksi pada siklus biner 3,57 MW denganeksergi destruksi terbesar pada preheater sebesar 1,8 MW(52,66%) kemudian pada turbin 0,68 MW (19,8%) diikutioleh kondensor sebesar 0,64 MW (18,8%). Total modalinvestasi (TCI) pembangunan dan operasi pembangkitsiklus biner pada area geothermal Lahendong sebesar $5,62 x103 dengan eskalasi 4 %/tahun diperoleh harga jualsatuan listrik rata-rata (MPUC) untuk periode waktu 30tahun sebesar 3,33 ¢/kWh. Tingkat biaya yangberhubungan dengan modal investasi dan operasi danperawatan terbesar pada Turbin yaitu sebesar $173.90 /hyang menjadi komponen yang dipertimbangkan untuk dimodifikasi.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Warta Pertamina (2010). Geothermal Energi MassaDepan.(http://www warta pertamina.com., diakses 17 April



2011).[2] Harsoprayitno, S. (2009). Geothermal Development in

Indonesia. Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral,Jakarta.

[3] Maluegha, B, L (2010). Calculation of Gross Electrical Powerfrom the Production Wells in Lahendong Geothermal Field inNorth Sulawesi, Indonesia. Murdoch University.Perth -Australia

[4] El-Wakil, M.M (1985). Power Plant Technology. McGraw-Hill, Inc., USA.

[5] DiPippo, R (2007). Geothermal Power Plants – Principes,Applications and Case Studies, (second edition),Massachusetts.

[6] Nugroho, A. J (2007). Evaluation of Waste Brine Utilizationfrom Lhd Unit III for Electricity Generation in LahendongGeothermal field, Indonesia. Report Geothermal TrainingProgramme, Number 17.Iceland.

[7] Bejan Adrian, George T., Michael Moran (1995). ThermalDesign and Optimization. John Wiley and Sons, Inc., NewYork.

[8] Maciej Lukawski (2009). Design and optimization ofstandardized Organic Rankine Cycle(ORC) power plantEuropean Condition, RES Iceland

[9] F-CHART SOFTWARE (2007): EES, ENGINEERING EQUATION

SOLVER. F-CHART SOFTWARE INTERNET

WEBSITE,(HTTP://WWW.FCHART.COM/EES/EES.SHTML, DIAKSES

23 OKTOBER 2011)[10] Jones, J.B. dan R.E. Dugan (1995). Engineering

Thermodynamics. Prentice Hall. USA.[11] Engineering Data Book Gas Processor Suppliers Association

(GPSA), 12th, 2004, Oklahoma, USA.[12] Siahaya Yusuf (2011). Energy, Exergy and

ThermoeconomicAnalysis of Lahendong Binary – CycleGeothermal Power Plant at NorthSulawesi Indonesia.EnergyConversion System, Department of MechanicalEngineering,Hasanuddin University, Makassar- Indonesia.

[13] Leland, T. Blank., Anthony, J. Tarquin. Engineering Economy(third edition). McGRAW-HILL BOOK COMPANY. NewYork- USA

[14] Gunawan, C (2011). Kaji Termodinamika Siklus Cetus-binerPLTP Lahendong. ITB. Bandung. Indonesia.

[15] Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Nomor :02 tahun 2011 tentang “Penugasan kepada PT. PerusahaanListrlk Negara (Persero) untuk melakukan pembelian tenagalistrik dari pembangkit listrik tenaga panas bumi dan hargapatokan pembelian tenaga listrik



Aplikasi Sistem Pneumatik Pada Model ExcavatorIrdam

Perawatan MekanikAkademi Teknik Soroako

Soroako, [email protected]

Rafiuddin SyamJurusan Mesin Fakultas Teknik


[email protected]

Abstrak—Penelitian ini bertujuan merancang dan membuatmodel ekskavator dengan sistem pneumatik, membuat formulasikinematika, dan menguji model ekskavator dengan sistempneumatik. Metode penelitian mengikuti tahapan-tahapanberikut. Tahapan perancangan dan pembuatan modelekskavator dimulai dengan perencanaan yang meliputipemilihan bahan, aktuator, menentukan dimensi, cara kerja,mekanisme, metode pengontrolan, membuat gambar kerja dangambar rancangan dalam dua dimensi dan tiga dimensi.Kemudian, tahap pembuatan meliputi pembuatan mekanik,elektronik, dan program pada mikrokontroler. Membuatformulasi kinematika lengan-lengan model ekskavator dengansistem pneumatik berdasarkan perhitungan manipulator denganempat derajat kebebasan dan membuat analisis kinematika padamobile robot. Pengujian dilakukan pada lengan-lengan modelekskavator dengan sistem pneumatik meliputi gaya yang terjadipada silinder pneumatik, gaya angkat dan tekan pada bucket,kemampuan mengeruk material di lapangan dan untuk mobilerobot dilakukan pengujian error tracking lintasan. Hasil prosesperancangan dan pembuatan diperoleh dimensi utama untukmobile robot, yaitu jarak sumbu roda 167 mm, lebar track 188mm, diameter roda 64 mm. Jarak kerja (working range) boom307 mm, arm 105 mm, bucket 98 mm, total 500 mm. Berat total3.560 gram. Dari kinematika lengan diperoleh posisi x, y, dan zpada end effector xT=0.335m, yT=0.193m dan zT=0.310m.Kecepatan mobile robot diperoleh xF=1.811rad/s,yF=2.147rad/s, =2.8rad/s. Percepatan mobile robot diperolehxF=0.343rad/s2, yF=-0.029rad/s2, =0.243rad/s2. Gaya dorongaktual silinder pneumatik pada tekanan 100 PSI, yaituFmaju=3020gr, Fmundur=2150gr. Gaya angkat dan tekan aktualbucket Fangkat=570gr, Ftekan=1060gr. Berat rata-rata mengerukmaterial tanah 192.5gr. Error tracking lintasan untuk mobilerobot adalah lintasan 1 navigasi otomatis etotal=10.968mm,manual etotal=12.905mm, lintasan 2 navigasi otomatisetotal=13.900mm, manual etotal=11.522mm.

Kata kunci: pneumatik, ekskavator, silinder pneumatik, tekanan,gaya

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Excavator (ekskavator) adalah alat berat yang terdiri dariboom (bahu) lengan (arm), serta bucket (alat keruk) dandigerakkan oleh tenaga hidrolis yang dimotori dengan mesindiesel dan berada di atas roda rantai (trackshoe). Excavatormerupakan alat berat paling serbaguna karena bisa menanganiberbagai macam pekerjaan alat berat lain. Sesuai dengannamanya (excavation), alat berat ini memiliki fungsi utamauntuk pekerjaan penggalian. Namun tidak terbatas itu saja,excavator juga bisa melakukan pekerjaan kontruksi seperti

membuat kemiringan (sloping), memuat dumptruck (loading),pemecah batu (breaker), dan sebagainya. [1].

Gambar 1. Excavator Komatsu PC200 Unit Standar [1].

Kemajuan teknologi dewasa ini membuat indusri-industrimodern berupaya untuk meningkatkan kualitas, kuantitas danefektivitas produk-produk yang mereka hasilkan. Oleh karenaitu industri-industri modern tersebut memerlukanpengotomatisasian secara kontinyu dan sistem yang banyakdigunakan pada saat sekarang ini adalah pneumatik. Hal inidikarenakan pneumatik mempunyai beberapa keuntungan yangtidak dipunyai oleh sistem lain. Walaupun dewasa ini duniaindustri didalam pencapaian efisiensi yang tinggi,menggabungkan sistem pneumatik dengan sistem elektrik,elektronik, hidrolik, dan mekanik [4].

Dalam perkembangannya sistem pneumatik digabungkandengan sistem elektrik untuk mempermudah pengoperasianyang disebut Sistem Elektropneumatik. Keuntunganpenggunaan komponen elektrik sebagai kontrol dari sistempneumatik adalah sinyal elektrik dapat ditransmisikan melaluikabel secara mudah dan cepat dengan jarak yang jauh [4].

Pada penelitian ini konfigurasi model excavator dengansistem pneumatik dibuat berdasarkan robotartikulasi/konfigurasi sendi lengan dengan empat derajatkebebasan. Robot ini terdiri dari tiga lengan yang dihubungkandengan dua Revolute Joint. Elbow Joint menghubungkan ForceArm dengan Upper Arm. Shoulder Joint menghubungkanUpper Arm dengan Base [5].

Model excavator dengan sistem pneumatik menggunakankontrol loop terbuka atau umpan maju (feedforward control)dapat dinyatakan sebagai sistem kontrol yang outputnya tidakdiperhitungkan ulang oleh kontroller. Keadaan apakah robottelah benar-benar mencapai target seperti yang dikehendakisesuai referensi, adalah tidak mempengaruhi kerja kontroller[6]. Persamaan Kinematika yang digunakan untuk mengetahuiposisi setiap sendi ketika model excavator melakukan gerakanadalah metoda Denenvit-Hartenberg yang dikenal dengan DHParameter [7][8][9][10]. Gaya gesek pada silinder pneumatik



ditentukan oleh pelumasan, tekanan balik, bentuk dari seal dansebagainya. Gaya torak efektif sangat berarti dalamperencanaan silinder. Dalam perhitungan gaya torak efektif,hambatan gesek harus diperhitungkan [11]. Analisa gayaangkat pada silinder pengangkat telah dibuat pada excavator320 menggunakan tiga jenis boom dengan berbagai posisidiperoleh gaya berat maksimum yang terjadi adalah pada jenisReach boom dengan jenis stick R1.9C dengan Fr = 35154,56kg, untuk jenis Mass boom dengan jenis stick M 2.4 C denganFr = 34195,83 kg dan jenis VA boom dengan jenis stick M1.9C dengan Fr = 36698,00 kg [12].

B. Rumusan Masalah

Bagaimana merancang dan membuat model excavatordengan sistem pneumatik?

Bagaimana membuat formulasi kinematika modelexcavator dengan sistem pneumatik?

Bagaimana menguji model excavator dengan sistempneumatik?

C. Tujuan Rancang Bangun

Merancang dan membuat model excavator dengansistem pneumatik.

Membuat formulasi kinematika model excavatordengan sistem pneumatik.

Menguji model excavator dengan sistem pneumatik.

D. Batasan Masalah

Pada penelitian ini, penulis membatasi beberapa hal, yaitu : Komponen model excavator dengan sistem pneumatik

dibuat dari pelat aluminium dan dapat mewakilipergerakan lengan excavator.

Beberapa komponen model excavator dengan sistempneumatik diperoleh dengan membeli.

Membuat formulasi kinematika model excavatordengan sistem pneumatik.

E. Manfaat Rancang Bangun

Mampu mendesain, membuat, mensimulasi danmenguji model excavator dengan sistem pneumatik

Memberikan masukan, tambahan pengetahuan untukpenelitian dan pengembangan lebih lanjut di bidangotomasi dan robotika.

II. METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Perancangan dan penelitian ini akan dilaksanakan padabulan Januari sampai juni 2014 di Workshop Jurusan MesinFakultas Teknik Universitas Hasanuddin

1) Mendesain model excavator dengan sistem pneumatikDari gambar 2 terlihat gambar model excavator yang akan

dibuat. Dari keseluruhan gambar terdapat beberapa komponenyang diperoleh dengan membeli yaitu bagian roda, roda gigi,motor DC dan silinder pneumatik. Komponen yang lain dibuatdari material pelat aluminium tebal 3,2 mm dan tebal 1,6 mmdengan dimensi disesuaikan dengan komponen-komponenyang dibeli.

Gambar 2. Model excavator dengan sistem pneumatik

2) Tahapan pembuatan model excavator pneumatikSecara garis besar, tahapan pembuatan model excavator

pneumatik dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3. Tahapan pembuatan model excavator dengan sistempneumatik

Tahapan pembuatan model excavator pneumatik, yaitu: Perencanaan, meliputi pemilihan hardware dan desain Pembuatan, meliputi mekanik, elektronik, program Uji coba

3) Tahap perencanaanDalam tahap ini, hal yang perlu ditentukan dalam

pembuatan model excavator pneumatik: Dimensi, yaitu panjang, lebar dan tinggi Struktur material, apakah dari alumunium, besi, kayu,

plastik, dan sebagainya. Cara kerja, berisi komponen-komponen model

excavator dengan sistem pneumatik dan fungsi darikomponen-komponen itu. Misalnya arm (lengan),boom (bahu) serta bucket (alat keruk)

Mekanisme, bagaimana sistem mekanik agar modelexcavator pneumatik dapat bekerja.

Metode pengontrolan, yaitu bagaimana modelexcavator pneumatik dapat dikontrol dan digerakkan,sistem kontrol yang digunakan.

4) Tahap pembuatanDalam tahap ini pekerjaan yang harus dilakukan yaitu

pembuatan mekanik, elektronik, program.a) Pembuatan sistem mekanik

Setelah gambaran garis besar bentuk model excavatorpneumatik dirancang, maka komponen-komponen dari modelexcavator pneumatik dapat mulai dibuat. Model excavatorpneumatik terbuat dari pelat aluminium. Penyambungan rangkasatu sama lain dengan baut dan mur.

b) Pembuatan sistem elektronik



Dari desain dan cara kerja model excavator denganpneumatik, maka pembuatan maupun pembelian komponen-komponen elektronik mulai dibuat. Pembuatan sistemelektronik disesuaikan dengan desain yang telah dibuat mulaidari pembelian microcontroller, komponen elektronik danpembuatan driver motor.

c) PerakitanSetelah pembuatan mekanik dan elektronik selesai maka

selanjutnya perakitan dimulai dari perakitan komponenmekanik, elektronik dan peralatan pneumatik. Setelah semuaterpasang pada tempatnya lalu dilakukan perakitan rangkaianmekanik, elektronik dan pneumatik.

d) Pembuatan programPembuatan program berdasarkan mekanisme dari seluruh

gerakan Model excavator dengan sistem pneumatik yangdiinginkan, mulai dari gerakan mobile sampai gerakan lengan-lengan.

5) Uji cobaSetelah semua tahap perencanaan dan pembuatan selesai

maka tahap selanjutnya yaitu uji coba untuk mengevaluasiapakah model excavator pneumatik dapat bekerja sesuai yangdiinginkan, baik dari sisi mekanik dan elektriknya.

6) Prosedur Penelitian Menggambar desain mekanis komponen-komponen

model excavator dengan sistem pneumatik dalamgambar dua dimensi dan tiga dimensi.

Menyiapkan peralatan dan bahan yang akan digunakandalam pelaksanaan rancang bangun.

Menghitung persamaan kinematika dalam prosespergerakan model excavator dengan sistem pneumatik.

Melakukan simulasi dan pengujian.7) Diagram Alir Penelitian

Gambar 4. Diagram alir penelitian

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Desain dan pembuatan model excavator dengan sistempneumatikAda beberapa tahapan yang dilakukan dalam mendesain

dan membuat model excavator dengan sistem pneumatik yaitumendesain model excavator dengan sistem pneumatik,membuat model excavator dengan sistem pneumatik yangmeliputi pembuatan sistem mekanik, sistem elektronik,pembuatan program pada microcontroller dan melakukansimulasi pada model excavator dengan sistem pneumatik.

1) Mendesain model excavator dengan sistem pneumatikPada gambar 5 terlihat desain mekanik model excavator

dengan sistem pneumatik dalam gambar tiga dimensi. Secaraumum model excavator ini terbagi atas dua bagian yaitu bagianbase dan lengan.

Gambar 5. Desain mekanik model excavator dengan sistem pneumatikdalam gambar tiga dimensi

Gambar 6. Skema pengendalian/kontrol model excavator dengansistem pneumatik

Dari gambar 6 terlihat Skema pengendalian/kontrol modelexcavator sistem pneumatik. Model excavator ini dikontroldengan sistem kontrol loop terbuka, dimana sinyal perintahatau input diberikan lewat sebuah remote kontrol yangselanjutnya diolah pada mikrokontroller, kemudian dilanjutkanpada driver motor dan solenoid valve kemudian aktuator-aktuator akan bergerak sesuai dengan perintah yang diberikanpada remote kontrol yang menghasikan gerakan pada lenganmodel excavator dan arah pada mobile robot yaitu maju,mundur, berbelok ke kiri dan kanan.

2) Membuat model excavator dengan sistem pneumatikDalam pembuatan model excavator sistem pneumatik

terbagi atas empat tahap pembuatan yaitu pembuatan sistemmekanik, elektronik, perakitan dan program padamicrocontroller.



a) Membuat sistem mekanik model excavatorPembuatan mekanik terdiri dari beberapa komponen yang

diperoleh dengan cara membeli, komponen yang lain dibuatsendiri disesuaikan dengan komponen-komponen yang dibeli.

b) Komponen mekanik yang dibuatSeperti terlihat pada tabel 1 daftar komponen mekanik yang

dibuat pada proses pembuatan model excavator dengan sistempneumatik.

TABLE I. DAFTAR KOMPONEN MEKANIK YANG DIBUAT

No.Namaalat Photo alat Keterangan Spesifikasi

1Dudukantetap

Sebagaidudukan baseyang tidakberputar

PxLxT189x88x3.2mm

2Dudukanbergerak

Sebagaidudukan baseyang berputardan tempatseluruhkomponen

PxLxT255x130x3.2 mm

3 BaseSebagai basedan dudukansilinder arm

Tebal3.2 mm

4 Boom Sebagai boomTebal3.2 mm

5 Arm Sebagai armTebal3.2 mm

6 BucketSebagaibucket

Tebal1.6 mm

7Braketsilinder

Sebagaibraket silinderarm danbucket

Tebal3.2 mm

8Braketsilinderrod

Sebagaibraket silinderrod

Tebal3.2 mm

9Bucketlink

Sebagai linkuntukmenggerakkan bucket

Tebal 3.2mm

c) Membuat sistem elektronikPembuatan sistem elektronik terdiri dari beberapa

komponen yang diperoleh dengan cara membeli, modifikasidan dibuat sendiri.

d) Komponen-komponen elektronik yang dibuatSeperti terlihat pada tabel 2 daftar komponen elektronik

yang dibuat pada proses pembuatan model excavator dengansistem pneumatik.

TABLE II. DAFTAR KOMPONEN ELEKTRONIK YANG DIBUAT

No. Namaalat Photo alat Keterangan Spesifikasi

1Driveruntuk 2motor

Untukmenggerakkan motor padaRover 5

2A

2Driveruntuk 1motor

Untukmenggerakkan motor padagerak rotasi(swing)

2A

3Remotecontrol

Untukmengontrolsemuagerakan

JoystickPS2Wireless2.4G

4Remotecontrolreceiver

Sebagaipenerimasinyal darijoystick PS2(modifikasi)

ReceiverJoystickPS2Wireless2.4G

3) Tahap perakitanSeperti yang terlihat pada gambar 7 pada tahap ini semua

komponen mekanik dan elektronik dipasang pada dudukanyang telah dibuat sebelumnya, dimulai dari pemasanganmekanik, elektronik dan peralatan pneumatik. Setelah semuaterpasang pada tempatnya lalu dilakukan pemasanganrangkaian listrik dan pneumatik.

Gambar 7. Model excavator dengan sistem pneumatik dengan seluruhkomponen terpasang

4) Membuat program pada microcontrollerPembuatan program ini untuk menentukan bagaimana

model excavator melakukan gerakan sesuai dengan yang kitainginkan. Software yang digunakan adalah Arduino 1.5.5seperti yang terlihat pada gambar 8, program yang telah dibuatdi upload ke microcontroller melalui kabel USB, kemudiandilakukan uji coba jika sudah sesuai maka dilanjutkan dengansimulasi di lapangan jika tidak program dicek ulang sampaiprogram yang dibuat berjalan dengan benar.

Gambar 8. Jendela software Arduino 1.5.5



B. Membuat formulasi Kinematika model excavator dengansistem pneumatikAplikasi perhitungan DH parameter dapat kita lihat pada

lengan model excavator dengan sistem pneumatik.

Gambar 9. Konfigurasi model excavator dengan sistem pneumatik

1) Contoh perhitungan kinematika lengan model excavatorpneumatik

TABLE III. CONTOH DH PARAMETER

i - 1 i

Transformasi matriks untuk sumbu 1




Pergerakan lengan-lengan dari dasar (base) sampai sumbu4 dapat dilihat pada persamaan berikut:

a) Pergerakan lengan dari dasar (base) menuju sumbu 2:

Jadi posisi x, y dan z dalam sumbu 2 adalah:

b) Pergerakan lengan dari dasar (base) menuju sumbu 3:


c) Pergerakan lengan dari dasar (base) menuju sumbu 4:


d) Pergerakan lengan dari dasar (base) menuju endeffector:

Jadi posisi x, y dan z pada end effector adalah:

C. Analisis Kinematika Mobile Robot

Gambar 10.. DDMR pada medan 2D Cartesian

1) Contoh Perhitungan Kinematika Untuk KecepatanDiketahui:



Bentuk umum persamaan kinematika wheeltrack robotseperti terlihat pada persamaan:

2) Contoh Perhitungan Kinematika Untuk PercepatanDiketahui:

D. Perhitungan error mobile robot untuk tracking lintasanPada lintasan yang dibuat seperti terlihat pada gambar 11

dilakukan percobaan error dengan navigasi otomatismenggunakan sensor line tracking, kemudian dengan navigasimanual menggunakan remote control dengan spesifikasi dapatdilihat pada tabel 2. Mobile robot dijalankan mengikutilintasan.

1) Perhitungan error track lintasan

Gambar 11. Track lintasan 1

Pada lintasan 1 seperti terlihat pada gambar 11, mobilerobot mulai jalan pada lintasan start. Mobile robot bergeraklurus mendatar sumbu X sejauh 100 cm kemudian berbelok

pada belokan pertama ke arah kanan sebesar lalu bergeraklurus mendatar sumbu Y sejauh 100 cm kemudian berbelok

lagi pada belokan kedua ke arah kiri sebesar lalu bergeraklurus pada lintasan yang mendatar sumbu X sejauh 100 cmsampai mencapai finish.

Gambar 12. Error vs jarak pada lintasan (navigasi otomatis)

Pada gambar 12 terlihat bahwa error terbesar terjadi padabelokan pertama dan kedua. Hal tersebut disebabkan karenapada saat mobile robot berbelok mobile robot melakukantransformasi (perubahan posisi) dari vertical ke horisontal

membetuk sudut yang menyebabkan sensor menjauh daritrack lintasan sehingga mengakibatkan nilai error yang besar.Pada gambar 12 terlihat pula error untuk lintasan 1, data errordiambil pada jarak setiap 1 cm. Error (+) adalah sensormenjauhi lintasan ke arah kanan sedangkan error (-) ke arahkiri dimana error terbesar berada pada belokan pertama padajarak 104 cm sebesar -42.4 mm. Hasil perhitungan error totaldapat dilihat sebagai berikut:

Dimana: = Error total (mm)= Error sumbu x (mm)= Error sumbu y (mm)= Jumlah pengukuran

Gambar 13. Error vs jarak pada lintasan (navigasi manual)

Pada gambar 13 terlihat bahwa error terbesar terjadi padabelokan pertama dan kedua. Hal tersebut disebabkan karenapada saat mobile robot berbelok mobile robot melakukantransformasi (perubahan posisi) dari vertical ke horisontal

membetuk sudut yang menyebabkan mobile robot menjauhdari track lintasan sehingga mengakibatkan nilai error yangbesar. Pada gambar 13 terlihat pula error untuk lintasan 1, dataerror diambil pada jarak setiap 1 cm. Error (+) adalah sensormenjauhi lintasan ke arah kanan sedangkan error (-) ke arahkiri dimana error terbesar berada pada belokan kedua padajarak 206 cm sebesar -53.02 mm. Hasil perhitungan error totaldapat dilihat sebagai berikut:



E. Gaya-gaya yang terjadi pada lengan model excavatorsistem pneumatik

1) Perhitungan gaya angkat dan tekan pada bucketGaya angkat dan tekan pada bucket dihitung pada posisi

terjauh dari pusat rotasi. Gaya akibat berat dari boom, arm,bucket maupun silinder pneumatik dimasukkan dalamperhitungan ini:

a) Gaya angkat pada bucket

Gambar 14. Diagram benda bebas gaya angkat pada bucket.

Seperti terlihat pada gambar 14 untuk menghitung gayaangkat maksimal pada bucket, titik A dijadikan sebagai pusatmomen, Fsil. boom adalah gaya yang dihasilkan oleh duasilinder pneumatik yang mempunyai kemiringan sebesar terhadap base. Gaya Fboom, Farm dan Fbucket adalah gaya yangdiperoleh dari berat boom, arm, bucket maupun silinderpneumatik, sedangkan Fangkat adalah gaya angkat maksimalpada bucket. Jarak a, b, c dan d adalah jarak masing-masinggaya ke pusat momen, sehingga gaya angkat dapat dihitung:

Dari perhitungan didapat bahwa gaya Fangkat = 771.031gram sehingga arah Fangkat adalah ke atas maka gaya angkatmaksimal pada bucket adalah ke atas sebesar 771.031 gram.

b) Gaya tekan pada bucket

Gambar 15.. Diagram benda bebas gaya tekan bucket

Seperti terlihat pada gambar 15 untuk menghitung gayatekan maksimal pada bucket, titik A dijadikan sebagai pusatmomen, Fsil. adalah gaya yang dihasilkan oleh dua silinderpneumatik yang mempunyai kemiringan sebesar terhadapbase. Gaya Fboom, Farm dan Fbucket adalah gaya yang diperolehdari berat boom, arm, bucket maupun silinder pneumatik,sedangkan Ftekan adalah gaya tekan maksimal pada bucket.Jarak masing-masing gaya ke pusat momen terlihat padagambar 14, sehingga gaya tekan dapat dihitung:

Dari perhitungan didapat bahwa gaya Ftekan = 1334.048gram sehingga arah Ftekan adalah ke bawah maka gaya tekanmaksimal pada bucket adalah ke bawah sebesar 1334.048gram.

2) Hasil pengujian gaya-gaya aktual yang terjadi padalengan model excavator sistem pneumatik

Pengujian dilakukan dengan mengukur langsung gaya-gayayang terjadi dengan sebuah timbangan gantung digital.Timbangan gantung dipasang pada lengan model excavatorsesuai dengan perhitungan yang telah dilakukan, berikuthasilnya:

a) Gaya angkat bucketSeperti terlihat pada gambar 16 gaya angkat diukur dengan

menggunakan timbangan gantung, kemudian F adalah gayayang diperoleh dari dua silinder pneumatik digerakkan dengantekanan 100 PSI lalu hasilnya dapat dilihat pada timbangangantung digital. Gaya angkat berdasarkan pembacaantimbangan adalah 570 gram, lebih kecil 26.073% dari hasilperhitungan, hal ini disebabkan adanya beban tambahan dariboom, arm, bucket dan kerugian mekanik pada saatpengukuran.

Gambar 16. Mengukur gaya angkat dengan timbangan gantung.

b) Gaya tekan bucketSeperti terlihat pada gambar 17 gaya tekan bucket diukur

dengan menggunakan timbangan gantung, kemudian F adalah



gaya yang diperoleh dari dua silinder pneumatik digerakkandengan tekanan 100 PSI lalu hasilnya dapat dilihat padatimbangan gantung digital. Gaya tekan bucket berdasarkanpembacaan timbangan adalah 1060 gram, lebih kecil 20.542%dari hasil perhitungan, hal ini disebabkan adanya kerugianmekanik pada saat pengukuran.

Gambar 17. Mengukur gaya tekan bucket dengan timbangan gantung.

4) Hasil pengujian di lapangan

Gambar 18. Model excavator mengisi truk mainan dengan materialtanah

. Pengujian dilakukan di atas tanah dengan mengoperasikanmodel ekcavator secara manual dengan menggunakan remotekontrol seperti terlihat pada gambar 18, material yangdigunakan yaitu tanah yang telah digemburkan. Cara pengujianyaitu dengan mengeruk/mengambil material kemudian mengisisebuah truk mainan, material yang mengisi truk ditimbanguntuk mengetahui berat material yang berhasil diangkat.

Seperti terlihat pada gambar 18a model excavatormengeruk material kemudian pada gambar 18b materialdiangkat, pada gambar 18c material dibuang ke atas trukmainan, setelah dilakukan percobaan sebanyak empat kali berattotal material yang diisi ke truk mainan yaitu 770 gram.

IV. PENUTUP

A. KesimpulanDari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa: Proses perancangan dan pembuatan model excavator

dengan sistem pneumatik telah selesai dilakukan,diawali dengan membuat gambar desain pada programautocad, pembuatan mekanik dan elektronik,pembuatan program pada microcontroller. Materialyang dipakai dalam pembuatan mekanik sebagianbesar dari aluminium. Dimensi utama model excavatordengan sistem pneumatik yaitu untuk mobile robot(Rover 5) jarak sumbu roda 167 mm, lebar track 188mm, diameter roda 64 mm. Untuk jarak kerja (working

range) yaitu boom 307 mm, arm 105 mm, bucket 98mm, total jarak kerja 500 mm, berat total modelexcavator 3560 gram.

Dari persamaan kinematika lengan model excavatordiperoleh posisi x,y dan z pada end effector yaitu xT =0.335 m, yT = 0.193 m, zT = 0.310 m. Kecepatan

mobile robot diperoleh ,

, . Percepatan

mobile robot diperoleh ,

, . Dari hasil perhitungan gaya pada lengan model

excavator diperoleh gaya dorong silinder pneumatikFmaju efektif = 3768.3 gram, Fmundur efektif =3165.384 gram. Dari perhitungan gaya angkat dantekan bucket diperoleh Fangkat = 771.031 gram,Ftekan = 1334.048 gram. Dari hasil pengujiandilapangan diperoleh pengujian error pada lintasan 1otomatis etotal = 10.968 mm, manual etotal = 12.905mm, lintasan 2 otomatis etotal = 13.900 mm, manualetotal = 11.522 mm. Pengukuran gaya dorong silinderpneumatik, gaya angkat dan tekan bucket dengantimbangan gantung diperoleh Fmaju = 3020 gram,Fmundur = 2150 gram, Fangkat = 570 gram, Ftekan =1060 gram. Rata-rata mengeruk material tanah 192gram.

B. SaranTerdapat kekurangan yang penulis temukan dalam

perancangan dan pembuatan model excavator ini, maka disarankan agar:

Pada sistem pneumatik khususnya katup, gunakankatup jenis 5/3 center close sehingga positioning setiapsilinder pneumatik dapat dilakukan.

Gunakan Reservoir dengan dimensi yang lebih besarpada sistem pneumatik untuk menampung udarabertekanan lebih banyak sehingga pengujian dapatdilakukan lebih lama.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Lidiawati Indri. (2013). Pusat definisi. diakses 02 November2013. Available from:

http://www.pusat-definisi.com/2012/11/excavator-adalah.html

[2] Modul ATS (1992), Otomasi

[3] Yulianto Arief Budi., Eri K Mohammad. (2012). Rancangbangun HMI untuk modul pneumatik silinder single action(Tugas akhir). Surabaya: ITS

[4] Yudoyono Danang. (2007). Rancang bangun alat pembuatcetakan kue dengan perangkat elektro pneumatik (Tugas akhir).Surabaya: ITS

[5] Nabil Muhammad. (2012). Definisi dan jenis-jenis robot.diakses 27 Nopember 2013. Available from:

http://muhnabil.wordpress.com/2012/06/28/definisi-robot-dan-jenis-jenis-robot/

[6] Syam Rafiuddin. (2012). Konsep dan cara membuat mobilerobot. Makassar: Penerbit Membumi publishing.

[7] Craig. John J. (2006). Introduction to robotics: mechanics andcontrol/John J. Craig.-3rd ed. USA: Pearson EducationInternational.

[8] Rosen Jacob, (2006), Models of robot manipulation EE 543



[9] Nagrath Mittal, (2003), Robotics and Control. Tata McGraw-Hill

[10] Saeed B. Niki, (2001), Introduction to robotics analysis,systems, application. Prentice Hall

[11] Yanda Febi. (2014). Pneumatik. diakses 07 Juli 2014.

Available from:

http://www.scribd.com/doc/227896743/BAB2-EI2-Pneumatik

[12] Zuchry M. Muhammad. (2011), Analisa gaya angkat denganvariasi sudut elevasi pada silinder pengangkat excavator

CAT320, Jurnal SMARTek, Vol. 9 No. 4. Nopember 2011: 300- 310

[13] Widagda Iga. (2012). Fuzzy logic. diakses 06 Mei 2014.

Available from:

http://igawidagda.files.wordpress.com/2012/02/diktat-fuzzy.pdf

[14] Nurmanto. (2011). Keuntungan dan kerugianpenggunaan pneumatik. diakses 12 Oktober 2013.

Available from: http://nurmanto.com/keuntungan-dan-kerugian-penggunaan-pneumatik/



Penerapan Autodesk Inventor Dalam MenganalisisTegangan dan Deformed Shape Pada Rangka Sepeda

Gunung

La Ode Asman MurimanJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Dayanu Ikhsanuddin BaubauKota Baubau [email protected]

Budi JaelaniJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin [email protected]

Kota Makassar

Hammada Abbas dan Rafiuddin SyamJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin MakassarKota Makassar

[email protected]

Abstract—Penelitian ini bertujuan untuk menerapkan metodeelemen hingga dalam menganalisis regangan dan tegangan padarangka sepeda terhadap posisi geometrik.Pengumpulan datadiawali dengan mengumpulkan semua informasi yang terkaitdengan sepeda gunung (mountain bike) dari sejarahnya hinggapenelitian-penelitian terdahulu yang terkait dengan sepeda dandilanjutkan dengan penentuan jenis software yang digunakan,yaitu autodesk inventor. Melalui autodesk inventor didesainlahrangka sepeda yang terdiri atas rangka normal (1) dan rangkamodifikasi (2). Kemudian menentukan titik pembebanan padarangka tersebut, yaitu pada sadel dan stang denganpembebanan pengendara 55,087 kg yang selanjutnya terbagipada dua titik pembebanan di kedua rangka tadi. Setelah itumenganalisis dengan metode elemen hingga diketahui kekuatandari rangka masing-masing. Hasil analisis menunjukkantegangan maksimum von mises pada rangka 1 = 1,10828 ksi,sedangkan pada rangka 2 = 0,742851 ksi. Besarnya displacementmaksimum pada rangka 1 = 0,00130508 in sedangkan padarangka 2 untuk beban 1 = 0,000911984 in.

Kata Kunci: mountain bike, rangka sepeda, autodesk inventor,titik pembebanan, metode elemen hingga

I. PENDAHULUAN

Perkembangan sekarang ini sudah beraneka macam modelsepeda yang beredar dipasaran, termasuk jenis mountain bikesendiri sudah mulai muncul model-model yang lain dari modelbiasanya. Oleh karena itu dalam perancangannya kekuatanrangka harus benar-benar diperhitungkan, agar desain sepedayang didapatkan tidak hanya memiliki desain yang bagus,tetapi juga memiliki kekuatan yang baik (Weldon, 2006) dan(Steven, 2009). Karena jika hal itu diabaikan maka akan dapatmembahayakan bagi si pengendara tersebut. Selain itu yangsering menjadi kendala, seringkali perhitungan masihdilakukan secara manual dan juga untuk mendapatkan hasilpengujian, seringkali pengujian dilakukan dengan membuatdesain terlebih dahulu baru melakukan pengujian, sehinggamembutuhkan waktu dan biaya yang berlebih dalampengujiannya (Hutton, 2004) dan (Katili, 2008). Oleh karenaitu dengan metode elemen hingga hasil perhitungan yang tidakbisa diketahui melalui perhitungan secara manual dapatdiketahui seperti tegangan maksimum, tegangan pada tiap-tiapnode, dan juga besarnya pergeseran atau deformation bisadiketahui. Dan untuk perhitungan rangka sepeda ini dengan

perhitungan yang berbasis pada metode elemen hingga adalahcara perhitungan yang paling baik. (Anggono dkk, 2007);(Pinem, 2010); (Kosasih, 2012) dan (Pinem, 2013).

Dari beberapa analisa telah dilakukan, makadidapatkan bahwa salah satu penyebab sepeda tersebut tidakergonomis adalah sudut STA “Seat Tube Angle”. Sudut STAini adalah sudut yang terbentuk antara garis sadel (sumbu seattube) terhadap garis horizontal (chain stay). Dari percobaansepeda dengan variasi STA didapatkan geometri rangka STAyang rata-rata keluhan yang paling tinggi berada pada STA 84º.Sedangkan geometri rangka STA 68º memiliki rata-ratakeluhan yang paling rendah. Sehingga geometri rangka STA68º adalah rangka yang paling nyaman dan aman dalamdigunakan. (Pusparini , 2009)

Ada beberapa faktor yang harus diperhatikan dalamperancangan sepeda. Selain dari estetika dan ergonomi, faktorkekuatan komponen juga harus diperhatikan, terutama rangkasepeda. Rangka sepeda merupakan komponen utama danmerupakan induk dari semua komponen yang terpasang padasepeda tersebut. Karena semua beban yang diberikan olehpengendara dan lingkungan melalui komponen-komponenlainnya seperti roda, batang kemudi, dan saddle diterima olehrangka sehingga kekuatan dari rangka harus diperhatikan.Kegagalan dari rangka sepeda berdampak secara langsungterhadap pengendaranya. (Tedja, 2012)

Adapun penelitian ini bertujuan untuk menerapkan metodeelemen hingga untuk menganalisis tegangan dan deformedshape dalam hal ini diwakili oleh displacement pada rangkasepeda gunung dengan membandingkan dua model rangkapada dua titik pembebanan.

II. LANDASAN TEORI

A. Sepeda Mountain Bike

Mountain Bike adalah jenis sepeda yang umumdipergunakan oleh banyak masyarakat saat ini. Jenis mountainbike sendiri terdapat dua macam model, yaitu model rigid bodydan model full suspension. Untuk sepeda dengan model rigidbody umumnya memiliki sifat ringan, kuat dan kokoh.Sedangkan untuk jenis full suspension lebih cenderungdidesain untuk medan berat, seperti adventure, dirt trial, danjuga medan-medan lain yang berat.



Rangka sepeda adalah komponen utama sebuah sepeda,berat ringannya sepeda sangat tergantung dari beratnya rangka.Demikian pula kenyamanan bersepeda sangat ditentukan olehgeometri (bentuk dan ukuran) rangka sepeda. Secara umumrangka sepeda terdiri dari 6 (enam) bagian utama, yaitu headtube (1), top tube (2), down tube (3), seat tube (4), seat stay (5)dan chain stay (6), seperti terlihat pada gambar 3 dibawah ini:

Gambar 1. Bagian Utama Rangka Sepeda (Sumber data: Mammoth, Benny,2007)

Ukuran dan geometri rangka sepeda umumnya ditetapkanoleh industri manufaktur, yang mengacu pada beberapa standarsepeda. Seperti industri manufaktur sepeda di Jepang,tergantung pada standar JIS D9401. Sedangkan industrimanufaktur sepeda tanah air, sangat tergantung dari negara asalpesanan sepeda, misalnya jika sepeda akan di-ekspor keJerman, maka standar DIN yang akan diikuti. Industrimanufaktur sepeda nasional (PT. Insera Sena – Penghasilsepeda bermerk Polygon) menetapkan geometri rangka sepedadengan dimensi standar yang sudah ditetapkan sebagai standarsendiri (self standarized). Gambar 4 menunjukkan salah satucontoh geometri rangka sepeda ber-merk Polygon.

Tabel 1. Ukuran Standar Frame Sepeda Gunung (Sumber data : Polygon,2006)

Size A(cm)

B(cm)

C(cm)

D(cm)

XSSML

XL

5152525252

4952545658

5959595959

4040404040

Gambar 2. Contoh Bentuk Frame Sepeda Gunung (Sumber data : Polygon,2006)

Industri manufaktur sepeda lain, seperti merk dagangSchwin, Marin, Giant, Banshee, Kona, Specialized, Darkcyclesatau Brodie, menetapkan bentu geometri sepeda berbeda danukurannya didasarkan atas ukuran tubuh manusia pemakaisepeda secara umum (Mammoth et al, 2007). Walaupungeometri dan ukuran rangka sepeda berbeda, kenyamanansepeda tetap menjadi dasar perancangan sepeda saat ini.

Pengertian dari Seat Tube Angle menurut (Vandewalle,1991) adalah besarnya sudut yang terbentuk antara garis sadel(sumbu seat tube) terhadap garis horizontal (chain stay).

Secara umum sudut tersebut ditetapkan sebesar 70° sampai76°. Posisi duduk pengendara saat ini mirip dengan seseorangyang sedang duduk di atas kursi dengan kedua kaki tertekuk.Hal ini diperkuat oleh penelitian (Burke, 1994), yang menelitigeometri rangka sepeda ini dengan sudut STA diatas 76°.Dengan variasi STA mulai dari 72° sampai dengan 82° dengan2° kenaikan, dihitung energi kayuh yang dibutuhkan oleh orangdewasa. Dari beberapa kali percobaan, diketahui dengan sudutSTA sebesar 82°, energi yang dikeluarkan pengayuh sepedaadalah minimal yaitu 9,8 W/kg (Ricard et al., 2006).Sedangkan (Garside dan Doran, 2000; Hunter et al., 2003;Millet et al., 2001; Price dan Donne, 1997) menyatakan bahwa,dengan STA diatas 76°, kayuhan sepeda paling nyaman danefisien. (Garside dan Doran, 2000) telah membandingkanperformansi kayuhan setelah menempuh jarak tempuh 40 kmdengan STA sebesar 73° dan 81°. Mereka melakukanpenelitian dengan hasil yang sangat signifikan pada jaraktempuh 5 km dari 10 km dengan STA 81°. Selanjutnya untukmengurangi jumlah energi yang dikeluarkan, (Heiden, Burnett,2003) menyarankan untuk menetapkan STA sebesar 82°.Karena kondisi tersebut dapat mengurangi tarikan otot pahapengendara, khususnya pada kayuhan jarak jauh. Dari hasilpenelitian (Jackson K.J., Mulcare J.A, Duncan R.C.)menyatakan bahwa hasil metabolisme tubuh yang diperlihatkandengan denyut nadi dan konsumsi oksigen yang rendah selamabersepeda terdapat pada sudut STA 73° (p<0.05).

Gambar 3 Rangka Sepeda dengan STA 72º dan 82º (Sumber data : Ricard et al,2003)

B. Ergonomi

Istilah “ergonomi” berasal dari bahasa latin yaitu Ergon(Kerja) dan Nomos (Hukum Alam) sehingga dapatdidefinisikan sebagai studi tentang aspek-aspek manusia dalamlingkungan kerjanya yang ditinjau secara anatomi, fisiologi,psikologi, engineering, manajemen dan desain/perancangan.Menurut Nurmianto (2004) istilah ergonomi didefinisikansebagai disiplin keilmuan yang mempelajari manusia dalamkaitannya dengan pekerjaannya. Ergonomi berkenaan puladengan optimasi, efisiensi, kesehatan, keselamatan dankenyamanan manusia di tempat kerja, di rumah, dan tempatrekreasi. Di dalam ergonomi dibutuhkan studi tentang sistemdimana manusia, fasilitas kerja dan lingkungannya salingberinteraksi dengan tujuan utama yaitu menyesuaikan suasanakerja dengan manusianya. Ergonomi juga digunakan olehberbagai macam ahli/profesional pada bidangnya misalnya :ahli anatomi, arsitektur, perancangan produk industri, fisika,fisioterapi, terapi pekerjaan, psikologi, dan teknik industri(Definisi diatas adalah berdasar pada Internasional ErgonomicsAssociation). Selain itu ergonomi juga dapat diterapkan untukbidang fisiologi, psikologi, perancangan, analisis, sintesis,



evaluasi proses kerja dan produk bagi wiraswastawan, manajer,pemerintah, militer, dosen, dan mahasiswa.

Penerapan ergonomi pada umumnya merupakan aktivitasrancang bangun (desain) ataupun rancang ulang (re-desain).Hal ini dapat meliputi perangkat keras seperti misalnyaperkakas kerja (tools), bangku kerja (benches), platform, kursi,pegangan alat kerja (workholders), sistem pengendali(controls), alat peraga (display), jalan/lorong (access ways),pintu (doors), jendela (windows), dan lain-lain. Masih dalamkaitan dengan hal tersebut diatas adalah bahasan mengenairancang bangun lingkungan kerja (working environment),karena jika sistem perangkat keras berubah maka akan berubahpula lingkungan kerjanya.

Disamping itu ergonomi juga memberikan peranan pentingdalam meningkatkan faktor keselamatan dan kesehatan kerja,misalnya : desain suatu sistem kerja untuk mengurangi rasanyeri dan ngilu pda sistem kerangka dan otot manusia, desainstasiun kerja untuk alat peraga visual (visual display unitstation). Hal itu adalah untuk mengurangi ketidaknyamananvisual dan postur kerja, desain suatu perkakas kerja (handtools)untuk mengurangi kelelahan kerja, desain suatu peletakaninstrumen dan sistem pengendalian agar didapatkan optimasidalam proses transfer informasi dengan dihasilkannya suaturespon yang cepat dengan meminimumkan risiko kesalahan,serta supaya didapatkan optimasi, efisiensi kerja dan hilangnyarisiko kesehatan akibat metoda kerja yang kurang tepat.

Penerapan faktor ergonomi lainnya yang tidak kalahpentingnya adalah untuk desain dan evaluasi produk. Produk-produk ini haruslah dapat dengan mudah diterapkan(dimengerti dan digunakan) pada sejumlah populasimasyarakat tertentu tanpa mengakibatkan bahaya atau risikodalam penggunaannya.

III. METODE ELEMEN HINGGA

Metode elemen hingga adalah suatu metode yangdigunakan untuk menyelesaikan berbagai persoalan mekanikadengan geometri yang kompleks. Keunggulan dari metode iniadalah karena secara komputasi sangat efisien, memberikansolusi yang cukup akurat terhadap permasalahan yangkompleks, dan untuk beberapa permasalahan metode inimungkin adalah satu-satunya cara. Metode ini pertama kalidikembangkan oleh Richard Courant, 1943. Denganmenggabungkan Ritz Method pada metode numerik danminimalisasi variasi kalkulus untuk mendapatkan solusi yangtepat untuk sistem getaran. Metode ini kemudiandikembangkan lagi pada 1956, meliputi juga sistem kekerasandan defleksi oleh material berbentuk kompleks. PengembanganMetode Elemen Hingga pada mekanika struktur biasanyaberdasar pada prinsipal energi seperti prinsipal kerja virtual danjuga prinsipal total energi potensial minimum.

Dalam aplikasinya, obyek atau sistem yang ingin ditelitidiwakilkan secara geometris dengan model yang sama dimanaterdiri dari kelipatan, sambungan, penyederhanaan dari daerahdeskritasi. Persamaan keseimbangan dalam kaitannya denganpertimbangan fisis yang dapat digunakan, seperti hubungankecocokan dan konstitutif, diaplikasikan pada tiap elemen,sehingga terbentuklah sebuah sistem persamaan. Sistempersamaan ini kemudian diselesaikan menggunakan tekniklinear aljabar atau perhitungan numerik non-linear,sebagaimana pantasnya. Keakuratan Metode Elemen Hingga

dapat ditingkatkan dengan cara menyempurnakan mesh padamodel dengan menambahkan elemen dan nodes. MetodeElemen Hingga biasanya digunakan untuk menentukantegangan dan regangan dari benda dan sistem mekanikal.Metode Elemen Hingga dapat menyelesaikan persoalan dengansistem kompleks yang dimana tidak dapat diselesaikan denganperhitungan secara analitis.

Ide utama dari metode elemen hingga adalah untukmemecahkan elemen yang sangat komplek dengan batasanyang tidak ditentukan menjadi suatu elemen dengan batasanyang kecil. Masing-masing elemen diperhitungkan sebagaibagian dalam permasalahan utama, dengan demikian terdapathubungan antar elemen yang saling berkaitan melalui informasiglobal tentang deformasi, yang biasanya berhubungan dengankarakteristik elemen.

Tiga bagian utama analisa metode elemen hingga: Preprocessor dilakukan pemodelan benda yang

akan dianalisa, penentuan jenis material, pemilihantipe elemen, meshing, dan juga aplikasi beban

Solution permasalahan yang telah didefinisikan akandihitung

General Postprocessor hasil perhitunganditampilkan secara visual dalam bentuk konturtegangan dan regangan

IV. METODOLOGI PENELITIAN

Sebelum melakukan analisa distribusi tegangan padarangka sepeda, diperlukan data pendukung berupa distribusimassa pengendara pada sepeda. Oleh karena itu, pengukuranlangsung diperlukan untuk mendapatkan komponen gayahorisontal dan vertikal yang bekerja pada sepeda dalam bentukprosentase massa pengendara.

Ada dua titik pengamatan pada pengukuran ini yangmerupakan titik tumpu pengendara pada sepeda, yaitu:

Batang kemudi dimana gaya yang diberikan olehtangan pada batang kemudi kiri. dan kanan dianggapsama atau simetri

Saddle yang merupakan titik tumpu badan pengendaraPengukuran dilakukan dengan mernperhatikan posisi atau

perilaku dan pengendara yang wajar.Secara garis besar, langkah-langkah yang dilakukan dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut: Mengumpulkan data mengenai perkembangan

penelitian sebelumnya yakni perkembangan teknologisepeda dan permasalahan yang ada baik secara teoritismaupun aktual di lapangan.

Mengumpulkan informasi tentang sepeda mountainbike berupa bentuk geometry dimensi, dan propertimaterial rangka yang digunakan

Menyiapkan sepeda dan alat ukur Mengukur data massa pengendara sepeda Mencatat data hasil pengukuran dan mencari

persentase massa pada setiap titik pengamatan (titiktumpu pengendara pada sepeda)

Memodelkan rangka sepeda dengan menggunakanperangkat lunak CAD

Melakukan analisa dengan perangkat lunak FEAuntuk mendapatkan deformed shape dan distribusitegangan pada rangka sepeda dengan input model



CAD yang diperoleh pada langkah 8, material rangkapada langkah 4, dan beban pada langkah 5 sampai 7

Menyatakan hasil perhitungan yang dilakukan olehperangkat lunak FEA dalam bentuk grafik.

V. ANALISIS MODEL DAN PEMBAHASAN

Tabel 2. Hasil pengukuran berat badan di sadel dan di stang pada sampelyang diambil

No Nama Berat Badan (kg) Berat Badan di Sadel (kg) Berat Badan di Stang (kg)1 Aspar Yunus 55,7 34,2 4,92 Rahmat Hidayat 57,8 34,7 4,93 Muh. Chaidir 62,3 42,9 6,54 Haspriadi 49,4 26,1 6,15 A. Abdillah 64,6 36 7,56 Made 61,5 37,7 3,57 Husni 49,9 34,7 5,78 Ino 56,9 33,9 69 Alam Syani 56,4 33,5 5,910 Ikram 41,5 21,5 5,611 Irvan 47,1 31,2 5,212 Zulfikar 44,7 31,5 7,513 Ilham 54,4 36,9 714 Bagus 52,9 35,1 715 Rahmat 71,2 39,1 11,6

Rata-rata 55,087 33,933 6,327Standar Deviasi 7,914 5,116 1,814

Persentase 61,600 11,485

Pada tabel 2. terlihat jelas bahwa rata-rata berat badan darisampel adalah 55,087 kg sedangkan berat badan di sadel adalah33,933 kg dan di stang adalah 6,327 kg dengan persentaserata-ratanya pada sadel 61,600% dari rata-rata berat badansedangkan pada stang 11,485% dari rata-rata berat badan.

A. Pembebanan Pada Rangka

Pembebanan yang dilakukan pada penelitian ini hanyapembebanan untuk posisi pengendara duduk normal,Kemudian dilakukan analisa seperti yang direncanakan dalampenelitian, dan dilihat bagaimana pengaruh desain rangkasepeda terhadap distribusi tegangan dan deformed shape yangterjadi akibat pembebanan yang diberikan. Kemudian denganmenggunakan software Inventor, desain rangka yang sudahdibuat lalu ditransfer untuk di analisis dengan menentukan titikpembebanan yang terjadi pada rangka sepeda yang didesain,sebagaimana terlihat pada gambar 2.

(A) (B)Gambar 4. Penentuan titik pembebanan pada rangka normal (A) dan rangka

modifikasi (B)

Pada gambar 4. Terlihat bahwa pada masing-masing rangkadiberikan beban yang sama dan di dua titik pembebanan yangsama agar dapat diketahui pengaruhnya terhadap tegangan dandeformed shape.

B. Analisa Hasil Perhitungan

(A) (B)Gambar 5. Tegangan maksimum von mises yang terjadi pada masing-masing

rangka

Pada gambar 5. Menunjukkan tegangan maksimum vonmises yang terjadi pada rangka normal dan rangka modifikasidimana jelas terlihat perbedaan tegangan maksimumnya.

(A) (B)Gambar 6. Pergeseran displacement yang terjadi pada masing-masing rangka

Pada gambar 6 terlihat terjadi pergeseran pada yangberbeda pada rangka normal dan rangka modifikasi yangdiakibatkan pembebanan yang terjadi.

Gambar 7. Grafik hubungan tegangan maksimum vs daerah pengamatan.Pada gambar 7 terlihat tegangan von mises yang terjadi

pada enam titik pengamatan di masing-masing rangka yangmana terlihat pada rangka normal dan rangka modifikasiterlihat pada daerah pengamatan 5 yaitu di daerah seat staysmerupakan daerah tegangan tertinggi pada rangka dan darigarfik pula terlihat bahwa rangka modifikasi lebih besartegangan ekuifalen yang dimiliki jika dibandinkan denganrangka normal.



Gambar 8. Grafik hubungan pergeseran maksimum vs daerah pengamatan

Pada gambar 8 terlihat pergeseran maksimum yang terjadipada enam titik pengamatan di masing-masing rangka yangmana terlihat pada rangka normal dan rangka modifikasiterlihat pada daerah pengamatan 5 yaitu di daerah seat staysmerupakan daerah pergeseran terbesar pada rangka dan darigrafik pula terlihat bahwa rangka modifikasi lebih besarpergeserannya jika dibandingkan dengan rangka normal.

VI. KESIMPULAN

Dengan menggunakan software FEA autodesk inventordapat di tarik kesimpulan bahwa besarnya tegangan von misesdan displacement pada rangka normal dan rangka modifikasiterjadi perbedaan pada daerah kritisnya dimana semua itudipengaruhi oleh desain dari rangka sepeda yang telitidisamping itu pula besarnya pembebanan yang diterima olehmasing-masing rangka sepeda juga memiliki pengaruh yangcukup kuat.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anggono W., Sugondo A., Kurniawan E., (2007). AplikasiFinite Element Application and Pugh’s Concept Selection padaPerancangan Mountain Bike Rigid Body (Jurnal). Tekno SimUniversitas Kristen Petra, Surabaya.

[2] Hutton D.V., (2004), Fundamental of Finite Element Analysis,International Edition, Washington State University. New York:Mc Graw Hill Series in Mechanical Engineering

[3] Kosasih P.B., (2012), Teori dan Aplikasi Metode ElemenHingga. Yokyakarta: Andi Offset

[4] Katili I., (2008), Metode Elemen Hingga Untuk Skeleter.Jakarta: PT Raja Grafindo Persada

[5] Pusparini, P., (2009). Pengaruh Sudut STA Angka SepedaTerhadap Nilai Risiko Cedera Tubuh Pengendara Sepeda (TugasAkhir). FTI-ITS, Surabaya

[6] Pinem D.Mhd., (2013), Analisis Sistem Mekanik. JakartaSelatan: Wahana Ilmu Kita

[7] Pinem D.Mhd., (2010), Analisis Struktur Dengan MetodeElemen Hingga. Bandung: Rekayasa Sains

[8] Stevents D., (2009). The Stability and Handling Characteristicsof Bicycles (Tesis), Wales: The University of New SounthWales

[9] Tedja, Andra Berlianto, (2012). Analisa Tegangan danDeformed Shape Pada Rangka Sepeda Fixie (Tugas Akhir). FTI-ITS, Surabaya.

[10] Weldon, D., (2006). Mountain bike Rear Suspension DesignOptimalisation (disertasi), India: University of Bath.



Rancang Bangun Alat Tambahan Pada Mesin SekrapUntuk Pemesinan Freis Muka Dan Gerinda Rata

Muhammad YanisJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas SriwijayaPalembang-Sumatera Selatan, Indonesia

[email protected]

Qomarul HadiJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas SriwijayaPalembang-Sumatera Selatan, Indonesia

[email protected]

Abstract—Mesin sekrap dapat ditingkatkan kemampuannyauntuk pengerjaan proses freis dan proses gerinda. Kedua prosestersebut dilakukan dengan menambahkan alat tambahan(attachment). Alat tambahan ini dipasangkan pada dudukanpahat sekrap sebagai pengganti pahat sekrap. Sebagai dayapenggerak digunakan motor listrik dengan sistem transmisisabuk-V. Proses pemesinan yang dapat dilakukan adalah prosesfreis rata/face milling (perataan, freis ujung, kontur, prosesgurdi) dan gerinda rata (surface grinding). Pengujian awalterhadap kemampuan alat yang dibuat terdiri atas pengujianpemesinan dengan variasi putaran terhadap kekasaranpermukaan dan pembuatan kontur/profil menggunakanberbagai jenis pahat. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwaalat yang dibuat telah dapat digunakan untuk melakukanpemesinan proses freis dan proses gerinda. Penyimpangan yangterjadi masih didalam range standard (ISO) yang dizinkan untukkedua proses tersebut yaitu proses freis ≤ 25 µm dan prosesgerinda ≤ N8 (3,2 µm).

Kata kunci : Mesin perkakas, proses sekrap, proses freis, prosesgerinda, alat tambahan (attachment)

I. PENDAHULUAN

Pembuatan komponen mesin menggunakan mesin perkakassampai saat ini merupakan proses yang paling banyakdigunakan (60% s.d. 80%) dari proses lainnya. Hal ini karenaproses pemesinan dengan mesin perkakas dapat menghasilkankomponen yang teliti, tepat dan kompleksitas [1].

Mesin freis merupakan salah satu mesin perkakas yangmemiliki kemampuan yang lebih banyak dari mesin perkakaslain dalam membuat komponen mesin. Mesin freis unggulkarena didukung mekanisme cara kerjanya dimana pahat dapatberputar dan benda kerja dicekam pada meja, selain itu padamesin freis juga dapat dipasang berbagai bentuk pahat [2].Proses finishing untuk menghasilkan ketelitian dan kehalusanpermukaan yang lebih baik secara umum biasanya dilakukanmenggunakan mesin gerinda baik manual maupun otomatis.

Mesin perkakas dapat digolongkan menjadi beberapa jenisdan penggunaannya bergantung kontur ataupun bentukkomponen mesin yang akan dibuat. Secara umum kontur darikomponen mesin memerlukan pengerjaan pemesinan dapatberbentuk silindris, konis, perataan, lengkung/radius,alur/profil, lubang, bentuk spesifik dan kombinasi diantarabentuk tersebut. Salah satu atau lebih dari jenis mesin

perkakas berupa mesin gergaji, las, gurdi, bor, bubut, sekrap,freis atau mesin gerinda dapat digunakan untuk membuatbentu atau kontur tersebut [3].

Pada bengkel produksi terutama industri kecil danmenengah mereka sangat sedikit memiliki mesin freis danmesin gerinda otomatis. Dan rata-rata industri kecil danmenengah tersebut memiliki kombinasi mesin gergaji, las,gurdi, bubut, gerinda tangan dan mesin sekrap. Surveiterhadap 30 industri kecil mesin perkakas di kotamadyaPalembang terhadap mesin perkakas yang dimiliki diketahuibahwa 26,7% yang memiliki mesin freis, 6,7% memilikimesin gerinda otomatis, 90% memiliki mesin sekrap dan rata-rata 78% memiliki gabungan kombinasi mesin perkakaslainnya [4].

Suatu jenis mesin perkakas dapat ditingkatkankemampuannya dalam membuat komponen mesin denganmenambahkan alat tambahan (attachment) ataupun alat bantucekam (jig & fixture) [1].

Berdasarkan data survei diatas, dalam tulisan ini melakukanpeningkatan kemampuan mesin sekrap dalam pembuatankomponen yang memerlukan pengerjaan proses freis muka danproses gerinda rata. Kedua proses tersebut dilakukan denganmenambahkan alat tambahan (attachment) yang dipasangkanpada dudukan pahat sekrap. Sumber daya penggerak akanditambahkan motor listrik melalui sistem transmisi sabuk-V.Benda kerja agar dapat bergerak otomatis sebagai layaknyapada pemesinan freis maupun gerinda akan ditambahkandudukan khusus dengan penggerak daya khusus pula.

II. METODE PENELITIAN

Pelaksanaan penelitian mengikuti langkah-langkahtahapan prosedur ditunjukkan gambar 1. Pembuatan alatdilakukan di Lab. Manufaktur Fakultas Teknik UniversitasSriwijaya, Politeknik Universitas Sriwijaya dan Balai LatihanPendidikan Teknik (BLPT) Palembang. Pengujian kemampuanalat tambahan yang dibuat dilakukan di Lab. Manufaktur danLab. CNC-CAD.CAM Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya.



Gambar 1. Tahapan pelaksanaan penelitian

Tahap awal perancangan alat yang akan dibuat berdasarkandimensi dan bentuk dari ruang kerja pada mesin sekrap yangakan digunakan. Dimensi meja dan dudukan pahat sekrapmenjadi dasar awal ukuran untuk menjamin kekakuan alatyang dibuat. Bentuk dudukan dari alat dan motor penggerakdiposisikan mempertimbangkan bentuk ruang gerak bagianpemegang pahat dari mesin sekrap. Perhitungan kekuatandilakukan untuk menjamin kekakuan alat yang harus mampumenahan gaya berat dan gaya pemesinan yang bekerjasehingga defleksi yang terjadi tidak menyebabkan kesalahan(ketidaktelitian) yang berarti pada benda kerja yang akandimesin 5,6]. Perhitungan dimensi komponen utama awalseperti poros penggerak/digerakkan, sumber daya dansebagainya berdasarkan rumus di bawah ini.

Gaya tangensial proses freis [1,7] :

Ftm = Am ksm (1)

dimana :

Ftm = Gaya potong pergigi rata-rata, NAm = Penampang geram, mm2

= b x hm

b = Lebar geram, mmhm = Tebal geram sebelum terpotong, mm

= (fz sin κr /Φc) / (cos Φ1 – cos Φ2)fz = Gerak makan per gigi, mmκr = Sudut potong utama, o

Φc = Sudut persentuhan rata-rata. o

Φ1 = Sudut persentuhan masuk, o

Φ2 = Sudut persentuhan keluar, o

ksm = Gaya potong spesifik, N/mm2

= ks1.1 x hm-p

ks1.1 = Gaya potong spesifik ref., N/mm2

p = Pangkat tebal geram rata-rata

Gaya tekan pembuatan lubang [1] :

FZ = C dm fn (2)

dimana :FZ = Gaya tekan yang terjadi, NC, = Konstanta gaya tekand = Diameter pahat, mmf = Gerak makan, mm/r

Akibat gaya aksial (arah gaya sejajar dan sepusat sumbubenda kerja) [9] :

σ = Fa / A (3)

dimana :

Fa = Gaya aksial, NA = Luasan penampang arah tegak lurus, m2

Akibat gaya radial (arah gaya tegak lurus sumbu bendakerja) [9] :

σ = M / Z (4)

dimana :

M = Momen lengkung, N.m= Fr x d

Z = Modulus penampang, m3

= Momen inersia dibagi jarak sumbu netral

Akibat gaya tangensial (arah gaya tegak lurus jari-jaripenampang lingkaran benda kerja) [9] :

P = Ft . v = T . ω (5)

dimana :

P = Daya yang terjadi, N m/detikFt = Gaya tangensial yang terjadi, Nv = Kecepatan linier, m/detikT = Momen puntir, N.mω = Kecepatan sudut, rpm

Perhitungan poros [10] :

3/1

2/122 ..1,5

TcMcd tmp

(6)

dimana :τp = Tegangan geser izin, N/m2

cm = Konstanta faktor lengkungM Momen lengkung, N.mct = Konstanta faktor kelelahanT = Momen puntir, N.m

Perhitungan bantalan bola [9, 10] :

Mulai

Selesai

Perancangan Komponen Alat

Studi Pendahuluan, Survei Data

Pembuatan Alat

Pengujian Kemapuan Alat- Ketelitian geometri- Uji getaran pemesinan- Variasi kondisi pemesinan terhadap

kekasaran permukaan- Pembuatan kontur/profil b.kerja contoh

Kesimpulan

Analisis dan Evaluasi



Fe = x . V . Fr + y . Fa (7)dimana :

Fe = Beban ekivalen yang bekerja, NFr = Beban radial, NFa Beban aksial,N

Berdasarkan gambar kerja yang telah dibuat langkahberikutnya dilakukan pembuatan komponen alat. Alattambahan terdiri atas bagian komponen standar dan komponentidak standar. Komponen standar adalah komponen yangtersedia dan dapat langsung dibeli di pasaran. Komponen tidakstandar merupakan komponen yang dibuat dan bentuknyaberdasarkan gambar teknik yang dirancang. Komponen yangtidak standar dibuat semuanya menggunakan material bajalunak. Bentuk dari alat tambahan dan pemasangan sertakomponen-komponennya ditunjukkan gambar di bawah ini.

Gambar 2. Bentul alat tambahan untuk pemesinan proses freis

1Gambar 3. Meja tempat dudukan benda kerja

Gambar 4. Bentul alat tambahan untuk pemesinan proses gerinda

Untuk mengetahui alat tambahan yang dibuat telah dapatdigunakan maka dilakukan pengujian kemampuan alat. Jenispengujian yang dilakukan seperti ditunjukkan gambar 1.Namun tulisan ini untuk sementara hanya dilakukan pengujianawal yang meliputi pengujian putaran spindel yang terjadiuntuk berbagai tingkat transmisi terhadap kekasaranpermukaan dan pembuatan contoh profil. Peralatan dan bahandalam pengujian ini yang digunakan terdiri atas :

a. Peralatan untuk pengujian :- Mesin sekrap- Alat tambahan untuk melakukan pemesinan freis dan

gerinda- Tachometer (krisbow)- Dial indicator (Mitutoyo, 1µm)- Dial stand- Roughness tester accretech handsurf E-35 A/E Jepang

(kecermatan 0,1µm)- Jangka sorong (Mitutoyo, 0,1 mm)

b. Bahan- Material uji baja lunak dan Aluminium- Pahat perataan (HSS, diameter 40 mm)- Pahat endmill dan pahat gurdi- Batu gerinda (Benz/Jerman A60 PSV)


Alat tambahan yang telah berhasil dibuat ditunjukkangambar 5. Alat yang dibuat dipasangkan pada mesin sekrapdengan cara melepaskan rumah pemegang pahat sekrap. Alatyang dibuat disatukan menggunakan baut pada dudukanrumah pahat mesin sekrap. Meja tambahan diletakan padameja mesin sekrap yang disatukan dengan baut.

Daya motor perencanaan untuk proses freis dan prosesgerinda dibutuhkan daya maksimum 250 Watt dan putaraninput (puli penggerak) sebesar 2900 rpm. Motor untuk meja

1. Poros spindel dan porospemegang ahat freis/gurdi

4. Rangka penumpuh motorporos penggerak

2. Rumah penumpuh porosspindel

5. Sistem sabuk (v-belt)

3. Dudukan pahat mesinsekrap

6. Motor penggerak

1. Meja (slot-T) 3. Transmisi daya (rantai)2. Ragum pencekam b. kerja 4. Poros daya

1. Motor penggerak 4. Batu gerinda2. Pelat penumpuh 5. Sistem sabuk (v-belt)3. Rumah penumpuh poros

spindel6. Dudukan pahat mesin

sekrap6

5

3

1

2

4

1

2

3

45

6

2

3

4

1



dipilih dengan daya dan putaran yang kecil. Untuk mengubahbesar putaran dilakukan dengan menggunakan puli bertingkatuntuk proses freis (tiga tingkat) dan pengubahan ukuran pulipenggerak ataupun puli yang digerakkan untuk proses gerinda.Sementara itu untuk pengaturan kecepatan gerak meja diaturmenggunakan adaptor. Putaran spindel keluaran teoritis (puliyang digerakkan) untuk proses freis adalah 1657,14 rpm; 2900rpm dan 5075 rpm. Putaran spindel keluaran teoritis (puliyang digerakkan) untuk proses gerinda adalah 2900 rpm;2485,71 dan 2175 rpm.

Pada proses gerinda jenis dan ukuran batu gerindadilakukan dengan mengganti batu gerindanya. Pada prosesfreis penggunaan berbagai jenis pahat bergantung porospemegang pahat yang dibuat dan ukuran colet (pengikat pahat)yang ada. Pada proses freis dapat dipasangkan berbagai jenispahat yaitu pahat perataan, endmill maupun pahat gurdi.Untuk menjamin kekakuan yang baik maka panjang pemegangpahat dibuat sependek mungkin sepanjang tidak menganggupemesinan.

Gambar 5. Alat tambahan dipasangkan pada mesin sekrapuntuk pemesinan proses freis dan proses gerinda

Gambar 6. Meja tambahan untuk dudukan benda kerja

Untuk mengetahui keberhasilan pembuatan alat tambahanmaka dilakukan pengujian pemesinan dimana dalam tulisanini adalah pengujian pengaruh putaran spindel yang terjaditerhadap kekasaran permukaan dan pengujian kedua adalahpembuatan contoh profil menggunakan berbagai pahat.Berikut hasil pengujian-pengujian tersebut.

Gambar 7. Grafik pengaruh putaran spindel terhadapkekasaran permukaan pada proses freis

Gambar 8. Grafik pengaruh putaran spindel terhadapkekasaran permukaan pada proses gerinda

Pembuatan kontur dilakukan dengan mengkombinasikanjenis pahat yang dapat digunakan pada alat tambahan yangdibuat. Jenis pahat yang digunakan adalah pahat perataan,pahat endmill (freis ujung), pahat gurdi dan batu gerinda.Berikut contoh kontur yang dibuat dengan pemesinanmenggunakan kombinasi pahat ini.

Gamabr 9. Contoh kontur yang dibuat menggunakan alat tambahan baik untukproses freis maupun proses gerinda; (a) pahat gurdi/kontur lubang,(b) pahat tirus, (c) pahat perataan dan (d) batu gerinda

Dari penelitian yang dilakukan, telah dibuat alat tambahanyang dipasangkan pada mesin sekrap sesuai dengan hasil yangdiharapkan yaitu dapat membuat produk yang memerlukanproses freis muka (face milling) dan proses gerinda (surfacegrinding). Kemampuan alat dalam melakukan pekerjaan freis



dan gerinda dapat diandalkan, hal ini terlihat dari hasilpengujian yaitu pengujian pengaruh putaran spindel terhadapkekasaran permukaan dilakukan menggunakan alat yangdibuat dan menggunakan mesin freis sebenarnya. Meskipununtuk semua kondisi berada diatas hasil pengujianmenggunakan mesin freis sebenarnya namun nilai kekasaranpermukaan yang terjadi berada dalam range untuk kekasaranpermukaan standar yang ada (proses freis ≤ 25 µm dan prosesgerinda ≤ N8; angka kelas kekasaran).

Pembuatan kontur benda kerja dapat menggunakanberbagai jenis pahat seperti perataan, berbagai pahat freisujung dan pahat gurdi. Dan untuk proses gerinda, batu gerindadapat diatur jenis batu gerinda dan diameternya.

Pada pengujian sebelumnya telah dilakukan pengujianketelitian simpang putar (run out) poros utama atau spindeluntuk kedua alat tambahan dan pengujian putaran spindelyang terjadi, dan didapat bahwa [11] :- Ketelitian simpang putar (run out) poros utama atau

spindel penyipangan maksimum yang terjadi adalah 30µm.

- Pengujian putaran spindel yang terjadi rata-rata penurunanputaran adalah 6.5%.

IV. KESIMPULAN

Dari hasil perancangan dan penelitian yang telahdilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa peningkatankinerja mesin sekrap untuk membuat komponen mesin yangmembutuhkan pengerjaan proses freis dan gerinda telahberhasil dilakukan. Hal ini dapat dilihat dari pengujian awalyang telah dilakukan. Pengujian meliputi variasi putaranspindel terhadap kekasaran permukaan yang terjadi. Dan darihasil pengujian terlihat bahwa hasilnya masuk dalam rangeuntuk kekasaran permukaan standar yang ada yaitu prosesfreis ≤ 25 µm dan proses gerinda ≤ N8 (3,2 µm).

Alat tambahan dapat melakukan proses freis muka (facemilling) dengan jenis pahat perataan, freis ujung ataupun pahatgurdi. Dan untuk proses gerinda berupa gerinda rata (surfacemilling) dengan memvariasikan batu gerinda.

Alat bantu cekam yang yang dibuat diharapkan dapatdimanfaatkan oleh bengkel produksi atau industri kecil yangtidak memiliki mesin freis dan atau gerinda otomatis untukmeningkatkan produktivitas mesin sekrapnya, sehingga dapatmenambah pendapatan.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih disampaikan pada Rektor Universitas

Sriwijaya melalui Hibah Penelitian Desentralisasi danaBOPTN 2014 atas bantuan penuh pelaksanaan penelitian ini(Penelitian Hibah Bersaing Tahun 2014).

DAFTAR PUSTAKA

[1] R. Taufiq, “Klasifikasi Proses, Gaya dan Daya Pemesinan“,Buku 1, Lab. Teknik Produksi dan Metrologi Industri ITB,Penerbit ITB, Bandung, 2007.

[2] R. Taufiq, “Spesifikasi, Metrologi dan Kontrol KualitasGeometris”, Buku 1, Lab. Teknik Produksi dan MetrologiIndustri ITB, Penerbit ITB, Bandung 2001.

[3] Yanis. M., “Modifikasi Mesin Bubut dengan Penambahan AlatBantu Cekam untuk Membuata Komponen yang MembutuhkanProses Freis”, Makalah Hibah Strategis Nasional, DIPA Unsri,2009.

[4] Yanis. M., dkk, “Modifikasi Mesin Bubut dengan PenambahanAlat Bantu Cekam untuk Mengerjakan Proses Freis diKelompok Pengusaha Kecil Mesin Bubut Pasar CindePalembang”, Makalah PPM, DIPA Fakultas Teknik Unsri, 2010.

[5] Yanis M., dkk, Perancangan dan Pembuatan Alat Bantu Cekampada Mesin Sekrap untuk Meningkatkan Variasi Produk yangMembutuhkan Proses Freis”, Makalah Penelitian DIPA FakultasTeknik Unsri, 2011.

[6] Guruh S. S., “Perencanaan dan Pembuatan Alat Bantu untukPemesinan Proses Gerinda Rata yang Dipasangkan pada MesinSekrap”, Skripsi S1, Jurusan Teknik Mesin Fakultas TeknikUniversitas Sriwijaya, 2013.

[7] Fritz Klocke, “Manufacturing Processes 1-Cutting”, SpringerH.D, New York, London, 2010.

[8] P. H. Joshi, “Jigs and Fixture Design”, Mc. Graw hill, SecondEdition, USA, 2003.

[9] Robert L. Norton, “Machine Design”, Prentice-HallInternational, Inc, USA, 1996.

[10] Dimarogonas A. D., “Computer Aided Machine Design”,Prentice-Hall, Inc, Camfridge, UK, 1989.

[11] Yanis M., “Peningkatan Kinerja Mesin Sekrap untuk MembuatKomponen yang Membutuhkan Pengerjaan Proses Freis danProses Gerinda”, Makalah pada Seminar Nasional TahunanTeknik Mesin XII (SNTTM XII), Universitas Lampung, BandarLampung, 2013.


Sistem Manufaktur I-48

Model Probabilistic Risk Assessment padaIndustri Galangan Kapal Sub Klaster Jakarta

Minto BasukiJurusan Teknik Perkapalan

Institut Teknologi Adhi Tama SurabayaSurabaya, Indonesia

[email protected]

A.A Wacana PutraJurusan Teknik Perkapalan

Institut Teknologi Adhi Tama SurabayaSurabaya, [email protected]

Abstract— Penelitian ini bertujuan melakukan penilaian risikopada industri galangan kapal di Indonesia. Pada paper inidilakukan penilaian risiko pada industri galangan kapal padasub klaster Jakarta. Sampel data didapatkan pada prosespembangunan kapal baru tipe kapal tunda 2x1600 HP dengannomer pembangunan 308, yang dibangun di PT. Daya RadarUtama Jakarta. Analisis dilakukan menggunakan pendekatanteori probabilitas dan prinsip perkalian, masing-masing padamodel utama, model desain, model material dan model produksipada proses pembangunan kapal baru. Dari hasil pembahasan,probabilitas keterlambatan pada kelompok desain adalah 0,0058,probabilitas keterlambatan pada kelompok material adalah0,1348, probabilitas pada kelompok produksi adalah 0,1893.Pada model desain, probabilitas keterlambatan terbesar padakegiatan design and engineering yaitu 0,001157, probabilitasterbesar pada model material adalah 0,01217 pada kegiatanmachinery. Kegiatan hull construction adalah penyebabketerlambatan terbesar pada model produksi, dengan nilaiprobabilitas 0,01396.

Kata kunci: Galangan Kapal, Hull Construction, Model, RiskAssessment.

I. PENDAHULUAN

Industri galangan kapal dunia akan menjadi perhatianinternasional seiring dengan pertumbuhan ekonomi Chinasejak tahun 2003. Industri galangan kapal Korea juga salahsatu yang menikmati, hal ini salah satunya dapat dilihat daripertumbuhan order sampai 236% pada industri galangan kapalselama lima tahun terakhir, dan setelah tahun 2003 ordertumbuh 5,2% pertahun. Pada tahun 2006, 496 juta CGT orderbaru dimenangkan Korea 38,3%, China 29,6% dan Jepang13,9% [8]. Menurut Suryohadiprojo [4], Industri galanganIndonesia, dengan perputaran uang untuk transportasi lautsebesar 50,7 triliun rupiah pertahunnya, seharusnya menjadigalangan kapal yang tangguh, modern dan sumber devisaIndonesia. Di sisi lain, saat ini Jepang dan Korea menguasailebih dari 80% share market dunia. Industri galangan kapalIndonesia hanya menyerap 0,5% share market galangan kapaldunia. Akibat dari kesulitan pergerakan aktifitas galangankapal Indonesia, industri pendukung seperti industri baja,industri permesinan, industri kelistrikan, industri kimiamengalami penurunan produktifitas dan banyak yangbangkrut.

Menurut data yang dikeluarkan versi Lloyd Register –fairplay tahun 2006 jumlah kapal yang dibangun olehgalangan – galangan kapal di dunia dengan klasifikasi Lloyd

Register berjumlah 6,716 unit dengan berbagai tipe kapal.Pada benua Asia, Negara yang paling aktif dalampembangunan kapal adalah Negara China tercatat membangun1,480 unit sama dengan 30,1 %, Korea Selatan tercatatmembangun 1426 unit sama dengan 29%, Jepang tercatatmembangun 1,262 unit sama dengan 25,67% dan Indonesiatercatat membangun 68 unit atau sebanding dengan 1,38%.Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 1 berikut:

Sumber: Lloyd Register – fairplay tahun 2006, diolah.Gambar 1. Negara Asia Pembangunan Kapal Klas LR

Melihat gambar diatas, menandakan bahwa betapakecilnya share market yang bisa direbut oleh galangan kapalnasional dan ini juga menandakan betapa tertinggalnyaindustri galangan kapal di Indonesia. Disamping itu juga bisabisa diartikan bahwa galangan kapal nasional masih belumbanyak diminati oleh pemilik kapal. Seharusnya kondisi initidak boleh terjadi, mengingat Indonesia adalah negaramaritim. Ketertinggalan ini akan membawa dampak tidakberkembangnya industri pendukung, karena industryperkapalan dari hulu sampai hilir banyak tergantung padaindustry lain.

Menurut Basuki dan Widjaja [9], ada beberapa alasanmengapa industri galangan kapal harus dikembangkan, antaralain: nilai ekonomis industri galangan kapal, berkembangnyaindustri ini akan turut mengembangkan industri lain yang akanmemberikan multiplier-effect yang besar kepada prosesindustrialisasi dalam suatu negara. Disamping itu industrigalangan merupakan industri padat karya yang mampumenciptakan lapangan kerja cukup besar dengan nilai tambahyang cukup tinggi. Dengan berkembangnya industri ini, makakemandirian sektor pertahanan dengan pembuatan alatpertahanan di dalam negeri akan dapat dicapai.

Seperti dijelaskan pada paragraph diatas, industri galangankapal sangat tergantung pada industri lain dari hulu sampai



hilir. Ketergantungan ini akan menentukan kelangsungan dantingkat risiko yang dihadapi oleh industri galangan kapal. Halini dapat dilihat seperti Gambar 2 sebagai berikut.

Gambar 2. Skema Hubungan Galangan Kapal

Industri perkapalan di Indonesia masih kalah bersaingdengan industri galangan luar negeri seperti Singapura,Hongkong, dan Malaysia, apalagi persaingan dengan negaraKorea Selatan dan Jepang. Dari keadaan tersebut, perluadanya pengkajian dari segi produktivitas dan efisiensi kerja.Untuk mendukung peningkatan produktivitas padapembangunan kapal baru perlu dikembangkan suatu sistemyang disesuaikan dengan kondisi galangan. Salah satu usahapeningkatan produktivitas galangan adalahdengan kemampuan membangun kapal sesuai standar mutuyang ditentukan oleh pihak pemesan. Pesanan kapal dapatdilakukan tepat waktu, harga bersaing serta mutu yangmemadai [17].


Metode penelitian yang dilakukan dengan menggunakanterminologi Risk = Probability of risk occurrence XConsequences of risk occurrence. Analisis ditekankan padaProbability of risk occurrence dengan menggunakanpendekatan statistik (azaz perkalian, teori peluang, Bayesian).Proses bangunan baru dibagi menjadi 3 bagian besar, yaitudesain, material dan produksi. Masing-masing bagian tersebutdilakukan penilaian Probability of risk occurrence pada titiksimpul pada jejaringnya (Value at Risk/VaR).

Langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut: (i)Identifikasi hazard (list semua skenario kejadian yang relevandengan faktor penyebab dan dampak yang potensial) padaproses pembangunan kapal baru, yaitu pada kegiatan desain,pengadaan material dan proses produksi. (ii) Penilaian risiko(evaluasi faktor-faktor risiko); Fokus pada skenario yangpenting, Ukur risiko pada setiap scenario, Analisa darimanarisiko datang, fokus perhatian pada penyebab, Identifikasifaktor yang berhubungan yang mempengaruhi tingkatanrisiko, dan Evaluasi risiko dan tingkat risiko denganpendekatan value at risk dengan menggunakan metode

statistik. Kerangka dasar yang dikembangkan dalam metodepenelitian seperti pada gambar 3 berikut:

NEW BUILDINGPROJECT

Design (IncludingModel Test)

Material Productuon Performance factor

Cost factor

Probability of riskoccurrence Design

Probability of riskoccurrence Material

Probability of riskoccurrenceProduction

Schedule factor

Total Probability ofrisk occurrence

Consequences ofrisk occurrence

Total Risk

Gambar 3. Kerangka Kerja Penelitian Risk Assessment Bangunan Baru

III. DASAR TEORI

Untuk mengenal industri perkapalan, maka perlu diketahuisifat dan kondisi industri perkapalan. Industri perkapalanmemiliki sifat dan kondisi sebagai berikut [15]:1. Padat Modal (Capital Intensive) yaitu bahwa untuk

mendirikan galangan kapal diperlukan modal yang besar.Galangan kapal yang besar masih dimiliki oleh BUMN,sedangkan galangan swasta hanya memiliki galangan yangukurannya kecil dan menengah. Padatnya modal bukansaja modal untuk investasi fasilitas namun juga untukmodal kerja.

2. Padat Karya (Labour Intensive) yaitu bahwa industrigalangan ini melibatkan banyak tenaga kerja terutamatenaga di lapangan. Dalam industri perkapalan yang padatkarya diperlukan karyawan yang berkualitas standar.Rendahnya kualitas karyawan akan mengakibatkanrendahnya kualitas produksi kapal. Hal ini menyebabkanberkurangnya pesanan kapal karena kualitas rendah kurangdiminati oleh pemesan.

3. Pengembalian Modal Lambat (Slow Yielding) yaitu bahwatingkat pengembalian modal yang diinvestasikan untukmembuat galangan memerlukan waktu yang lama.

4. Pertambahan Nilai Rendah (Low Value added) dimanatingkat keuntungan yang masih rendah ini disebabkan olehbanyak hal yang saling terkait dalam kondisi industriperkapalan. Walaupun pertambahan nilainya rendahnamun industri perkapalan ini dapat meningkatkanpertambahan nilai yang cukup signifikan padaaglomerasinya. Sering kali hal ini yang dilupakan olehbeberapa kalangan. Beberapa kasus di negara majurendahnya value added ini diatasi dengan memberikaninsentif kepada galangan.

5. Rantai Nilai Komplek (Complex Value Chain) yaitu bahwaindustri galangan ini melibatkan banyak industri laindalam aglomerasi Kawasan Industri Khusus (KIK) mulaiindustri komponen, supplier dan subkontraktor. ElemenKIK tersebar diberbagai tempat terutama kandunganimport.

6. Berdaya Saing Rendah (Low Competitiveness) yaitu bahwaindustri galangan ini memiliki daya saing yang masihrendah, terbukti kapasitas tahunan masih relative kecildibanding dengan produksi dunia.



7. Bisnis Risiko Tinggi (High Risk Business) bahwa industrigalangan termasuk dalam kategori bisnis berisiko tinggi,sebab sering kali kontrak pembangunan kapal tidakmenguntungkan galangan dan cenderung berisiko terkenapinalti.

8. Pesanan Kapal Sedikit (Low Demand Ship Order) bahwajumlah pesanan kapal masih sedikit karena kondisipelayaran yang masih lesu. Disamping itu import kapalbekas masih diminati oleh perusahaan pelayaran, hal inimenambah sulitnya galangan memperoleh pesanan kapalbaru.

9. Berteknologi Tinggi (High Technology Contents) yaitubahwa untuk pembangunan kapal besar dan canggihdiperlukan fasilitas galangan yang berteknologi tinggimulai tools disain (Computer Aided Design System),produksi (Computer Aided Manufacturing System),Logistik (Material Requirement Planning), Heavy DutyCrane berkapasitas hingga 300 T.

10. Berkeahlian Tinggi (High Skilled Ship Design &Fabrication) yaitu bahwa industri galangan memerlukanSDM yang ahli dibidang galangan termasuk disain kapaldan produksi kapal. Pekerjaan pembangunan kapalmemerlukan ketelitian dan keakuratan yang tinggi sesuaidengan tuntutan mutu klasifikasi kapal.

11. Kandungan impor tinggi dan kandungan lokal rendah(High Import Contents and Low Local Contents) yaitubahwa industri galangan memerlukan kandungan importyang tinggi dan kandungan local rendah. Dalam beberapakasus kandungan import mencapai 80 % sedangkankandungan lokal hanya 20 % termasuk tenaga kerja.

12. Kurangnya Pengalaman (Low Experience) bahwa dengansedikitnya pesanan kapal baru mengakibatkan semakinberkurangnya pengalaman membangun kapal baru.Pengalaman yang lampau akan sia-sia bila tidak dilakukansecara berkelanjutan. Pengalaman untuk membangun kapalbesar misal yang lebih dari 50.000 DWT belum pernahdilakukan. Maka bila ingin mengembangkan galangandengan ukuran lebih besar diperlukan belajar daripengalaman yang bisa diperoleh dari tenaga ahli asingmaupun dengan mengirim tenaga ahli untuk magang digalangan besar di luar negeri.

13. Lamanya waktu penyelesaian (Long term ship delivery)bahwa industri galangan ini memerlukan waktu yangcukup lama untuk menyelesaikan bangunan baru. Hal inidisebabkan antara lain lamanya waktu untuk memesankomponen impor dan rendahnya produktivitas galangan.Rendahnya produktivitas dipengaruhi oleh kapasitasproduksi dan fasilitas serta ketrampilan SDM. Fasilitasproduksi yang sudah tua menjadikan turun kemampuanproduktivitasnya.Melihat sifat dan kondisi industri perkapalan diatas, maka

dalam pengelolaannya harus menggunakan prinsip kehati-hatian. Banyak kondisi ketidakpastian yang akan terjadi,karena industi galangan kapal, dari hulu sampai hilir banyaktergantung pada industri lain, termasuk juga ketergantunganterhadap material import yang masih tinggi. Kondisi ini akansangat berpengaruh sekali pada galangan kapal nasional,karena ketergantungan terhadap barang impor masih sangattinggi sekali, disamping itu, dukungan dari pemerintah dalamrangka pengembangan industri galangan kapal nasional masih

sangat sedikit sekali. Factor lain yang juga perlu diperhatikanantara lain: kemampuan industri pendukung yang belumberkembang dengan baik, dukungan SDM yang perluditingkatkan, teknologi, kondisi internal perusahaan galangankapal, belum sinergi antar galangan kapal nasional.

Industri galangan kapal adalah industri yang padat modaldan tingkat pengembaliannya yang cukup lama (slowyielding), sehingga dalam operasionalnya harus menggunakanprinsip kehati-hatian. Untuk meminimalkan costoperasionalnya, galangan kapal salah satunya dapat memanagemelalui pengelolaan tingkat risiko yang dihadapi dalamoperasionalnya [9], demikian juga pengelolaan denganmemasukan faktor eksternal [10].

Beberapa risk assessment pada industri perkapalan telahdilakukan, antara lain Asok et al. [5] dengan schedule riskmenggunakan pendekatan model matematis, analisis yangdilakukan dengan pengurangan schedule risk padamanagement proyek berdasarkan persamaan matematis:module join time, module construction time serta time rework,menggunakan database. Atua [2] menggunakan cost risk danschedule risk dalam analisis risiko menggunakan pendekatandeterministic, evaluasi risiko dilakukan pada proses produksikapal dengan menggunakan pendekatan CPM (Critical PathMethod) dan PERT (Program Evaluation and ReviewTechnique). Dalam proses pembangunan kapal ada unsurketidakpastian, maka diperlukan sebuah upaya dari manajer,untuk menyusun kembali jadwal dan menyusun project taskserta menyediakan sumber daya pendukung. Dampakketidakpastian ini adalah terjadinya penyimpangan dari jadwaldan terjadinya sebuah risiko terlambatnya proyekpembangunan kapal.

Dengan pendekatan statistik, evaluasi risiko telahdikemukan oleh: Basuki dan Widjaja [9], Basuki dkk [14],Basuki dan Suardi [16], Lee et al. [8], Lu et al. [1], Moyst etal. [6]. Basuki dan Widjaja [9] telah mengusulkan perlunyaproses mitigasi risiko dalam analysis risk dengan pendekatankualitatif dan deterministic. Analisis risiko dengan pendekatandeterministic telah dilakukan oleh beberapa peneliti, antaralain: Basuki dan Setyoko [11], Basuki dan Novendi [13],Basuki dan Choirunisa [17], Basuki dan Prasetyo [18], Basukidan Kurniawan [19], Robu [3], Vassalos et al. [7]. Analisisdengan pendekatan optimasi dalam evaluasi risiko telahdilakukan oleh Lee et al. [12].

Basuki dan Widjaja [9] telah melakukan evaluasi risikopada proses pembangunan kapal dengan pendekatan statitistikmulai tahap awal proses produksi sampai tahap erection.Evaluasi risiko pada tahap desain sampai delivery telahdilakukan Basuki dan Setyoko [11] dan Basuki dan Novendi[13], Basuki dan Choirunisa [17], Basuki dan Kurniawan [19],dengan analisis standar Australia. Asok and Aoyama [5]melakukan evaluasi risiko pada proses pembangunan kapalpada tahap assembly sampai erection dengan schedule riskdengan menggunakan model matematis. Lee et al [8]melakukan evaluasi risiko pada industri galangan kapal daritahap kontrak sampai delivery dengan pendekatan statistik,masing-masing phase dilakukan risk assessment. Evaluasirisiko dengan Bayesian network sudah dilakukan oleh Lee etal [12] pada proses pembangunan kapal. Atua [2] melakukanevaluasi cost risk dan schedule risk proses pembangunan kapalpada industri galangan kapal.




Untuk mensederhanakan penyelesaian dan berdasarkan datalapangan yang diperoleh, bahwa pada dasarnya prosespembangunan kapal dibagi menjadi tiga bagian besar, yaitu:proses desain, proses pengadaan material dan proses produksi.Pada masing-masing proses tersebut juga ada subproses yangdijalankan. Proses desain, proses pengadaan material danproses produksi beserta sub prosesnya akan memunculkanrisiko yang berbeda. Keterkaitan antar proses dan subprosesdianalisis hazard potensial yang muncul untuk dipetakanbesaran nilai probabilitas serta dampak yang ada, dalambentuk jejaring untuk mengetahui hubungan antar titik simpul.Model jejaring dikembangkan, karena pekerjaan bangunanbaru, antara satu proses dengan proses yang lainnya sangatberhubungan sekali, bahkan antara subproses satu dengansubproses yang lainnya juga sangat berhubungan. Antarasubproses dengan proses juga memiliki keterkaitan sertahubungan. Apabila satu proses atau satu subproses terhambatdan terlambat, maka akan berpnegaruh terhadap proses yanglainnya. Model jejaring yang dikembangkan dibagi menjadimodel jejaring utama dan model jejaring untuk masing-masing proses serta subprosesnya. Data yang dipakai dasaruntuk analisis dalam studi kasus ini adalah data prosespembangunan kapal tunda 2 x 1600 HP milik PT. Pelindo Idengan nomor pembangunan 308 yang dibangun di PT. DayaRadar Utama Jakarta.

Model Jejaring UtamaModel jejaring utama dirumuskan seperti pada gambar 4berikut:

Gambar 4. Model Jejaring Utama

Nilai probability of risk occurrence dihitung berdasarkanprobabilitas untuk masing-masing titik simpul Value at Risk(VaR) dan disusun dalam tabel berikut:

Tabel 1. Nilai Probabilitas VaR Jejaring Utama

Komponen Probabilitas VaRDesain (termasuk tes model kapal) 0,0058Material 0,1348Produksi 0,1893

Total 0,333

Model Jejaring DesainModel jejaring desain dirumuskan seperti pada gambar 5berikut:

Gambar 5. Model Jejaring Desain


Tabel 2. Nilai Probabilitas VaR Jejaring Desain

Komponen Probabilitas VaRDesign and Engineering 0,001157Model Kapal & Model 3D 0,000007Uji Model Kapal 0,000694

Total 0,001928

Model Jejaring MaterialModel jejaring material dirumuskan seperti pada gambar 6berikut:

Gambar 6. Model Jejaring Material


Tabel 3. Nilai Probabilitas VaR Jejaring Material

Komponen Probabilitas VaRLambung 0,006573Perlengkapan Lambung 0,007483Permesinan 0,01217Kelistrikan 0,007484

Total 0,03371

Model Jejaring ProduksiModel jejaring produksi dirumuskan seperti pada gambar 7berikut:



Gambar 7. Model Jejaring Produksi


Tabel 3. Nilai Probabilitas VaR Jejaring Produksi

Komponen Probabilitas VaRLambung 0,01396Perlengkapan Lambung 0,01292Permesinan 0,00753Kelistrikan 0,01292

Total 0,04733

V. KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan, dapat disimpulkan sebagai berikut:pada model utama probabilitas terbesar penyebabketerlambatan adalah kegiatan produksi. Kegiatan design andengineering adalah penyebab terbesar keterlambatan prosesbangunan baru pada model desain. Pada model material,probabilitas terbesar penyebab keterlambatan adalah kegiatanmachinery/permesinan. Pada model produksi, kegiatan hullconstruction/pekerjaan lambung mempunyai probabilitasterbesar penyebab keterlambatan bangunan baru. Aktifitasproduksi harus mendapat perhatian, karena mempunyai risikobesar penyebab keterlambatan bangunan baru kapal tunda 2 x1600 HP dengan nomer pembangunan 308.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penelitian ini adalah bagian dari laporan penelitianFundamental. Terima kasih kepada Direktur DP2M atasbantuan pembiayaan, sehingga penelitian ini bisa terselenggara.

REFERENSI

[1] Lu, BZ and Tang A.S.T., 2000, China ShipbuildingManagement Chalenges in the 1980s, Maritime Policy &Management, Volume 27, Number 1, pp. 71-78.

[2] Atua, KI, 2003, Schedule Risk Assessment in PlanningShip Production, Alexandria Engineering Journal, Volume.42, Number 5.

[3] Robu, B., Gavrilescu, M., and Macoveanu, M., 2003,Risk Assessment for a Shipyard From Romanian Black SeaCoast, Environmental Engineering and ManagementJournal, Volume 2, Number 4, pp. 303-316.

[4] Suryohadiprojo, A, 2004, Prospek PengembanganIndustri Galangan Kapal, Majalah BKI, Jakarta.

[5] Asok, K.A, and Aoyama, K, 2005, Risk Management inModular Ship Hull Construction Cinsidering IndefiniteNature of Task, Paper ICCAS, Busan South Korea, 23-24August.

[6] Moyst, H and Das, B, 2005, Factors Affecting ShipDesign and Construction Lead Time and Cost, JournalShip Production, Volume 21, Number 3, pp. 186-194.

[7] Vassalos, D., Guarin, J., and Konovessis, D., 2006, Risk-Based Ship Design: Concept, Methodology and

Framework, 3 rd International ASRANet Colloquium[8] Lee, E., Shin, J.G. and Park, Y, 2007, A Statistical

Analysis of Engineering Project Risk in the KoreanShipbuilding Industry, Journal Ship Production, Volume23, Number 4, pp. 223-230.

[9] Basuki, M dan Widjaja, S, 2008, Studi PengembanganModel Manajemen Risiko Usaha Bangunan Baru PadaIndustri Galangan Kapal, Prosiding Seminar NasionalTeknologi Produksi, Jurusan Teknik Perkapalan, FTMKITATS.

[10]Basuki, M, 2009, A Concept Risk Management Model forShip Construction Process with Externality Factors,Proceeding Seminar Nasional Applied Technology andArts, LPPM ITS.

[11]Basuki, M dan Setyoko, T, 2009, Risiko OperasionalPada Proses Pembangunan Kapal FPB 38 DenganMaterial Aluminium di PT. PAL Indonesia, ProsidingSeminar Nasional Teori dan Aplikasi Teknologi Kelautan(SENTA) 2009, FTK, ITS.

[12]Lee, E., Park, Y., and Shin, J.G., 2009, LargeEngineering Project Risk Management Using a BayesianBelief Network, Expert Systems with Applications: AnJournal International, Volume 36, Issue 3, pp. 5880-5887.

[13]Basuki, M. dan Novendi, I, 2010, Analisa RisikoOperasional Pada Proses Konversi Workboat MenjadiSupply Vessel Kapal MV. Sam Prosper I di PT. Dok danPerkapalan Surabaya, Prosiding SENTA 2010, FTK, ITS.

[14]Basuki, M., Artana, I.K.B., Nugroho, S., danDinariyana, A.A.B., 2010, Probabilistic Risk AssessmentPada Industri Galangan Kapal, Prosiding SENTA 2010,FTK, ITS.

[15]Deperindag Jawa Timur, 2010, Laporan Akhir KajianIndustri Perkapalan di Jawa Timur.

[16]Basuki, M dan Suardi, A.T, 2012, Analisis Risiko ProsesBangunan Baru Pada Industri Galangan Kapal SkalaBesar, Jurnal Saintek, Volume 9, Nomor 1, Juni 2012, pp.44-47, Kopertis VII Surabaya.

[17]Basuki, M. dan Choirunisa, B, 2012, Analisa RisikoProses Pembangunan Kapal Baru 3.500 LTDW WhiteProduct Oil Tanker – Pertamina di PT. Dumas TanjungPerak Surabaya, Jurnal Neptunus, Volume 18, Nomor 2,pp. 97-109, Edisi Juli 2012, Fakultas Teknik UHT.

[18]Basuki, M dan Prasetyo, D, 2012, Analisa Risiko PadaPekerjaan Bangunan Baru di PT. Ben Santosa, Penelitiantidak dipublikasikan, Jurusan Teknik Perkapalan, FTMK,ITATS.

[19]Basuki, M., dan Kurniawan, I., 2013, Analisis RisikoPembangunan Kapal Baru 6.500 LTWD Product OilTanker – Pertamina di PT. Dok dan Perkapalan Surabaya



(Persero), Penelitian tidak dipublikasikan, Jurusan TeknikPerkapalan, Oktober 2013, ITATS.

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem Manufaktur dan Energi


Prototype Otomatisasi Kotak SampahBerbasis Mikrokontroler

Rita WiryasaputraFakultas Ilmu Komputer

Universitas Indo Global MandiriPalembang, Indonesia

[email protected]

Abstrak—Akibat pencemaran ruangan adalah hambatandalam berkarya dan terganggunya aktivitas bekerja.Penumpukan dan pengolahan sampah yang tidak baik,berdampak negatif terhadap lingkungan dan mengurangiekstetika. Secara relatif, orang mengalami ketakutan untukberkontaminasi langsung dengan kotak sampah, saat akanmembuang sampah. Solusinya adalah otomatisasi kotaksampah, sehingga orang yang ingin membuang sampah tidakterkontaminasi langsung dengan kotak sampah tersebut.Otomatisasi kotak sampah bermikrokontroller dilengkapidengan alarm sebagai penanda bahwa kapasitas kotak sampahsudah penuh.Kata kunci : sampah, mikrokontoler

I. PENDAHULUAN

Limbah yang menumpuk dan tidak terolah dengan baik,berdampak negatif terhadap lingkungan dan mengurangiekstetika Permasalahan kebersihan pada lingkungan harusmendapat perhatian khusus dari semua pihak sepertikebersihan lingkungan sekolah, kantor dan rumah yang harusdijadikan motivasi bagi semua masyarakat untukmeningkatkan kepedulian terhadap kebersihan lingkungan.Ada dua jenis sampah berdasarkan sifatnya yaitu sampahorganik dan sampah anorganik. Sampah organik meliputilimbah padat semi basah berupa bahan-bahan organikyang umumnya berasal dari limbah hasil pertanian.Sedangkan sampah anorganik berupa sampah padat yangcukup kering dan sulit terurai oleh mikro organisme karenamemiliki rantai karbon yang panjang dan kompleks sepertikaca, besi, plastik, dan lain-lain.

Pembuangan sampah yang tidak terkontrol merupakantempat bagi beberapa organisme dan menarik berbagaibinatang seperti lalat bisa menjangkitkan penyakit. Bahayakesehatan yang ditimbulkan adalah terjangkitnya penyakitdiare, kolera, tifus menyebar dengan cepat karena virus yangberasal dari sampah akibat pengelolaannya kurang memadai.Dampaknya akan membentuk lingkungan atau ruangan yangkurang menyenangkan bagi masyarakat, bau yang tidak sedapdan pemandangan ruangan yang kumuh karena sampahberserakan dimana-mana. Masalahnya kebanyakan orangtakut terkontaminasi langsung dengan kotoran yang adaditempat sampah pada saat akan membuang sampahdan keterlambatan petugas kebersihan menanggulangi tempatsampah yang sudah penuh berdampak buruk bagi lingkungan.Sampah plastik dan sampah kertas di Indonesia, menurut datastatistik persampahan jenis sampah plastik menduduki

peringkat kedua sebesar 5.4 juta ton per tahun atau 14 persendari total produksi sampah. Sedangkan sampah jenis kertasmenduduki peringkat ketiga dengan jumlah 3.6 juta ton pertahun atau 9 persen dari jumlah total produksi sampah.

Realisasi penggunaan mikrokontroler untuk mendukungsistem pengiriman data secara wireless. Mikrokontroller dapatmelakukan proses pendeteksian kapasitas dari bak sampahperumahan dengan menggunakan address yang dapat diprogram pada mikrokontroler [1]. Bak sampah otomatisberbasis mikrokontroler ATMega 8 yang terdiri dari tigaelemen penting, yaitu input, proses, dan output. “Sensor jarakultrasonik sebagai input, bagian proses menggunakanmikrokontroler ATMega 8, sedangkan motor servo sebagaioutputnya. Tiga elemen tersebut tidak terlepas dari Catu dayamenggunakan tegangan DC dari konverter dan tegangan ACdari PLN. Cara kerja pembuka dan penutup bak sampahotomatis berdasarkan inputan dari sensor jarak ultrasonic,apabila sensor jarak ultrasonik menangkap suatu aktivitas didekat bak sampah dalam, hal ini tangan seseorang denganjarak lebih dari 35 cm maka motor servo akan bergerak, danmembuka tutup bak sampah selanjutnya setelah terbuka akanditunda selama 5 detik namun jika 5 detik di sekitar baksampah tidak ada aktivitas maka motor servo akan bergerakuntuk menutup bak sampah [2].

Kotak sampah yang dilengkapi dengan alarm sebagai tandakotak sampah tersebut sudah penuh yang digunakan padaperkantoran dan rumah, agar petugas atau pemilik rumahsegera membersihkan kotak sampah tersebut. Penggunaansumber listrik akan menjadi bahan utama agar mikrokontrollerdapat berfungsi untuk menggerakkan motor stepper dan sensor– sensor yang digunakan.

II. LANDASAN TEORI

Mikrokontroler AT89S52 merupakan mikrokontrolerCMOS 8 bit dengan 8 kbyte Flash Programmable andErasable Read Only Memory (PEROM ). Kelebihan darimikrokontroler AT89S52 adalah adanya fungsi In SystemProgramming (ISP) yang dapat melakukan pengisian programke dalam flash PEROM dengan menggunakan koneksi parareltanpa menggunakan downloader tambahan seperti yang biasadigunakan pada seri AT89C51 [3]. Mikrokontroler AT89S52dipilih karena memiliki memori flash PEROM yang cukupmenyimpan seluruh program dari sistem, serta untukmemanfaatkan fungsi timer yang digunakan sebagai pengaturkecepatan motor. Spesifikasi penting dari mikrokontrolerAT89S52 adalah:



1. Kompatibel dengan mikrokontroler MCS51sebelumnya.

2. Tegangan kerja 4–5 volt.3. Bekerja dengan rentang 0-33 MHz4. 256 x 8 bit RAM internal.5. 32 jalur I/O yang dapat diprogram.6. Tiga buah timer/counter 16 bit.7. Delapan sumber interrupt.8. Saluran Full-Duplex serial UART.9. Watchdog timer.10. Dual data pointer.11. Mode pemrograman ISP yang fleksibel.

Diagram pin dari mikrokontroler AT89S52 dapat dilihat padaGambar 1 berikut ini.

Gambar 1. Susunan Pin Mikrokontroler AT89S52

Mikrokontroler sebagai pengendali utama untukmelakukan intruksi atau perintah didalamnya terdapat programyang didownload menggunakan downloader. Agar dapatmengerjakan suatu perintah maka mikrokontroler harus diisiprogram dulu. Mikrokontroller CMOS 8 bit memilikiperforma tinggi dengan konsumsi daya rendah dan memilikisistem pemrograman kembali. RAM digunakan sebagi tempatpenyimpanan sementara, termasuk register yang digunakanpada mikrokontroller yang bersangkutan dan program kontroldisimpan dalam ROM.

Motor DC atau motor arus searah adalah suatu mesinyang berfungsi mengubah tenaga listirk arus searah menjaditenaga gerak atau tenaga mekanik. Prinsip kerja dari motorDC hamper sama dengan generator AC, dimana perbedaanyahanya terletak dalam konversi daya. Prinsip dasarnya adalahapabila suatu kawat berarus diletakan diantara kutub-kutubmagnet (U – S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gayayang akan menggerakan kawat tersebut.

Gambar 2. Fisik Motor DC yang dilengkapi Gear Box

Motor (Direct Current) mempunyai rotor (bagian yangbergerak) magnet permanen, dan stator (bagian mantap) yangberupa koil atau gulungan kawat tembaga, dimana setiapujungnya tersambung dengan komutator. Komutator inidihubungkan dengan kutub positif (+) dari catu daya melaluisikat-sikat. Arus listrik dari kutub positif akan masuk melaluikomutator, kemudian berjalan mengikuti gulungan kawatsebelumnya, akhirnya masuk ke kutub negatif dari catu daya.Karena ada medan elektromagnetik maka motor akanberputar. Karena putaran motor, arus listrik didalam kawatakan berjalan bolak-balik, karena jalannya sesuai denganmedan magnet, maka rotor akan selalu berputar terus menerusselama arus listrik terus mengalir didalam kawat. Badan motorberfungsi untuk mengalirkan fluks magnet yang dihasilkankutub-kutub magnet. Disamping itu berfungsi untukmelindungi bagian motor lainnya. Untuk itu badan motordibuat dari bahan ferromagnetic.

Sensor adalah alat yang dapat mengubah besaran sepertitemperatur, gaya, kecepatan putaran, dan cahaya menjadibesaran listrik yang sebanding. Agar sensor dapat bekerjalebih baik dan tepat haruslah memiliki persyaratan sebagaiberikut :

1. Kepekaan, yaitu sensor harus dipilih sedemikian rupapada nilai-nilai masukan yang dapat diperoleh keluaranyang cukup besar.

2. Stabilitas waktu, yaitu untuk menentukan masukantertentu, sensor harus dapat memberikan keluaran yangtetap nilainya dalam waktu yang lama.

Rangkain sensor pada tugas akhir ini menggunakansensor infra-red GP2D12 dan sensor infra-red yangmenggunkan infra-red sebagai pemancar (transmitter) danphotodioda sebagai penerima (receiver) [4].

Gambar 3. karakteristik infra-red

Mikrokontroler MCS51 banyak digunakan dalampembuatan alat-alat pengendali, salah satunya adalah



AT89S52 produksi Atmel Corp, untuk mempergunakanmikrokontroler tersebut sebagai sistem pengendali,maka diperlukan software yang digunakan untukmemprogram mikrokontroler tersebut. Banyak sekaliprogram yang dapat digunakan untuk pemrogramanmikrokontroler MCS51 ini, salah satunya adalah MIDE-51. Software MIDE-51 ini telah dilengkapi denganfasilitas antara lain:

1. Compiler2. Selain itu juga terdapat simulator yang berfungsi

untuk melihat hasil pembutan program yaitu TSControl Simulator 51.

3. MIDE-51 juga telah dilengkapi dengan fasilitasuntuk link ke program-program downloader MCS51.

III. DESAIN DAN RANCANGAN IMPLEMENTASI

Rancangan tahapan – tahapan proses dapat digambarkandengan menggunakan diagram blok pada Gambar 4, Diagramblok rangkaian kotak sampah ini terdiri dari sensor infra-red(GP2D12), sensor infra-red dengan pemancar infra-red danpenerima photodioda, mikrokontroler AT89S52, driver motorDC, relay, dan alarm. Perangkat catu daya berfungsi sebagaipenyuplai tegangan untuk perangkat sensor, mikrokontroler,driver, motor DC, relay dan alarm.

Gambar 4. Diagram Blok Kotak sampah berbasis mikrokontroler AT89S52Menggunakan motor DC sebagai penggerak

Saat sensor 1 terhalang objek, akan mengalami perubahantegangan yang dikirim ke mikrokontroler AT89S52. PadaBlok sensor 1, mikrokontroler menginstruksikan Motor DCuntuk membuka tutup tempat sampah. Apabila objek tidak lagimenghalangi sensor infra-red maka mikrokontroler akanmenginstruksikan motor DC untuk menutup kembali tempatsampah tersebut.Saat sensor 2 terhalang objek, akan mengalami perubahantegangan yang akan dikirim ke mikrokontroler AT89S52.Pada Blok sensor 2, sensor akan mengalami perubahantegangan yang akan dikirim ke mikrokontroler kemudian

mikrokontroler akan menginstruksikan relay untukmenghidupkan alarm sebagai penanda bahwa tempat sampahtersebut dalam kondisi penuh dan jika sensor tersebut tidakaktif maka tempat sampah tersebut dalam kondisi belumpenuh / kosong.

Rangkaian bolak-balik motor terdiri dari beberapakomponen yaitu : resistor, transistor, dioda serta relay. Relayini sendiri mempunyai dua fungsi yaitu normally close dannormally open. Pada kondisi normally close (NC) artinyarelay berada pada posisi tertutup, dimana keadaan awalnyarelay yang berfungsi sebagai saklar sudah terhubung secaraotomatis sebelum dialiri arus listrik. Pada kondisi normallyopen (NO) artinya posisi kontak relay akan terhubung secaraotomatis setelah arus listrik melewati rangkaian relay yangdigunakan.

Gambar 5. Rangkaian Bolak balik motor menggunakan relay

Tampilan penuh menggunakan 7-segment, 7-segmentterdiri dari tujuh LED segi empat (A sampai G). Setiap LightEmitting Diode (LED) di sebut segment karena ia membentukbagian dari karakter yang sedang di tampilkan. Dalam hal inikarakter yang ditampilkan adalah FULL. Blok alarm, alarmakan aktif setelah kondisi tempat sampah ini sudah penuh.

Keseluruhan rangkaian alat sistem kendali kotak sampahotomatis dapat dianalisa tentang prinsip kerja rangkaiantersebut. Mula-mula transformator dihubungkan dengantegangan AC sebesar 220 Volt yang berasal dari PLNkemudian tegangan diturunkan oleh transformator menjadi 12Volt maka rangkaian akan hidup. Saat rangkaian kotaksampah diaktifkan, sensor infra-red akan mendeteksi apakahada objek yang akan menghalanginya. Saat sensor terhalangobjek, sensor akan mengalami perubahan tegangan yang akandikirim ke mikrokontroler AT89S52. Perubahan tegangan ini,mikrokontroler menginstruksikan Motor DC untuk membukatutup tempat sampah ini. Apabila objek tidak lagi menghalangisensor infra-red maka mikrokontroler akan menginstruksikanmotor DC untuk menutup kembali tempat sampah tersebut.Kemudian tempat sampah ini juga memiliki sensor infra-reduntuk mengetahui kondisi tempat sampah tersebut apakahmasih kosong atau sudah penuh. Saat sensor terhalang objek,sensor akan mengalami perubahan tegangan yang akan dikirimke mikrokontroler kemudian mikrokontroler akanmenginstruksikan relay untuk menghidupkan alarm sebagaipenanda bahwa tempat sampah tersebut dalam kondisi penuhdengan indikator FULL dan jika sensor tersebut tidak aktifmaka tempat sampah tersebut dalam kondisi belum penuh /kosong. Sedangkan power supplay berfungsi sebagai penyediasumber tegangan, tegangan yang digunakan 5V dan 12 V.



Gambar 6 merupakan gambar rangkaian keseluruhan dariprototype kotak sampah otomatis.

Gambar 6. Rancangan rangkaian keseluruhan dari prototype

Rangkaian desain modul – modul yang memiliki fungsimasing – masing yang sudah terintegrasi pada mikrokontrollerini sebagai bentuk prototype awal yang terus dikembangkan.

IV. IMPLEMENTASI DAN ANALISA

a. ImplementasiLangkah implementasi pengetesan semua rangkaian yang

dihasilkan dari papan percobaan atau projectboard sebelumdirakit pada papan PCB. Pengetesan rangkaian ini bertujuanuntuk mengetahui apakah setiap komponen dalam blokrangkaian dalam kondisi baik atau tidak dan juga sistem yangdibuat tersebut sudah benar atau belum. Beberapaimplementasi desain dari rangkaian modul pada gambar 7, 8dan 9.

Sebelum melakukan pengujian ada beberapa prosedur yangharus di lakukan terlebih dahulu yaitu :

1. Memeriksa kembali seluruh rangkaian dan memastikanbahwa sistem dalam keadaan baik dan benar.

2. Memastikan power supply atau baterai terhubung denganbaik, semua terminal terhubung sesuai dengan fungsinya,hal ini dilakukan untuk menghindari kesalahan operasiyang dapat menyebabkan kerusakan pada alat.

3. Menghubungkan mikrokontroler AT89S52 denganrangkaian sensor, rangkaian buffer dan rangkaian output.

Gambar 7. Desain dan Implementasi rangkaian Nyata Sistem Minimum

Gambar 8. Desain dan implementasi rangkain catu daya

Gambar 9. Desain dan implementasi rangkaian nyata bolak balik motormenggunakan relay



4. Memasukkan program yang telah kita rancang ke dalammikrokontroler.

5. Hubungkan kabel power supply dari baterai ke ICregulator 7805 DC dengan tegangan 5 volt.

6. Setelah sensor terpasang dan telah terhubung denganrangkaian barulah alat prototype kotak sampah otomatisini dapat dioperasikan.

7. Rangkaian kotak sampah otomatis ini tentunya didukungoleh beberapa spesifikasi minimum yang digunakan agarsistem rangkaian ini berjalan sebagaimana layaknya.

Bagian arus utama dari PLN menggunakan teganggan 220 volt.

b. AnalisaPengujian yang dilakukan salah satunya pada sensitifitas

dari sensor untuk mentriger bagian motor dan alarm.

TABEL 1. PENGUJIAN SENSITIFITAS SENSOR

NO Jarak (Cm)Lampu

ON OFF

1 20 cm Hidup -2 40 cm Hidup -3 60 cm Hidup -4 80 cm Hidup -5 100 cm Hidup -6 120 cm - Mati

TABEL 2. VARIABEL TETAP

NO RangkaianHasil

Pengukuran1 Catu Daya 11.2 V2 Sistem Minimum 2.0 V3 Buffer Relay 11.3 V4 Sensor 11 V5 Buffer Sensor 5 V

Gambar 10. Kurva Pengujian Sensor

Hasil pengujian, ternyata sensor dengan jarak minimum20cm akan merespon gerakan objek dan mengaktifkanrangkaian. Sedangkan jika jarak sensor sejauh 120cm, makasensor tidak akan merespon gerakan objek.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

Hasil dan kesimpulan dari implementasi menggunaanmikrokontroller yang telah didesain dengan komponen

lainnya, diimplementasikan dengan perakitan komponenelektronik serta diujikan, sebagai berikut :

a. Kesimpulan- Mikrokontroler dapat digunakan untuk alat Kotak

sampah otomatis berbasis mikrokontroler AT89S52menggunakan motor DC sebagai penggerak otomatis.

- Motor DC memiliki tegangan atau daya yang besarsehingga mudah untuk mendorong tutup tempat sampah.

- Karena bekerja secara otomatis maka alat inimempermudah masyarakat untuk membuang sampah.

b. Saran- Sensitifitas sensor harus benar - benar disesuaikan.- Jarak jangkauan sensor infra-red terbatas sekitar 1 meter.- Cahaya sangat berpengaruh terhadap sensitifitas sensor

infra red.

DAFTAR PUSTAKA

[1] I. Surjati, F.X. S. Wijono dan Suherman, “Sistem PendeteksiKapasitas Tempat Sampah Secara Otomatis Pada KompleksPerumahan”, TESLA, VOL. 10, NO. 2, Hal: 56 – 62, Oktober2008.

[2] http://www.uny.ac.id/berita/pembuka-dan-penutup-bak-sampah-otomatis.html

[3] W. Didin, “Belajar Mudah Mikrokontroler AT89S52”, 2007,Andi, Yogyakarta.

[4] P. Andi, “ Rangkaian Elektronika Praktis”, 2004, Puspa Swara,Jakarta

[5] Inswa.or.id diakses 12 Agustus 2014



Pengaruh Faktor Kebisingan Dan Getaran MesinTerhadap Operator Pada PT.Multi Nabati Sulawesi

Unit Maleo Gorontalo

Stella JunusUniversitas Negeri Gorontalo

Teknik Industri – Fakultas TeknikGorontalo, Indonesia

[email protected]

Eduart WolokUniversitas Negeri Gorontalo

Teknik Industri - Fakultas TeknikGorontalo, Indonesia

Email:-

Abstract—This study aims to determine the effect of noise andvibration to the operator and the machine weighs a maximumservice capacity and heavy load on the engine during theproduction process by taking into account the adjustment factorand the allowance to be possessed by a human operator.Thestudy uses the comparative approach of three (3) methods ofcalculating standard time, Westinghouse method, Shumard,andobjective, where the raw very minimum Westinghouse obtainedusing the method and do the calculations to obtain the maximumservice capacity and the weight of heavy loads on the engine, foreach machine, using statistical analysis for testing the significanceof a relationship where both of them, with a sample ofobservations made during the 70 effective working day duringthe 24 hours of operating time. Measurement equipment andobservations include : vibrometer, Sound level meter, stopwatch,thermometer,digital AVO-meter. The calculation result isobtained, the standard time = 6.655 minutes grinding machine,prepress machine standard time = 9.653 minutes, the finalstandard prepress machinery 13.086 minutes, maximum weightcapacity or the total dollars in projected cost expectations(TECN1) = Rp.66.576 Grinding machine, (TECN2 ) machine Preepress = Rp. 63 583, (TECN3) Final engine Preepress = Rp.88.223,linearity test with a significance influence of linkage is obtainedfor the influence of noise on the grinding machine ComputeFarithmatic = 1.408 F table = 5.41, Farithmatic prepress machine Count= 0.1009 F Table = 19, 25, the final prepress machine ComputeFarithmatic = 1.786 FTable = 6.39, and the linearity test for linkagewith the influence of engine vibration significance obtained forgrinding machines Compute F arithmatic = 0.0145 F table = 5.41, Fprepress machine Count = 0.078 F table = 19.25, and the finalmachine count prepress Farithmatic = 0.578 Ftable = 6.39.

Keywords: adjustment factor, factor allowances, standard time,the total cost expectations, linearity, significance

I. PENDAHULUAN

Manusia dan mesin adalah satu kesatuan sistem yang seringberkaitan oleh suatu aktivitas produksi, sehingga jika terjadipenyimpangan ataupun kerusakan diantara salah satunya, makaproses dari sistem ini tidak akan berjalan dengan semestinya.Hubungan manusia dengan mesin tentunya akan memberikanefek dalam waktu yang sifatnya jangka panjang, olehnya ituada batasan-batasan yang harus diberikan kepada manusisebagai pekerja karena manusialah yang dapat merasakan efek

tersebut, baik dalam proses produksi yang sifatnya mikromaupun pada aktivitas proses produksi yang sifatnya makro.Perbandingan antara rasio kapasiatas produksi, jumlah tenagakerja dan serta hsil produksi yang dihasilakan sering ditemuitidak berimbang. Efisisensi waktu kerja, lokasi serta sumberdaya yang dimiliki terkadang tidak mampu dimanfaatkandengan baik, sehingga sering pula kita jumpai situasi kondisikerja yang tdak layak bagi para pekerja, terlebih bagi paraoperator mesin yang tentunya memiliki beban kerja yang cukupberat dalam menjalankan aktivitasnya sehari-hari.

II. LANDASAN TEORI

A. Definisi dan Pengertian Proses Produksi, Produktivitasserta Mekanisme Pengukurannya

Pengertian dan pendefinisian proses produksi dapatdinyatakan sebagai serangkaian aktivitas yang diperlukanuntuk mengolah ataupun merubah sekumpulan masukan(input) menjadi sekumpulan keluaran ( output ) yang memilikinilai tambah ( added value). Pengolahan ataupun perubahanyang terjadi disini bias secara fisik ataupun secara non fisik,dimana perubahan tersebut bias terjadi terhadap bentuk,dimensi maupun sifat-sifatnya. Mengenai nilai tambah yangdimaksudkan disini adalah nilai dari keluaran yang“bertambah”dalam pengertian nilai fungsional (kegunaan)dan/atau nilai ekonomisnya. Sedangkan produktivitas secaraumum dapat didefinisikan sebagai perbandingan (rasio) antaraout put per inputnya. Dengan diketahuinya nilai (indeks)produktivitas, maka akan diketahui pula seberapa efisien pulasumber-sumber input telah berhasil dihemat ataupundiefektifkan. Berkaitan dengan maksud dan tujuan ini, makaanalisa ergonomi, studi gerak dan waktu akan memainkanperan yang penting dalam upaya peningkatan produktivitaskerja [1]

B. Manusia Sebagai Komponen Dalam Sistem ManusiaDan Mesin



Secara umum sistem manusia mesin dapat didefinisikansebagai “set of object together with relationship between theobjects dan between their attibuts”. Suatu sistem akan terjadidalam suatu lingkungan dan perubahan-perubahan yangtimbul lingkungan ini akan mempengaruhi sistem dan elemen-elemen sistem tersebut. Suatu sistem dapat dibagi kedalam subsistem dan seterusnya. Sistem manusia “mesin” yangdimaksudkan adalah kombinasi antara satu atau beberapamanusia dengan satu atau beberapa mesin dimana salah satudengan yang lainnya akan saling berinteraksi untukmenghasilkan keluaran-keluaran berdasarkan masukan –masukan yang diperoleh. Dimana “mesin” yang dimaksuddalam hal ini akan mempunyai arti yang luas, yaitu mencakupsemua objek fisik seperti peralatan, perlengkapan, fasilitas danbenda-benda yang bias digunakan manusia dalammelaksanakan pekerjaannya. Dalam kaitannya dengan systemmanusia mesin maka, dikenal tiga macam hubungan yaitu :

Manual man machine spystem Semi automatic machine system Automatic man machine system

Gambar 1. Interaksi Dalam Sistem Manusia-Mesin

C. Interaksi Manusia dan Mesin dalam Sistem ProsesProduksi

Suatu sistem akan terjadi dalam suatu lingkungan yangakan member batasan, dan perubahan-perubahan yang timbuldalam lingkungan ini akan mempengaruhi system dan elemensistem tersebut. Suatu hal yang akan penting dipertimbangkandidalam analisis sistem adalah bahwa setiap sistem akanmerupakan bagian (sub sistem) dari sistem lain yang lebihbesar. Hal ini dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 2. Interaksi Kerja Dalam Sistem Manusia-Mesin

Dari sistem manusia – mesin yang dimodelkan secarasederhana akan tampak bahwa problematic ergonomic akan

nampak dalam hal persepsi yang diambil oleh manusia(operator) dari instrument display (mesin) dan handlingoperations yang dilaksanakan operator pada saat menanganimekanisme control dari mesin. Dimana bentuk display untukmenampilkan informasi, dan rancangan dari mekanismecontrol mesin itu sendiri. Dengan demikian perancangan“Interface” dari sistem manusia-mesin perlu memperhatikansegala kelebihan, kekurangan ataupun keterbatasan manusiadengan mesin (fasilitas produksi). Interface yang harusdirancang dengan pertimbangan ergonomis tersebut berupadisplay seperti layar monitor, dan instrumen-instrumenpetunjuk pengukuran.[6]

D. Definisi Manufaktur

Proses pemesinan (machining process) merupakan istilahumum dalam teknik mesin yang pada dasarnya merupakansuatu proses pembuangan/ pemotongan sebagaian dari bendakerja sehingga dihasilkan bentuk produk yang diinginkan.Proses pemesinan dibagi menjadi 3 katagori, yaitu:

Proses pemotongan (cutting) yaitu proses pemesinandengan menggunakan pisau pemotong (cutting tool)dengan bentuk geometri tertentu.

Proses abrasi (abrasive process) seperti proses gerinda.

Proses pemesinan non-traditional yaitu yang dilakukansecara elektris, kimiawi, dan dengan bantuan sembertenaga optik.Keuntungan-keuntungan proses pemesinan diantaranyaadalah:

Produk yang dihasilkan memiliki ukuran yang lebih akuratdibandingkan dengan produk hasil proses pengecoran danpembentukan. Disamping itu dimungkinkan untukmembuat bentuk profil pada bagian dalam benda kerja danmembuat sudut geometri yang lebih tajam.

Proses pemesinan diperlukan pada proses finishingterutama untuk produk yang telah dilakukan perlakuanpanas dimana diperlukan proses pemolesan atau gerindauntuk menghaluskan permukaannya.

Proses pemesinan lebih ekonomis untuk mengerjakanproduk yang jumlahnya tidak terlalu banyak.

Kelemahan-kelemahan dari proses pemesinan diantaranyaadalah :

Proses pemesinan akan menghasilkan banyak waste ataubahan produk yang terbuang dan biasanya membuthkantenaga kerja yang lebih banyak dan lebih ahli sehinggabiaya operasinya menjadi tinggi.

Proses pemotongan biasanya memerlukan waktu yanglebih lama dibandingkan dengan proses manufacturelainnya.

OUT

PUT

Information Storage

Processing action

Feed - Back

sensing

INPUT



Bila proses pemesinan tidak dilakukan dengan tepat, makaproses pemotongan benda kerja dapat mempengaruhi sifat-sifat mekaniknya dan kualitas permukaannya. [3]

E. Proses Manufaktur

Kegiatan manufacturing bias didefinisikan sebagai satuunit atau kelompok kerja yang berkaitan dengan berbagaimacam proses kerja untuk merubah bahan baku menjadiproduk akhiryang dikehendaki. Kegiatan masing-masing unitkerja ini akan berlangsungdi suatu lokasi kerja atau stasiunkerja,sedangkan proses manufaktur suatu produk yang berasaldari bahan logam atau non-logam diklasifikasikan menjaditujuh katagori, yaitu : proses pengecoran atau pencetakan,proses pembentukan, proses permesinan , proses perlakuanpanas (heat treatment), proses pengerjaan akhir (finishing),proses perakitan (assembly),proses inspeksi.

1. Proses Pengecoran dan PencetakanProses pengecoran dan pencetakan adalah proses

pembentukan logam yang berasal dari bentuk cairan, butiranatau serbuk yang dilakukan pada suatu cetakan dimanabentuknya disesuaikan dengan bentuk produk yangdiinginkan. Bahan logam cair memenuhi ruang cetakan dansetelah padat maka cetakan dilepaskan sehingga yang tersisaadalah logam dengan bentuk yang sesuai dengan cetakannya.

2. Proses PembentukanProses pembentukan merupakan proses lanjut dari

pengolahan bahan hasil pengecoran maupun pencetakan yangbiasanya dilakukan untuk produksi masal. Prinsip dari prosespembentukan adalah merubah atau modifikasi bentuk darisuatu benda menjadi bentuk yang diinginkan tanpa melakukanpemotongan sehingga tidak ada serpihan bahan yang dibuang.Proses pembentukan dapat dilakukan pada keadaan dingin(cold forming) ataupun pada keadaan panas (hot forming).Bentuk produk yang diinginkan dapat diperoleh denganmenggunakan cetakan yang sesuai dengan bentuk dan ukuranproduk.

3. Proses PermesinanProses permensinan adalah proses pemotongan/

pembuangan sebagian bahan dengan maksud untukmembentuk produk yang diinginkan. Proses permesinan yangbiasa dilakukan di industri manufacture adalah prosespenyekrapan (shaping), proses pengeboran (drilling), prosespembubutan (turning), proses frais (milling), proses gergaji(sawing), proses broaching, dan proses gerinda (grinding).

4. Proses pengerjaan akhir (finishing process)Proses finishing dilakukan untuk tujuan pembersihan

(cleaning), penghilangan bagian atau sudut-sudut yang tajam

(deburing), dan untuk melindungi atau menghiasi permukaanproduk supaya lebih menarik. Diantara proses finishing yangbiasa dilakukan adalah: proses cleaning, deburing, painting,plating, buffing, galvanizing, dan anodizing. Proses cleaningdilakukan untuk membersihkan kotoran berupa, debu, oli taustempet (grease), dan kerak yang merupakan sisa dari prosesmanufaktur atapun terjadi pada saat handling. Prosespermesinan, pengecoran dan proses pengguntingan (shearing)seringkali menghasilkan sisa pemotongan yang tajam dan halini biasa dihilangkan dengan proses deburing. Proses buffingmirip dengan proses pemolesan dimana permukaan produkdipoles secara mekanis untuk menutupi pori-pori permukaanbenda sehingga lebih halus. Galvanizing dan anodizingdilakukan biasanya untuk mencegah timbulnya korosi padaproduk dan pula ditujukan untuk keperluan pengecatan.

5. Proses Perakitan/Pencampuran (assembling/mixing)Proses perakitan merupakan proses

penggabungan/penyambungan komponen-komponenproduk/bagian mesin. Proses assembling/mixing biasadilakukan dengan cara : pengencangan mekanis (mecanicalfastening) seperti penyambungan baut dan rivet, prosespenyolderan, pengelasan, sambungan tekan (press fitting),penyambungan susut (shrink fitting), dan dengan carapengeleman (adessive bonding) atau peleburan antara dua (2)jenis material yang berbeda.

6. Proses InspeksiProses pengontrolan atau inspeksi terhadap produk hasil

pengerjaan merupakan faktor yang sangat penting walaupuntidak secara langsung mepengaruhi bentuk maupun sifatproduk. Oleh karena itu proses ini dikatagorikan sebagairangkaian proses manufaktur.

Dari definisi tersebut diatas, jelaslah bahwa dalamsuatu stasiun kerja problematika utama adalah pengaturankomponen-komponen yang terlibat dalam kegiatan produksiyaitu menyangkut material (bahan baku, produk jadi, scrap),mesin/peralatan kerja, perkakas pembantu, fasilitas-fasilitaspenunjang (utilitas), lingkungan fisik kerja dan manusiapelaksana kerja (operator). Ukuran sukses dari suatu sistemproduksi dalam industri biasanya dinyatakan dalam bentukbesarnya produktivitas atau besarnya rasio out put perinputyang dihasilkan.[3]

F. KebisinganBunyi didengar sebagai rangsangan-rangsangan pada

telinga oleh getaran-getaran melalui media elastis, dan apabilabunyi- bunyi tersebut tidak dikehendaki, maka dinyatakansebagai kebisingan.

Terdapat dua hal yang menentukan kualitas suatubunyi, yaitu : Frekuensi dan intensitas.



Frekuensi dinyatakan dalam jumlah getaran perdetik ataudisebut Hertz (Hz), yaitu jumlah dari golongan-golongan yangsampai ditelinga setiap detiknya. Biasanya suatu kebisinganterdiri dari campuran sejumlah gelombang-gelombangsederhana dari beraneka frekuensi. Nada dari kebisinganditentukan oleh frekuensi-frekuensi yang ada. Intensitas atauarus energi persatuan luas biasanya dinyatakan dalam suatulogaritmis yang disebut desibel (dB) denganmemperbandingkannya dengan kekuatan dasar 0.0002dyne/cm2 yaitu kekuatan dari bunyi dengan frekuensi 1000Hz.

Tabel 1. menunjukkan tingkat intensitas dari kebisingan. Kebisingan dalam

perusahaan dengan intensitas 60 dB[5]

Tabel 1 Skala Intensitas Kebisingan

Besibel Batas Dengar Tertinggi

Menulikan

120

110

100

Halilintar

Meriam

Mesin Uap

Sangat Hiruk90

80

Jalan Hiruk Pikuk

Perusahaan Sangat Gaduh

Peluit Polisi

Kuat

70

60

Kantor Gaduh

Jalan Umum

Radio

Perusahaan

Sedang50

40

Rumah Gaduh

Kantor Umum

Percakapan Kuat

Radio Perlahan

Tenang30

20

Rumah Tenang

Kantor Perorangan

Auditorium

Percakapan

SangatTenang

10

0

Suara Daun-daun

Berbisik

Batas Dengar terendah

Pengukuran Kebisingan

Maksud dari pengukuran kebisingan adalah Memperoleh data kebisingan diperusahaan atau

dimana saja, dan Mengurangi tingkat kebisingan tersebut,

sehingga tidak menimbulkan gangguan.Pemilihan alat-alat khusus ditentukan oleh type dankebisingan yang diukur.Jenis-jenis kebisingan yang sering ditemukan : Kebisingan yang kontinu dengan spectrum

frekuensi yang luas (steady, state, wide bandnoise), misalnya mesin-mesin, kipas angina,dapur pijar, dan lain-lain.

Kebisingan kontinu dengan spectrum frekuensisempit (steady state, narrow band noise),misalnya gergaji serkuler, katup gas, dan lain-lain.

Kebisingan terputus-putus (intermittent),misalnya lalu lintas, suara kapal terbangdilapangan udara.

Kebisngan Impulsif (impact or impulsive noise),seperti pukulan tukul, tembakan bedil danmeriam.

Kebisingan impulsive berulang, misalnya mesintempa di perusahaan

Tipe kebisingan ini memerlukan alat. Alat utamadalam pengukuran kebisingan adalah “SoundlevelMeter”. Alat ini dilengkapi oleh sistem kalibrasi dandapat mengukur kebisingan diantara 30 – 130 dB danfrekuensi dari 20 – 20.000 Hz.

Gambar 3. Garis Kekuatan Yang sama Menurut Oktaf (Soundlevel Meter)

Analisa frekuensi dari suatu kebisingan biasanyadiperlukan, dan biasanya dilakukan dengan alat-alat “OctaveBand Analyzer”, yang memiliki sejumlah filter-filter menurutoktaf. Jika spektrumnya sangat curam dan berbeda banyak,dapat dipakai skala 1/3 oktaf. Untuk filter-filter oktaf disukaifrekuensi tengah 31.5: 63: 125: 250: 500: 1000: 2000: 4000:8000: 16.000 dan 31.500 Hz.Untuk analisa lebih lanjut, dapatdipakai “Narrow Band Analyzers” (alat analisa spectrumsempit), baik latar spektrumnya tetap misalnya 2–200 Hz atau



melebar dengan lebih banyaknya frekuensi. Yang terakhir inilebih sering dipakai dilapangan, mengingat komponenkebisingan berbeda-beda sesuai dengan muatan mesin.Kebisingan terputus-putus biasanya ditemukan pada “Tape”.Suatu “Taperecorder” dengan kualitas tinggi diperlukan. Tapidengan demikian harus mampu mencatat frekuensi dari 20–20.000 Kilo Hz. Suatu alat kalibrasi diperlukan. Alat itu harusmempunyai sifat perbandingan signal/kebisingan tinggi, dankecepatan tetap. Untuk kebisingan impulsive digunakan“Impact Noise Analyzer”. Bagi survey pendahuluan masalahkebisingan kontinu biasanya diukur intensitas menyeluruhyang dinyatakan dengan dB(A), menggunakan jaringan A.Jaringan ini berarti sesuai dengan garis kepekaan 40, sehinggamemberi huruf reaksi kepada frekuensi rendah danmemungkinkan diukurnya intensitas yang berbahaya kepadapendengaran.

Kebanyakan alat-alat pengukur kebisingan, hanyamengukur intensitas pada suatu waktu dan suatu tempat dantidak menunjukkan dosis kumulatif kepada seorang tenagakerja meliputi waktu-waktu kerjanya.

Gambar 4. Soundlevel Meter dengan Pengukuran Skala A

Gangguan Kebisingan Pada KesehatanPengaruh utama dari kebisingan kepada kesehatanadalah kerusakan kepada indera pendengaran, yangdapat menyebabkan ketulian progresif. Pertama-tamadampak kebisingan pada pendengaran adalahsementara, pemulihan terjadi secara cepat sesudahdihentikan kerja di tempat bising, tetapi untuk kerjasecara terus menerus ditempat bising, maka akanberakibat patal terhadap alat pendengaran, yaitu dapatmengakibatkan ketulian, biasanya ini dapat terjadipada frekuensi sekitar 4.000 Hz dan kemudianmeningkat dengan frekuensi disekitarnya danakhirnya mengenai frekuensi yang digunakan untukpercakapan.Di Indonesia, NAB kebisingan adalah 85 dB (A)yang secara terus menerus dinilai oleh Panitia TeknikNasional NAB.

Gambar 5. Hilangnya Daya Dengar Sementara & Pemulihan

Banyak ahli mengusulkan kriteria resiko kerusakanpendengaran (Hearing Damage Risk Criteria) dan kesatuanpendapat tentang intensitas tertentu, tentang hal itu secarainternasional belum dapat dicapai secara bulat. Terdapatkesamaan pendapat, bahwa selain ditempat kerja intensitasadalah boleh lebih dari 90 dB (A) atau intensitas dari spektrumaktif seperti diperlihatkan dalam gambar 2.7 Manakalakebisingan terputus, waktu kerja dan istirahat mempengaruhibesarnya intensitas yang diperbolehkan.

Gambar 6. Kriteria Resiko Kerusakan Pendengaran

G. Getaran MekanisGetaran mekanis dapat diartikan sebagai getaran-getaran

yang ditimbulkan oleh alat-alat mekanis yang sebagian getaranini samapai ketubuh kita dan menimbulkan akibat yang tidakdiinginkan oleh tubuh kita. Getaran mekanis pada umumnyamengganggu tubuh kita karena ketidakaturannya, baik ituintensitas maupun frekuensinya. Gangguan terbesar terhadapsuatu alat tubuh terjadi apabila frekuensi alam beresonansidengan frekuensi dari getaran mekanis. Secara umum getaranmekanis ini dapat menggangu tubuh dalam hal [3] :Mempengaruhi konsentrasi pekerja, mempercepat datangnyakelelahan, dan menyebabkan timbulnya penyakit.

H. Analisis Regresi Dan KorelasiAnalisis regresi dan korelasi dikembangkan untuk

mengkaji dan mengukur hubungan antara dua variabel ataulebih. Dalam analisis regresi dikembangkan persamaanestimasi untuk mendiskripsikan pola atau fungsi hubungan



antara variabel – variabel. Persamaan estimasi atau persamaanregresi itu digunakan untuk mengestimasi nilai dari suatuvariabel berdsarkan nilai dari variabel lainnya. Variabel yangdiestimasi itu disebut variabel dependen (atau variabel terikat)sedangkan variabel yang diperkirakan mempengaruhi variabeldependen disebut variabel independen (atau variabel bebas).Variabel dependen lazimnya dilukis pada arah sumbu –Y (dankarenanya diberi symbol Y) (dan karenanya diberi symbol X).berdasarkan konsep ini, maka hubungan antara variabel Y danX dapat diwakili dengan sebuah garis regresi. Disampinguntuk mengestimasi, analisis regresi juga digunakan untukmengukur tingkat ketergantungan (dependability) dari estimasiitu.Analisis korelasi digunakan untuk mengukur tingkat kedekatan(closeness) hubungan antara variabel-variabel. Dengan lainperkataan, analisis regresi mempertanyakan pola hubunganfungsional sedangkan analisis korelasi mempertanyakankedekatan hubungan antara variabel-variabel. Walaupundimungkinkan penggunanaan analisis regresi dan analisiskorelasi secara terpisah, namun dalam kenyataan, istilahkorelasi mencakup baik maslah korelasi dan regresi.

III. ANALISIS MODEL DAN PEMBAHASAN

A. Tempat Penelitian

1. PT.Multi Nabati Sulawesi Unit Maleo, Jln.TransSulawesi,Desa Maleo Kec.Paguat, Kab.PohuwatoProv.Gorontalo sebagai tempat pengambilan datapengamatan pada saat proses produksi, penentuan jumlahstasiun kerja dan mesin

2. Lab. Proses Produksi dan Lab.Sistem Produksi sebagitempat pengujian (kalibrasi) alat yang digunakan.

B. Rumus Yang DiGunakan

Analisis regresi dapat dilakukan dengan langkah – langkahsebagai berikut :Langkah 1 : membuat Ha dan Ho dalam bentuk kalimatLangkah 2 : membuat Ha dan Ho dalam bntuk statistikLangkah 3 : membuat tabel penolong untung menghitung

angka statistikLangkah 4 : memasukan angka – angka statistik dari tabel

penolong dengan rumus berikut ini :

……………………..(1)

Dimana :Variabel Y adalah subjek variabel terikat yang diproyeksikan,sedangkan varaibel X variabel bebas yang mempunyai nilaitertentu untuk diprediksikan terhadap a nilai konstanta hargauntuk Y jika X = 0, dan b adalah nilai arah sebagai penenturamalan (prediksi) yang menunjukan nilai peningkatan (+)nilai penurunan (-) variabel Y

b =

2

)X(2

Xn.

YX.. XYn………………………………………..(2)

a =n

Yb- Y

Langkah 5 : Mencari Jumlah Kuadrat Regresi (JKReg[a])dengan rumus :

JK Reg (a) =

n

Y2

………………………………… ..(3)

Langkah 6 : Mencari Jumlah Kuadrat Regresi ( JK Reg [b/a] )dengan rumus :

JK Reg (b/a) = b .

n

YXY

.X-

…………………(4)

Langkah 7 : Mencari Jumlah Kuadrat Residu ( JK Res)dengan rumus :

JK Res = 2

Y - JK Reg (b/a) - JK Reg(a)…………….(5)

Langkah 8 : Mencari rata – rata jumlah kuadrat regresi (RJK

Reg [a] ) dengan rumus :

RJK Reg [a] = JK Reg[a ] ………………………………………….(6)

Langkah 9 : Mencari rata – rata Kuadrat Regresi (RJK Reg

[b/a] ) dengan rumus :

RJK Reg [b/a] = JK Reg [b/a] .………………………………… . (7)

Langkah 10 : Mencari rata – rata Jumlah kuadrat residu(RJKRes) dengan rumus :

RJK Res =2-n

JK Res , ………………………… (8)

Langkah 11 : Menguji signifikasi dengan rumus :

F hitung =

Res

b/aReg

RJK

RJK

………………………… (9)

Kaidah pengujian signifikasi :Jika : F hitung ≥ F tabel, maka tolak Ho artinya signifikan dan

F hitung ≤ F tabel, maka terima Ho artinya tidak signifikanDengan taraf signifikasi : α = 0.01 atau α = 0.05F tabel = F ( 1 – α) (dk Reg [b/a]),(dk Res)

IV. ANALISISI MODEL DAN PEMBAHASAN

A. Analisa Hasil Perhitungan dan Pengamatan

Y = a + bX



1. Hasil perhitungan dan pengamatan untuk stasiun kerja I(Mesin Grinder),untuk pengaruh faktor kebisingan

Tabel 2 : Hubungan Antara Jumlah Pengamatan Produktif Dan Kebisingan

Variabel X dan Yuntuk Uji Linieritas

SumberVariansi

(SV)

DerajatKebebasan

(dk)

JumlahKuadrat

(JK)

Rata-Rata

JumlahKuadrat(RJK)

F hitung F tabel

Total 10 84300 1,408954 5,41

Regresi(a) 1 84272,4 84272,4

Regresi(b/a) 1 4,132992 4,132992

Residu 8 23,46701 2,933376

Kebisingan

Getaran3 -1,70 -0,21246

Error 5 25,17 5,033333

Tabel dua (2) adalah hasil perhitungan untuk jumlah pengamatan produktifyang diperoleh selama pengamatan terhadap variabel X dan Y untuk ujilinieritasnya. Untuk stasiun kerja ke 2 (dua) dan ke 3 (tiga) dengan caraperhitungan yang sama untuk kedua faktor diatas, diperoleh juga untuk FHitung

diperoleh lebih kecil dari F Tabel, yang kesemuanya dapat dilihat dari gambarmasing-masing grafik.

Gambar 7. Hubungan Antara jumlah Pengamatan ProduktifDengan Faktor Kebisingan Untuk Stasiun Kerja 1

Gambar grafik ini memberikan informasi bahwa antarapengamatan produktif dengan faktor kebisingan pada stasiunkerja I (Mesin Grinder) dengan melihat garfik yang tidakterlalu berfluktuatif atau yang sifatnya rata-rata, sehinggaterlihat bahwa hanya pada waktu-waktu tertentu terjadifluktuatif yang cukup signifikan atau sangat berpengaruh.Sedangkan untuk aktivitas pengaruh getaran mesin untukstasiun kerja 1 (satu) dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 8. Hubungan Antara jumlah Pengamatan ProduktifDengan Getaran Mesin Untuk Stasiun Kerja 1

Gambar grafik ini memberikan informasi bahwa antarapengamatan produktif dengan getaran mesin pada stasiun kerjaI dimana hasil garfik yang diperoleh berfluktuatif, hal inidisebabkan untuk aktivitas getaran yang dihasilakan padastasiun kerja yang pertama cukup tinggi, dimana pengolahanbahan baku pertama kali terjadi pada stasiun kerja ini yangdimana tingkat getaran yang dihasilkan sesuai dengan tingkatkadar air yang dikandung oleh bahan baku. Semakin tinggikadar air yang dikandung oleh bahan baku maka tingakatgetaran mesin yang dihasilkan akan jauh lebih tinggi.

2. Hasil perhitungan dan pengamatan untuk stasiun kerja II(Mesin Pree Press),untuk pengaruh faktor kebisingan dapatdilihat dari gambar grafik berikut :


Gambar grafik ini memberikan informasi bahwa antarapengamatan produktif dengan faktor kebisingan pada stasiunkerja II (Mesin Pree Press) dengan melihat garfik yanghampir sama atau berbentuk garis lurus, hal in dikarenakanbahwa pada proses ini bahan baku yang diolah sudahmemasuki tahapan 70 %, sehingga kebisingan yang dihasilkanoleh aktivitas mesin tidak terlalu besar.

Sedangkan untuk aktivitas pengaruh getaran mesin untukstasiun kerja 2 (dua) dapat dilihat pada gambar berikut :



Gambar 10. Hubungan Antara jumlah Pengamatan ProduktifDengan Getaran Untuk Stasiun Kerja 2

Gambar grafik ini memberikan informasi bahwa antarapengamatan produktif dengan getaran mesin pada stasiun kerjaII dengan melihat garfik yang dihasilkan fluktuasi yangdihasilkan tidak terlalu berbeda, hal ini disebabkan untukaktivitas getaran yang dihasilakan pada stasiun kerja yangkedua berkisar pada kondisi sedang atau tidak terlalu tinggi,dimana pengolahan bahan baku sudah pada taraf 70 %,sehingga pada stasiun kerja ini yang dimana tingkat getaranyang dihasilkan sesuai dengan bobot bahan baku yang akandiolah,tetapi pada stasiun kerja ini jumlah mesin yang dipakaijauh lebih banyak dari stasiun kerja pertama dan ke tiga,sehingga getaran yang dihasilkan masih cukup tinggi. Bahanbaku sudah bersifat solid (padatan).

3. Hasil perhitungan dan pengamatan untuk stasiun kerja III(Mesin Final Pree Press), untuk pengaruh faktorkebisingan dapat dilihat dari gambar grafik berikut :


Gambar grafik ini memberikan informasi bahwa antarapengamatan produktif dengan faktor kebisingan pada stasiunkerja III (Mesin Final Pree Press) dengan melihat garfik yanghampir sama atau berbentuk garis lurus, hal in dikarenakanbahwa pada proses ini bahan baku yang diolah sudahmemasuki tahapan 98 %, atau tahapan akhir pengolahansehingga kebisingan yang dihasilkan oleh aktivitas mesin tidakterlalu besar. Dimana jenis mesin yang digunakan hanyabersifat penyaringan

Sedangkan untuk aktivitas pengaruh getaran mesin untukstasiun kerja 3 (tiga) dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 12. Hubungan Antara jumlah Pengamatan ProduktifDengan Getaran Untuk Stasiun Kerja 3

Gambar grafik ini memberikan informasi bahwa antarapengamatan produktif dengan getaran mesin pada stasiun kerjaII dengan melihat garfik yang dihasilkan fluktuasi yangdihasilkan tidak terlalu berbeda, hal ini disebabkan untukaktivitas getaran yang dihasilakan pada stasiun kerja yangketiga ini pun berkisar pada kondisi sedang atau tidak terlalutinggi, dimana pengolahan bahan baku sudah pada taraf 98%, sehingga pada stasiun kerja ini yang dimana tingkatgetaran yang dihasilkan sesuai dengan bobot bahan baku yangakan diolah,tetapi pada stasiun kerja ini jumlah mesin yangdipakai sama dengan jumlah mesin pada stasiun kerja pertama,dimana bahan baku sudah bersifat cair sehingga getaran yangdihasilkan masih cukup tinggi, dimana tingkat ketelitianseorang operator jauh lebih teliti pada stasiun kerja ini.

B. Analisa Pembahasan Hasil Perhitungan dan PengujianDari hasil perhitungan regresi diperoleh untuk perhitungan

faktor signifikasi pengaruh faktor kebisingan diperoleh untukmesin I (Grinder) FHitung = 1,40989 dan FTabel = 5,41, untukmesin II (Pre Press) FHitung = 0,1009 dan FTabel = 19,25, danuntuk mesin III (Final Pree Press) FHitung = 1,786 dan FTab =6,39 dengan melihat hasil yang diperoleh untuk semua mesindimana FHitung lebih kecil dari FTabel maka untuk keduafaktor tersebut tidak saling berhubungan, sedangkan untukpengaruh getaran mesin diperoleh untuk mesin I (Grinding)FHitung = 0,0145 dan FTabel = 5,41 , untuk mesin II (PreePress) pada stasiun kerja II diperoleh FHitung =0,1009 FTabel =19,25, dan untuk mesin III (Final Pree Press) pada stasiunkerja III diperoleh FHitung = 0,587 dan FTab = 6,39. Dari hasilperhitungan pengaruh getaran mesin ini diperoleh untuk FHitung

lebih kecil dari FTabel sehingga keterkaitan (signifikasi) tdaksaling berkaitan. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor yangtentunya dilibatkan dalam proses perhitungan sepertimaitanance, pejadwalan, dan lain-lain, sehingga keterkaitan(signifikasi) akan mudah dihitung/diukur.[7]



V. KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan dan pembahasan dapat ditarikkesimpulan sebagai berikut:

Signifikasi dari keterkaiatan antara waktu kerja produktifdengan faktor kebsingan dan getaran mesin tidak terlalausaling memepengaruhi dimana hasil perhitungan uji linieritasdiperloeh untuk masing – masing stasiun kerja adalah :1. Stasiun kerja I (proses grinding) F Hitung untuk pengaruh

faktor kebisingan adalah 1,409 sedangkan untuk pengaruhgetaran mesinnya F Hitung adalah sebsar 0,0145 denganuntuk keduanya F tabelnya adalah 5,41 sedangkan

2. Stasiun kerja ke II untuk faktor kebisingan diperoleh FHitung sebesar 0.1009 dan untuk getaran mesinnya F Hitung

sebesar 0.078 dengan F tabelnya untuk keduanya sebesar19,25,Stasiun kerja ke III untuk faktor kebisingan diperoleh F

Hitunganya sebesar 1,786 sedangkan untuk faktor getaranmesinnya diperoleh F Hitung sebesar 0,587 dengan F tabel untukkeduanya adalah 6,39, dengan rata-rata tingkat kebisingansebesar 90-92 db yang masih berada diambang bataspendengaran manusia normal, dan getaran mesin yangdihasilkan tergantung dari masing-masing aktivitas dan jenismesin yang dipakai.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Napitupulu Natassia, 2009, “Gambaran Penerapan Ergonomi DalamPenggunaan Komputer Pada Pekerja”

www.lontar.ui.ac.id/opac/themes/libri2/listtipekoleksi.jsp?id=89 . April2012

[2] Wigjosoebroto S, 2000 “Analisa Dan Redesain Stasiun Kerja OperasiTenun Secara Ergonomis Untuk Meningkatkan Produktifitas”

www.downloadpdf.co.uk/pdf/sritomo-wignjosoebroto.html. April 2012

[3] Simanjuntak R.A, Dedi A.Situmorang, 2010 “Analisis Pengaruh ShiftKerja Terhadap Beban Kerja Mental”

http://jurtek.akprind.ac.id/sites/default/files/53_60_risma.pdf. April 2012[4] Reksoatmodjo Tedjo N, 2009, “Statistika Teknik” Refika

Aditama,Bandung

[5] Sutalaksana Iftikar Z,dkk, 2006, “Teknik Perancangan Sistem Kerja”ITB,Bandung

[6] Wignjosoebroto S, 2006, “Ergonomi Studi Gerak Dan Waktu”,ITS,Surabaya

[7] Riduan. 2004, “Metode Dan Teknik Penyusunan Tesis”, Alfabeta,Bandung

.



Analisis Eksperimental dan Teoritis Defleksi BalokTembaga dengan Penampang Tak Seragam

Thomas TjandinegaraJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas HasanuddinMakassar-Indonesia

[email protected]

Abstract—Penelitian ini bertujuan menganalisisdefleksi/lendutan lateral pada balok tembaga dengan penampangtak seragam secara teoritis dengan metoda balok conjugate daneksperimental dengan mengvariasikan letak dan besarpembebanan. Tumpuan yang digunakan dalam penelitian adalahtumpuan sederhana (engsel dan rol), menggunakan 3 buah bendauji dari tembaga dengan perbandingan penampang yangberbeda-beda. Hasil penelitian menunjukkan bahwa defleksiyang terjadi pada balok tembaga berpenampang tak seragambaik secara eksperimental maupun teoritis bertambah seiringdengan adanya penambahan beban. Untuk ketiga balok uji,defleksi maksimum terjadi pada letak pembebanan ½ L (panjangbatang). Balok uji yang berdiameter 7 mm sepanjang 600 mmdan 14 mm sepanjang 200 mm mengalami defleksi yang palingbesar dan balok uji yang berdiameter 7 mm sepanjang 200 mmdan 14 mm sepanjang 600 mm mengalami defleksi yang palingkecil. Persentase kesalahan rata-rata antara hasil penelitiansecara eksperimental dengan teoritis yaitu 5,47 %.

Kata Kunci: defleksi, metode balok konjugate, teoritis,eksperimental.

I.PENDAHULUAN

A. Latar BelakangSalah satu persoalan yang sangat penting diperhatikan

dalam perencanaan kontruksi, elemen mesin, pesawatpengangkat, struktur rangka, konstruksi jembatan adalahperhitungan defleksi lateral pada elemen baik akibat bebansendiri maupun ketika mengalami suatu pembebanan luar.Pada perencanaan konstruksi teknik, kemampuan untukmenentukan beban maksimum yang dapat diterima oleh suatukonstruksi adalah penting. Dalam aplikasi keteknikan,kebutuhan tersebut haruslah disesuaikan denganpertimbangan ekonomis dan pertimbangan teknis, sepertikekuatan (strength), kekakuan (stiffines), dan kestabilan(stability) (Popov, E.P, 1993).

Pemilihan atau desain suatu batang sangat bergantungpada sifat teknik di atas yaitu kekuatan, kekakuan dankestabilan. Pada kriteria kekuatan, desain batang haruslahcukup kuat untuk menahan gaya geser dan momen lentur,sedangkan pada criteria kekakuan, desain haruslah cukup kakuuntuk menahan defleksi yang terjadi agar batang tidakmelendut melebihi batas yang telah diizinkan.

Salah satu faktor yang sangat berpengaruh terhadap sifatteknik dan kualitas suatu batang adalah jenis bahan ataumaterial dari batang itu sendiri. Oleh karena itu, pemilihanbahan atau material yang sesuai merupakan hal yang sangatpenting. Meskipun terdapat banyak bahan atau material yangdapat dijadikan sebagai bahan baku dalam industri maupun

dalam pembangunan infrastruktur akan tetapi kualitas dan sifatdari berbagai macam bahan atau material tersebut berbeda-beda. Tembaga merupakan salah satu logam non-ferrous yangsangat penting dan banyak di pakai mulai dari industrisederhana sampai industri berteknologi tinggi. Tembagaadalah bahan yang sangat diperlukan dalam banyak aplikasikarena memiliki sifat fisik dan mekanis yang baik, termasukkonduktivitas listrik dan panas yang tinggi, ketahananterhadap korosi yang tinggi, dan sifat mampu las yang baik.Tembaga digunakan dalam industri-industri dengan berbagaibentuk yang berbeda-beda sesuai kebutuhan penggunaannya.

Penggunaan balok berbentuk prismatis telah seringdijumpai pada konstruksi-konstruksi yang menggunakan baloksebagai komponen strukturnya, tetapi sekarang ini padakondisi-kondisi tertentu balok non prismatis denganpenampang yang tidak seragam lebih disukai penggunaanyadari pada batang prismatis. Banyak sekali keuntungan-keuntungan penting yang terdapat dalam penerapanpenggunaan batang non prismatis. Perubahan penebalanpenampang pada batang non prismatis akan menyebabkankekakuan yang tidak sama di setiap titiknya. Besarnya momeninersia di setiap titik ini akan memberikan pengaruh padabesarnya momen-momen dan gaya-gaya geser di titik tersebut.Perbedaan besar momen-momen dan gaya-gaya geser di setiaptitik pada penampang balok non prismatis ini mempengaruhidefleksi yang akan terjadi pada konstruksi tersebut. Selain itusuatu keuntungan yang tidak kalah penting, dari segikonstruksinya balok non prismatis memiliki nilai keindahan(estetika).

Penelitian terkait fenomena defleksi telah banyakdilakukan dengan berbagai jenis bahan dan variasi tumpuan.Mustafa (2007), meneliti defleksi batang berbentuk segi empatmenunjukkan bahwa defleksi yang diperoleh secaraeksperimental lebih besar jika dibandingkan dengan defleksisecara teoritis, dan besarnya defleksi maksimum cenderungterjadi pada pertengahan batang. Munandar, dkk (2011), yangmeneliti defleksi balok baja ST 50 menunjukkan bahwadefleksi maksimum yang terjadi secara eksperimental maupunteoritis terjadi pada jarak pembebanan L/2 (panjang batang =200 mm), yakni sebesar 0,14 mm dan 0,13 mm dan defleksiminimum terjadi pada jarak pembebanan L/4 (panjang batang= 200 mm) sebesar 0,013 mm dan 0,014 mm, serta persentasekesalahan antara hasil penelitian secara eksperimental denganteoritis berkisar antara 2 % -8%. Berdasarkan pada fakta-faktadiatas, penulis tertarik untuk melakukan penelitian terkaitfenomena lendutan material tembaga berbentuk non prismaticdengan judul: Analisis Eksperimental dan Teoritis DefleksiBalok Tembaga dengan Penampang Tak Seragam.



B. Batasan MasalahAdapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah :

1) Material yang akan diuji adalah tiga buah baloktembaga dengan spesifikasi sebagai berikut :

a) Modulus elastisitas, E =11,7 x 1010 N/m2b) Panjang 800 mm.c) Berbentuk silinder pejal dengan perbandingan

penampang: balok uji I dengan diameter 14 mm sepanjang 600

mm dan 7 mmsepanjang 200 mm balok uji II dengan diameter 14 mm sepanjang 400

mm dan 7 mm sepanjang 400 mm balok uji III dengan diameter 14 mm sepanjang 200

mm dan 5 mm sepanjang 600 mm2) Pembebanan diberikan pada jarak ¼ L (200 mm), ½

L (400 mm), dan ¾ L (600 mm).3) Besar beban yang diberikan yaitu 500 gram, 700

gram, dan 1000 gram.4) Beban yang digunakan adalah beban titik.5) Jenis tumpuan yang digunakan adalah tumpuan

sederhana (engsel-rol).6) Metode analisis teoritis yang digunakan adalah

metode balok konjugate.

II.LANDASAN TEORI

A. Fenomena DefleksiDefleksi adalah perubahan bentuk pada bahan dalam arah

y akibat adanya pembebanan vertikal yang diberikanpada balok atau batang(http://en.wikipedia.org/wiki/deflection.engineering ).

Deformasi pada bahan secara sangat mudah dapatdijelaskan berdasarkan defleksi balok dari posisinya sebelummengalami pembebanan. Defleksi diukur dari permukaannetral awal ke posisi netral setelah terjadi deformasi.Konfigurasi yang diasumsikan dengandeformasi permukaannetral dikenal sebagai kurva elastis dari bahan.

Gambar 1. Defleksi pada balok sederhanaSumber : http://bambangpurwantana.staff.ugm.ac.id/kekuatanbahan

Gambar 1(a) memperlihatkan balok pada posisi awalsebelum terjadi deformasi dan Gambar 1(b) adalah balokdalam konfigurasi terdeformasi yang diasumsikan akibat aksipembebanan. Jarak perpindahan y didefinisikan sebagaidefleksi bahan. Dalam penerapan, kadang kita harusmenentukan defleksi pada setiap nilai x disepanjang balok.Hubungan ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan yangsering disebut persamaan defleksi kurva (kurva elastis) daribahan.

II.2. Metoda Balok KonjugateMetode balok konjugasi (the conjugate beam

method) adalah salah satu metode untuk menentukan besarnya

putaran sudut dan lendutan pada balok dengan menggunakanbalok konjugasi. Balok konjugasi (conjugate beam) adalahbalok fiktif yang sama panjangnya seperti pada baloksebenarnya (real beam) yang dibebani oleh diagram bidangmomen dari balok asli sedemikian rupa sehingga gaya geserdan momen lentur pada suatu titik pada balok konjugasimerupakan putaran sudut dan lendutan pada balok aslinya.

Prinsip-prinsip metode ini adalah bahwa bidang momenyang terjadi pada real beam dibagi dengan faktor kekakuandari balok (EI), diperlakukan sebagai beban pada balokkonjugasi.

Untuk mengetahui besarnya deformasi yang terjadi padareal beam, dapat diikuti ketentuan sebagai berikut ini.

1. Putaran yang dibentuk oleh garis singgung pada suatutitik dari real beam yang berdeformasi terhadapsumbu balok semula, besarnya sama dengan gayalintang yang terjadi pada titik/penampang yang samadari conjugate beam.

2. Lendutan atau defleksi yang terjadi pada suatu titikdari real beam yang berdeformasi terhadap posisisemula, besarnya sama dengan momen lentur yangterjadi pada titik/penampang yang sama dariconjugate beam.

Dengan mengingat ketentuan (1) dan (2) tersebut diatas,maka di dalam perhitungan besar dan arah deformasi yangterjadi pada real beam, kita harus merubah macam perletakanatau sambungan konstruksi real beam menjadi konstruksiconjugate beam dengan memperhatikan sifat-sifat dariperletakannya.

Perhatikan balok dengan tumpuan sederhana denganbeban-beban sebagai berikut.Kondisi I:Balok sederhana dengan beban terpusat ditengah balok

Gambar 2. Balok tumpuan sederhana dengan beban terpusat di tengah balokSumber: http://id.scribd.com/doc/100399528/Conjugate-BeamMenghitung gaya lintang dan momen:

0MA

0224

.

LL

EI

PLLVB

EI

PLVB 16

2

(1)

0V



EI

PLVA 16

2

(2)

Gambar 3. Potongan A-CSumber: http://id.scribd.com/doc/100399528/Conjugate-Beam

0CM

06442.

LL

EI

PLLVM AC

EI

PLM C 48

3

(3)

0V

0 AA DV

AA DV

Gambar 4. Arah Reaksi

CC yM

EI

PLyC 48

3

(4)

AAD

EI

PLA 16

2

(5)

BBD

EI

PLB 16

2

(6)

Kondisi II:Balok sederhana dengan beban terpusat tidak tepat ditengahbalok.

Gambar 5. Balok sederhana dengan beban terpusat tidak tepat ditengah balokSumber: http://id.scribd.com/doc/100399528/Conjugate-Beam

0CM

0. CA MaV

aVM AC .

aL

PbM C .

L

PabM C (7)

Maka :

LEI

PabM C (8)

0AM

03

2.

2

1

3

1

2

1.

b

LEI

Pabaab

LEI

PabbLVB

22

2 3

2

3

1

6aabb

EIL

PabVB (9)

0BM

03

2.

2

1

3

1

2

1.

a

LEI

Pabbba

LEI

PabaLVA

033

1

2.

32

LEI

Pabba

LEI

bPaLVA

Gambar 6. Arah ReaksiSumber: http://id.scribd.com/doc/100399528/Conjugate-Beam

22

2 3

2

3

1

2baba

EIL

PabVA (10)

AAV

22

2 3

2

3

1

2baba

EIL

PabA (11)

BBV

22

2 3

2

3

1

6aabb

EIL

PabB (12)

III.METODOLOGI PENELITIAN



A. Gambar Instalasi Pengujian dan Balok Uji

Gambar 7. Instalasi Pengujian

Gambar 8 . Balok uji I

Gambar 9. Balok uji II

Gambar 10. Balok uji III

B. Flowchart Penelitian

IV.HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil perhitungan defleksi secara teoritis dan eksperimentaldari ke 3 balok uji dapat dilihat pada table 1. dan Tabel 2.berikut :

Tabel 1. Hasil Perhitungan Defleksi secara Teoritis

Balok

Uji

Beban

(gram)

Defleksi tiap titik (mm)

Jarak pembebanan

1/4L

Jarak pembebanan 1/2

L

Jarak Pembebanan

3/4L

y1 y2 y3 y1 y2 y3 y1 y2 y3

I

500 1.12 1.39 0.94 1.39 2.06 1.51 0.94 1.51 1.38

700 1.57 1.95 1.31 1.95 2.88 2.12 1.31 2.12 1.93

1000 2.24 2.78 1.87 2.78 4.11 3.02 1.87 3.02 2.75

II

500 1.33 1.81 1.27 1.81 2.90 2.17 1.27 2.18 1.94

700 1.86 2.54 1.78 2.54 4.06 3.05 1.78 3.05 2.71

1000 2.66 3.63 2.54 3.63 5.80 4.35 2.54 4.35 3.87

III

500 1.90 2.48 1.60 2.78 5.44 3.51 1.54 2.74 2.15

700 2.67 3.47 2.24 3.89 7.62 4.91 2.16 3.83 3.00

1000 3.81 4.96 3.20 5.56 10.88 7.01 3.08 5.20 4.29



Tabel 2. Hasil Pengujian Defleksi secara Eksperimental( rata-rata 3 pengujian )

Balok

Uji

Beban

(gram)

Defleksi tiap titik (mm)

Jarak pembebanan 1/4LJarak pembebanan 1/2

L

Jarak Pembebanan

3/4L

y1 y2 y3 y1 y2 y3 y1 y2 y3

I

500 1.45 1.92 1.38 1.51 2.12 1.63 1.02 1.61 1.44

700 1.93 2.71 1.90 2.06 2.98 2.30 1.42 2.30 2.04

1000 2.52 3.08 1.87 2.93 4.34 3.27 1.95 3.25 2.88

II

500 1.48 2.12 1.57 1.88 3.12 2.34 1.38 2.38 2.02

700 2.06 2.85 2.10 2.64 4.22 3.19 1.91 3.29 2.88

1000 2.93 3.99 2.62 3.85 6.03 4.58 2.68 4.53 4.00

III

500 2.06 2.64 1.73 2.94 5.71 3.69 1.68 2.74 2.31

700 2.83 3.68 2.41 4.11 7.98 5.24 2.28 3.83 3.28

1000 4.04 5.17 3.37 5.85 11.13 7.32 3.28 5.45 4.54

Perhitungan defleksi yang dilakukan dengan metode balokkonjugasi menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda denganhasil pengujian eksperimental untuk ketiga balok uji. Sebagaiilustrasi diperlihatkan untuk beban 1000 gram sepertiditunjukkan pada grafik 1. berikut ini.

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Series1Series2Series3Series4Series5Series6Series7Series8Series9Series10

Series 1 : Eksperimental Balok 3 Series 9 : Teoritis Balok 2Series 10 : Teoritis Balok 3 Series 3 : Eksperimental Balok 1Series 4 : Eksperimental Balok 2 Series 8 : Teoritis Balok1

Demikian pula untuk beban 500 gram dan 700 gram.Perbedaan nilai defleksi eksperimental dan teritis tentunyadisebabkan oleh beberapa faktor yaitu:

1. Besarnya defleksi yang terjadi pada balok secaraeksperimental dipengaruhi oleh berat balok yangmana hal ini tidak di perhitungkan dalam perhitungansecara teoritis sehingga dapat menyebabkanterjadinya perbedaan antara hasil eksperimentaldengan teoritis.

2. Nilai modulus elastisitas yang di gunakan dalamperhitungan secara teoritis adalah nilai moduluselastisitas yang di pengaruhi oleh tegangan teoritis,berbeda dengan nilai modulus elastisitas yang di

gunakan dalam pengujian secara eksperimental yangdi dasarkan pada tegangan aktual.

3. Kekurangakuratan alat ukur (Dial gauge) dalampembacaan besarnya defleksi yang terjadi pada balokuji selama penelitian berlangsung.

Dari semua data pengujian menunjukkan bahwa nilaidefleksi secara eksperimental cenderung lebih besardibandingkan nilai perhitungan teoritis. Hal ini dipengaruhioleh kekakuan material dan pembebanan secara langsung yangberulang sehingga menyebabkan pergeseran material uji yanglebih besar pada saat pengujian.

Adapun persentase kesalahan defleksi yang diperolehmenunjukkan bahwa perbedaan nilai defleksi secaraeksperimental dan teoritis memang tidak terlalu signifikan.Persentase kesalahan terbesar yaitu 8,74% (nilai defleksi y3pada pengujian balok uji I dengan beban 500 gram pada jarak¾ L). Persentase kesalahan rata-rata yaitu sebesar 5,47 %.

V.KESIMPULAN

Dari hasil pengujian dan analisa data yang telah dilakukan,maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Defleksi yang terjadi pada balok tembaga denganpenampang tak seragam mengalami peningkatanseiring dengan adanya penambahan pembebanan.

2. Defleksi maksimum pada balok tembaga denganpenampang tak seragam terjadi pada letakpembebanan ½ L. Hal ini menunjukkan bahwasemakin jauh jarak pembebanan dari kedua tumpuan(engsel-rol) maka semakin besar defleksi yang terjadi.

3. Semakin panjang bagian balok yang berdiameter kecildibandingkan dengan yang berdiameter besar makabalok cenderung akan mengalami defleksi yangsemakin besar.

4. Defleksi yang diperoleh dari pengujian eksperimentallebih besar dari defleksi yang diperoleh dariperhitungan secara teoritis. Persentase kesalahandefleksi rata-rata yaitu sebesar 5,47 %.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Mahmud, Said. 2005. Analisis Lendutan pada MaterialKuningan Tembaga dan ST 42 dengan bentuk yang sama.Majalah Ilmiah Al-Jibra, Volume 12 No 39.

[2] Munandar, dkk. 2011. Analisis Eksperimental dan TeoritisLendutan Pada Balok Dengan Variasi Ketebalan danPembebanan, diakses pada tanggal 18 Desember 2011http://repository.unhas.ac.id/handle/123456789/446.

[3] Mustafa. 2007. Perbandingan Analisa Teoritis DanEksperimental Defleksi Pada Balok Segiempat Dengan VariasiMaterial. Jurnal Ilmiah Matematika Dan Terapan, ISSN 1829-8133, Vol. 4 No. 2.

[4] Popov, E.P. dan Astamar, Z. 1996. Mekanika Teknik(Terjemahan). Erlangga, Jakarta.

[5] Timoshenko, S dan Gulo, D.H. 1986. Dasar-dasar PerhitunganKekuatan Bahan (Terjemahan). Restu Agung, Jakarta.



Aplikasi Infrared Heater Untuk Mesin Pengering BijiKakao dengan Metode Pengendali PI

Vector Anggit PratomoTeknik Elektro

Universitas PancasilaIndonesia

[email protected]

Gunady HaryantoTeknik Elektro

Universitas PancasilaIndonesia

[email protected]

Abstract— The aim of the research was to obtain the value ofmoisture content in cocoa amounting to 6%-8% (SNI 2323: 2008)using infrared heater as heat source of radiation that has awavelength of 0.4 μm -400 μm which will be absorbed by thecocoa beans, as for the parameters used are the humidity, thetemperature, the time required in the process and the dryercapacity of 6 kg. Control in the process of drying cocoa beans isthe magnitude of the voltage needed by the infrared heater toreach the temperature of 600C - 800C , the speed of the conveyorbrings cocoa beans and the levels of water in the engine room thedryer cocoa beans, infrared heater control method using closedloop system with Proportional Integral (PI) controller methodwhere the value Kp = 50, Ki = 0,96, for monitoring temperatureusing matlab software. a 2008

Key Words :infrared heater, Humidity, temperature, PIController

I. LATAR BELAKANG

Indonesia merupakan produsen kakao terbesar ketiga didunia. Sumbangan devisa dari ekspor kakao tahun 2002 adalahsebesar US$ 701 juta, terbesar ketiga dari sub sektorperkebunan setelah karet dan kelapa sawit. Sekitar 80%produksi kakao Indonesia digunakan untuk ekspor, sedangkansisanya digunakan sebagai bahan baku industri coklat dalamnegeri. Kakao umumnya diekspor dalam bentuk biji dengankadar air sebesar 6% - 8% untuk kebutuhan industri. [1]

Kendala yang dihadapi dalam proses pengeringantergantung oleh iklim terutama di Indonesia yang selaluberawan dengan tingkat kelembaban yang tinggi.

Untuk memperoleh hasil produksi yang tidak tergantungoleh keadaan iklim maka dirancangan mesin pengering bijikakao menggunakan metode conveyor dryer dengan suhu 60°C– 80o C untuk menghasilkan kekeringan biji kakao dengankadar air maksimum 6% - 8 %.

Karakteristik dari Infrared Heater (IRh) digunakan sebagaipengering biji kakao dikarenakan memiliki panjang gelombangradiasi panas 0.4 μm - 400 μm yang dapat diserap oleh bijikakao.

Pengendalian mesin pengering biji kakao menggunakanProgrammable Logic Control (PLC) sebagai pengatur inverteruntuk IRh , blower, kecepatan conveyor dan penerima sinyalmasukan dari sensor suhu SHT 11 dan monitoring sinyalmenggunakan software matlab a.2008 dengan interface USB,dimana metode pengendalian menggunakan ProporsionalIntegral (PI).


Pada penelitian ini metodelogi penelitian yang dilakukanadalah :

1. Melakukan studi literature dengan mencari danmempelajari teori-teori yang berhubungan denganStandart kadar air dalam biji kakao (SNI 2323:2008 )sebesar 6% - 8% . Karakteristik dari IRh.

2. Membuat pemodelan dari IRh Sebagai Sumber Panaspada mesin pengering biji kakao

3. Merancang Mesin Pengering Biji Kakao4. Melihat kinerja karakteristik Mesin Pengering Biji

Kakao dengan metode pengendali PI.5. Mengumpulkan hasil kadar air dalam biji kakao yang

dikeringkan pada mesin pengering biji kakaomenggunakan Irh

III. HAL PEMBAHASAN

A. Pengolahan KakaoPerubahan kadar air dalam bahan pangan disebabkan oleh

perubahan energi dalam sistem. Untuk itu, dilakukanperhitungan terhadap neraca massa dan neraca energi untukmencapai keseimbangan dapat dilihat dari persamaan 1 dan 2sebagai berikut :[2]1. Neraca massa total:

F = V + P (1)

Dimana:F = massa kakao setelah fermentasi (kg)V = massa air yang menguap (kg)P = massa kakao kering (kg)

2. Neraca massa komponen air:

F . xf = V . xv + P . xp (2)

Dimana :f = massa kakao setelah fermentasixf = kadar air kakao setelah fermentasi (%)xv = kadar uap air (%)xp = kadar air kakao kering yang diharapkan (%)



Alasan yang mendukung proses pengeringan dapatmenghambat pertumbuhan mikro organisme adalah untukmempertahankan mutu produk terhadap perubahan fisik dankimiawi yang ditentukan oleh perubahan kadar air.

Standar kadar air biji kakao disusun sebagai pedomanperancangan mesin pengeringan biji kakao, sebagai dasaracuan kerja mesin pengering dengan menggunakan Infra RedHeater . Dimana Mesin pengering yang akan dihasilkannantinya dapat menghasilkan output berupa biji kakao dengankualitas sesuai yang tertera pada tabel 1, tentang standarisasibiji kakao yang baik.

Tabel 1. Tabel Standar Nasional Biji Kakao(SNI 01 – 2333 – 2008)

No Karakteristik Mutu I Mutu II

1 Jumlah Biji/100 gr *** **2 Kadar Air (% (b/b)) 7.5 7.53 Berjamur (%(b/b)) 3.4 44 Tak Terfermentasi (%(b/b)) 8 8

5Berserangga hampa,

berkecambah (%(b/b))3 3

6 Biji Pecah (%(b/b)) 3 37 Benda Asing (%(b/b)) 0 08 Kemasan kg, netto/karung 62.5 62.5

B. Prinsip dasar Infrared heater

Gelombang inframerah merupakan bagian dari spektrumelektromagnetik bersama gelombang lainnya seperti yangterlihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 1. Gelombang elektromagnetik Spectrum

Energi IRh adalah suatu bentuk energi elektromagnetik.Hal ini di karenakan IRh sebagai gelombang yang menembustarget dan kemudian diubah menjadi panas. Radiasi inframerahdiklasifikasikan sebagai daerah panjang gelombang antaracahaya tampak (0,4 - 400 µm.). Panjang gelombang di manaradiasi maksimum dari pemanas terjadi (panjang gelombangpuncak) ditentukan oleh suhu pemanas. Hubungan inidijelaskan oleh hukum dasar untuk radiasi hitam.

Hukum Perpindahan Wien menyatakan bahwa distribusipanjang gelombang energi radiasi panas dari blackbody padasuatu suhu memiliki bentuk dasar yang sama seperti distribusipada setiap suhu lainnya.

Block body adalah penyerap radiasi yang sempurna baikarah maupun berapapun panjang gelombangnya

Persamaan untuk IRh dapat menggunakan denganperkiraan dan nomograf yang dikembangkan oleh Spesifik –Cally untuk aplikasi IRh [3]

Untuk pemanasan produk,Persamaan berikut dapat digunakan, untuk menghasilkan panasdengan menggunakan persamaan 3

Dimana:

= Produksi per jam

= Temperatur 0F (0C=5/9 +32)Efficiency (RE) = Combined Effciency of The Source and

reflector= Specific heat (Btu/Lb/0F)

VF = View Factor merupakan ratio darienergy IRh

= Factor Absorption (emissivity) product

Pengeringan dan Penguapan dimana pemindahan penguapanatau air yang berada dalam sebuah produk mengalamipengurangan yang disebabkan oleh tingkatan temperature,untuk menghasilkan panas yang diingin dapat dihitung denganmenggunakan persamaan 4

Dimana:Qwp = Kebutuhan Btu kerja produk untuk

peningkatkan temperatureQs = Kebutuhan Btu pencairan (solvent)

untuk meningkatkan temperature= Kebutuhan Btu untuk panas dari

initial ke penguapan temperaturEfficiency (RE) = Combined Effciency of The Source and

reflector= Factor Absorption (emissivity) product

VF = View Factor merupakan ratio darienergy IRh

C. Pengendali dengan Metode Proportional Integral (PI)

Pengendali IRh menggunakan PI sebagai pengendalinyaagar keluaran tunak sama dengan titik acuan yang merupakanmasukan dari pengendali PI. Dengan persamaan 5

Dengan Kw adalah titik acuan dikurangi dengan Kw* Actualdimana untuk besaran temperature sebagai keadaan variableterhadap Kw , keluaran dari pengendali energy panas adalahsinyal Kw yang sebanding dengan perubahan temperaturedengan umpan balik dari sensor suhu dapat dilihat dari blokdiagram system kendali.



Gambar 1. Blok Diagram Sistem Kendali PI

.

IV. PERANCANGAN MESIN PENGERING BIJI KAKAO

Proses pengeringan biji kakao dengan aplikasi infra redheater untuk mesin pengering biji kakao menggunakan systemclosed loop dapat dilihat pada gambar 2, dimana parameternyaadalah suhu(0C) dan kelembaban(%) dengan nilai set pointyang telah ditentukan dan akan dibandingkan dengan keadaanactual dari suhu dan kelembaban yang terdapat dalam ruangpengering dimana terdapat sumber energy dan radiasi panjaggelombang yang berasal dari IR (Plant) hasil dariperbandingan ini dinyatakan sebagai error, sehingga besaransuhu dan kelembaban akan memiliki nilai yang samadinyatakan kedalam nilai output, hubungan antara kecepatanconveyor dengan IR adalah dimana biji kakao membutuhkanlamaan waktu dalam melakukan absorbsi sumber energy danradiasi panjang gelombang yang berasal dari IR, sehinggapengaturan kecepatan conveyor dipengaruhi oleh suhu dankelembaban, untuk flow air juga berhubungan dengan suhudan kelembaban terutama pada parameter kelembabandikarenakan kadar air dalam satuan prosentase di keluarkandari mesin pengering agar air yang menguap dari biji kakaotidak jatuh ke bawah karna gaya gravitasi.

V.

Gambar 2. Alur Proses Pengendali Aplikasi Infra Red Heater Untuk MesinPengering Biji Kakao

VI. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian dengan pendekatan pada control PI(Proporsional Integral) dengan nilai Kp= 0,01 dan Ki =0,65memiliki respon sistem yang mampu mempertahankan settingsuhu 60oC. Untuk respon sistem control PI (ProporsionalIntegral) dapat dilihat pada setiap percobaan PengujianKarakteristik Plant dengan PI

Gambar3 dibawah ini.

Gambar 3.Sinyal Pengujian Karakteristik Plant dengan PI

Dengan set point :Kp : 60Ki : 0.65rise time : 0.979settling time : 95.5Overshoot : 0.998Peak : 0.998respon time 1.18

Dari hasil pengujian tidak didapatkan nilai respon yang baikmaka dilakukan beberapa pengujian terhadap nilai parameterKp dan Ki sebagai berikut:

Percobaan Pertama dengan besaran Kp : 60, KI: 0,5

Gambar 4.Sinyal Pengujian dengan besaran Kp : 60, KI: 0,5

Maka diperoleh nilairise time : 0.104settling time : 4.18Overshoot : 75.7Peak : 1.76respontime : 1.188

Percobaan Kedua dengan besaran Kp : 50, KI: 0,96



Gambar 5.Sinyal Pengujian dengan besaran Kp : 60, KI: 0,5

risem time :3,12settling time :9,72overshoot :8,64peak :1,09respon time :4,71

Percobaan Ketiga dengan besaran Kp : 47, KI: 1.53

Gambar 6.Sinyal Pengujian dengan besaran Kp : 47, KI: 1.53

risem time :0,318settling time :14,7overshoot :39,1peak :1,39respon time :0,517

Setelah didapatkan nilai KP dan KI yang ideal pada percobaanketiga maka di ujikan pada biji kakao dan diperoleh hasilsebagai berikut

Tabel 2. Tabel Pengujian Biji Kakao

No Analysis Spesification Result Test

Organoleptic

1 Taste Normal Normal

2 Odour Sour NormalSour

Normal

3 ColourRed untilbrownish

Brownish

Physico – Chemical

4 Weight / bean ≤ 1 gram 0.9 – 1.0gram

5 Shell Whole Whole

6 Size bean UniformNot

Uniform7 Fermentation Fully Fully

Quality8 Waste 2.5 % max 3.5 %9 Yeast and Mold 4 % 4 %

10Solvent

Evaporation12% 6,7%

VII. KESIMPULAN

Berdasarkan pengujian alat dengan metode PI

(Proporsional Integral) dapat disimpulkan bahwa :

Dengan menggunakan pengendali PI (Proporsionalintegral) diparameter kp = 47 dan Ki = 1.53menghasilkan respon sistem pada alat pengering kakaoyang stabil dan mampu mempertahankan suhu referensi60oC..

Dengan menggunakan suhu referensi 60oC alat pengeringkakao dapat mengeringkan kakao, dengan kelembaban6,7% dengan proses pengeringan selama 20 menit .

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim. Coklat dan Produk Olahannya. http://rewisa.wordpress.com.Akses tanggal 11 September 2012.

[2] Banwatt, George. 1981.[3] Basic Food Microbiology. Connecticut: TheAvi Publishing Company, Inc.

[3] Waltow, Radiation Heating with infrared, A Technical Guide toUnderstanding and applying Infrared heaters

[4] Djatmiko, B. dan T. Wahyudi. 1986. Aspek Pengolahan dan MutuCoklat Lindak dan Mulia. Balai Penelitian Perkebunan Jember, JawaTimur.

[5] Siregar, Tumpal. 2005.[1] Budidaya, Pengolahan dan PemasaranCokelat. Jakarta: Penebar Swadaya

[6] Sunanto, Hatta. 2005. Cokelat : Budidaya, Pengolahan Hasil dan AspekEkonominya. Yogyakarta : Kanisius.

[7] Susanto, F. X. 1994.[2] Tanaman Kakao. Yogyakarta: Kanisius.[8] Petrovskii V. Ya: [8] Cara dasar perpindahan panas pada Infrared

Heater.

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem Manufaktur dan Energi


Desain Kontrol Fitur Elektronik Hunian Rumahdengan Memanfaatkan Arduino dan Perangkat

Handphone

Wawan Nurmansyah,Teknik Informatika

Sekolah Tinggi Teknik MusiPalembang, Indonesia

[email protected]

Abstrak—Hardware seperti Arduino dapat mengontrolperangkat elektronik. Merancang dan mengimplementasikanmedia ini memiliki kemudahan karena jumlah aplikasi atausimulasi virtual untuk menguji bagian fitur - fitur seri Arduinodapat dengan mudah ditemukan dan didownload, sehinggadapat meminimalkan kesalahan dan kerusakan ketika merakitbagian-bagian komponen elektronika.

Perangkat mobile seperti ponsel saat ini memiliki banyakfitur untuk melakukan koneksi dengan perangkat lain, sepertiBluetooth, WiFi, USB. Bagian dari perangkat ini dapatdihubungkan ke perangkat lain untuk diimplementasikanmengontrol perangkat keras yang terhubung ke perangkatmobile tersebut.

Perkembangan bahasa pemrograman bagi programmerdapat menciptakan dan menerapkan gagasan baru, studioandroid dapat membantu untuk mengimplementasikan hasilperancangan alat untuk mengendalikan bagian dari sebuah alatelektronik rumah yang ada. Hasil dari desain interfacehardware dan software dapat diimplementasikan secarasimulasi dengan metode pengembangan sistem aplikasi berupaprototype. Keterbatasan desain hanya dari Arduino dan kontrolantarmuka ponsel berbasis android.

Kata kunci: Desain, Arduino, perangkat elektronik, handphone

I. PENDAHULUAN

Elektronik yang masyarakat gunakan saat ini sangatberagam fungsi dan kegunaanya baik itu yang perangkatelekronik diletakkan secara permanen seperti lampupenerangan ruangan dan perangkat elektronik mobile sepertihandphone. Saat ini penggunaan perangkat mobile sepertihandphone bukan saja digunakan untuk komunikasi akan tetapiperangakat tersebut bisa dijadikan media hiburan danpembelajaran. Berdasarkan data yang dihimpun oleh AsosiasiTelekomunikasi Seluler Indonesia (ATSI), hingga akhir tahun2013 jumlah pelanggan ponsel di Indonesia telah mencapai 250juta, padahal jumlah penduduk Indonesia sekitar 240 juta jiwa[1]. Perbandingan angka tersebut menunjukan bahwa penetrasiseluler di Indonesia sebesar 110 persen dan berdasarkan dataATSI, pelanggan yang menggunakan kartu prabayar sekitar95%. Sementara jumlah pesan singkat atau Short MessageService (SMS) yang terkirim mencapai 260 miliar SMS denganjumlah transaksi data mencapai 27 ribu terabyte. Bahkan dataterakhir yang dirilis oleh CIA, Indonesia menjadi negara ke-5dan 6 yang paling agresif dalam menerima perkembangan

teknologi telepon seluler [2]. Penggunaan teknologi seluleruntuk pengontrolan media atau perangkat keras yangberbasiskan elektronik masih terus dikembangkan oleh parapeneliti dan ada juga yang sudah diterapkan. Desain yangdigunakan untuk mengontrol pintu garasi menggunakanArduino Uno R3 melakukan koneksi dengan akses point danmenggunakan Sensor Jarak HC-SR 04 untuk mendeteksi mobilatau kendaraan yang mendekati garasi [3]. Penggunaanmikrokontroller arduino menunjukkan hasil bahwa magneticdoor lock yang digunakan untuk media yang dikontrol olehmikrokontroller dapat bekerja dengan baik, hal ini dibuktikandengan software IDE Arduino bahwa mikrokontroler dapatmendeteksi input dari keypad, delay yang diterapkan untukmengaktifkan solenoid dapat berjalan [4].

Penelitian pada desain kontrol fitur elektronik hunianrumah dengan memanfaatkan arduino dan perangkathandphone pada tahapan desain dan rancangan untukimplementasi penerapan intelligent home atau smart homeyang menjadi basis kontrolnya yaitu smart phone berbasisandroid. Aplikasi emulator dan virtual machine digunakanuntuk mensimulasikan semua desain dan rancangan yangselanjutnya akan diimplementasikan secara bertahap.

II. LANDASAN TEORI

Mikrokontroller sebagai media proses yang telah diisikaninstruksi – instruksi code program untuk mengontrol media -media yang terintegrasi pada pin I/O yang dimilikinya.

Gambar 1. Keterangan pin yang dimiliki pada ATmega8 dan desain testsederhana [5]



Bagian arduino Uno memiliki type masing – masing yangberbeda dilihat dari IC dan chip pada bagian boardnya.ATmega8 yang digunakan dapat dilakukan test sederhanauntuk mengetahui apakah berfungsi dengan baik, fungsi daripin-pin yang dimiliki dapat di fungsikan sebagai input atauoutput. Gambar 1. memberikan contoh penggunaansederhana pada ATmega8 bagian pin yang diberikanindikator menggunakan LED.

Bagian terpenting untuk menghubungkan pengontrolhardware ke protocol jaringan dibutuhkan arduino unoEthernet. Spesifikasi pin – pin arduino uno Ethernet memilikifungsinya masing – masing, seperti pada pin 10, 11, 12, 13yang digunakan untuk chip Ethernet dan pada arduino unoEthernet Pin 4 digunakan untuk kartu microSD dan akanmembutuhkan kabel FTDI untuk program ini. Ada 6-pinkonektor yang ditepat disebelah port kartu microSD [6].

Gambar 2. Arduino uno Ethernet

Bagian type board dari arduino dengan kegunaannyamasing – masing dapat diintegrasikan, hal ini dapat dinyatakanbahwa masing – masing modul independen.

III. DESAIN DAN RANCANGAN IMPLEMENTASI

Tahapan – tahapan pengerjaan penelitian ini dapatdigambarkan secara umum pada Gambar 3, pada prosespencarian referensi dilakukan untuk melihat perkembangan danpenelitian yang sudah ada akan tetapi tidak membandingkandengan produk yang dihasilkan oleh perusahaan yang memilikiintegritas pada penerapan intelligent home atau smart home.Tahapan desain dari layout board untuk komponen –komponen elektronika digunakan aplikasi emulator elektronikyang dapat menguji apakah komponen – komponen tersebuttidak mengalami kerusakan dikarenakan kesalahan dalammenghubungkan komponen – komponen tersebut. Aplikasiyang digunakan untuk mendesain hubungan komponenelektronika dengan produk arduino dapat digunakan aplikasifritzing dengan dukungan sistem operasi windows 7.

Tahapan implementasi terdiri dari 2 bagian, yaitu :hardware dan software, Bagian ini sebelumdiimplementasikan dilakukan terlebih dahulu dengan simulasimenggunakan aplikasi virtual. Bila hasil yang didapat padasimulasi maka barulah bisa dilakukan implementasi secaranyata yang menghasilkan produk yang langsung dapatdigunakan.

Referensi Teori

Desain komponen elektronikpada emulator

Implementasi 1Perangkat elektronik dan installasi

Coding ProgramPerangkat lunak

Tes koneksi perangkat kerasdan perangkat lunak

Analisa

Implementasi 2Aplikasi dengan Virtual Machine

Produk Versi ke ?

Gambar 3. Desain tahapan kerja secara umum untuk penerapan implementasiproduk intelligent home atau smart home

Bagian – bagian proses pada gambar 3 menggambarkanbahwa akhir dari analisa memberikan satu produk aplikasi danperangkat kerasnya. Hasil dari produk tidak menjadi suatu finalrelease dari produk intelligent home atau smart home.Perulangan yang dilakukan setelah memberikan suatu produknyata dimulai lagi dari tahapan awal, hal ini untuk memberikanperbaikan dari produk yang sudah ada atau bahkanmemberikan fitur baru pada produk yang diterapkan padaintelligent home atau smart home.

Server Web dan Mail

Modem DSL

Pengguna

Smart PhoneAndroid

Gambar 4. Desain illustrasi implementasi kontrol menggunakan smart phone



Gambar 4 memberikan desain illustrasi dari objek – objekyang terkait pada implementasi pengontrolan dari penggunayang berinteraksi dengan smart phone dalam kondisi on-linedalam jaringan internet. Interaksi smartphone denganperangkat elektronik yang berada dirumah harus melalui serveryang berada dirumah melalui jaringan internet. Komputerserver yang menerima instruksi dari smartphone diteruskanmelalui ethernet dan port serial yang terkoneksi langsungdengan arduino uno Ethernet dan arduino uno yang teritegrasidengan ATMega8. Hasil instruksi yang diberikan sebagaioutput pada arduino ATMega8 dapat dijadikan untukmematikan atau menghidupkan perangkat elektronik yangberada dirumah.

IV. IMPLEMENTASI DAN ANALISA

a. ImplementasiImplementasi pada penelitian ini pada bagian desain yang

disimulasikan dengan aplikasi virtual machine dan aplikasiemulator elektronika. Secara visual antar muka aplikasi controlberbasis android yang sederhana terdapat pada gambar 5.

Gambar 5. Implementasi antar muka aplikasi pada smart phone dengan contoh2 objek kontrol

Gambar 5 memiliki 2 objek yang dapat dikontrol dengan 2kondisi hidup dan mati, objek yang dijadikan contoh inidiambil karena sering sekali pemilik rumah lupa mematikanlistrik dari objek tersebut. Bagian pompa mesin air yangdikontrol secara mobile ini dilakukan karena sering sekaliotomatis on/off dari mesin dengan menggunakan indikatorpelampung mengalami kerusakan dan untuk memperbaikinyamengalami banyak kesulitan karena pelampung berada padatabung penampungan air yang biasanya berada diatas toweratau diatas atap rumah (dak rumah). Bagian lampu luar yangdijadikan objek dikarenakan walaupun pemilik rumah beradadiluar kota akan tetapi lampu luar dapat dihidupkan sesuaidengan kebutuhan.

Bagian koneksi komputer server dapat dilakukan denganmensimulasikan menggunakan koneksi localhost. Contoh

penggunaan perintah mengaktifkan yang diberikan padabrowser adalah http://localhost:3000/command/on dan untukmenonaktifkan http://localhost:3000/command/off sintak padaURL ini menggunakan koneksi localhost dan hanya digunakanuntuk mensimulasikan koneksi dari komputer ke arduinomenggunakan kabel serial. Bagian aplikasi kontrol dilakukandengan simulasi menggunakan virtual machine box untuksmartphone dan tablet berbasis OS android, virtual machineyang diinstall aplikasi kontrol elektronik berada pada komputerdan terkoneksi dengan localhost pada komputer dengan IP(internet protocol) kelas C.

Implementasi pada installasi produk dibutuhkan bagian –bagian berikut ini :

1. X10 CM11A komputer interface.2. X10 PLW01 standar toggle wall switch3. Kable serial to USB interface4. Operating sistem Android phone atau tablet yang bisa

online5. Komputer

Installasi dari bagian bagian ini dapat dilakukan di perumahanpercontohan untuk intelligent home atau smart home dantentunya terkoneksi dengan jaringan internet sedangkan padasimulasi ini dilakukan dengan maket rumah miniatur danindikator menggunakan LED.

b. AnalisaHasil dari implementasi antarmuka aplikasi dan kebutuhan

komponen yang digunakan masih berupa desain danrancangan, adapun koneksi antar perangkat keras danperangkat lunak dilakukan pada aplikasi yang dimiliki padakomputer dengan aplikasi virtual yang dapat terkoneksi denganjaringan. Analisa dilakukan hanya melihat apakah kesesuaiandesain tersebut bisa diterima secara rasional dan didukungdengan referensi yang ada.

TABLE I. HASIL ANALISA SIMULASI

NO BagianHasil

Baik TidakBelum

diketahui1 Desain komponen elektronik X - -

2 Desain antarmuka aplikasi X - -

3 Desain koneksi - - X

Desain dan perancangan yang dihasilkan dengan kondisihasil yang baik dinilai dari indikator saat aplikasi emulator danvirtual menyatakan tidak ada error atau kesalahan, sedangkanpada bagian koneksi tidak diketahui karena koneksi yangdilakukan tidak mendekati hasil yang seharusnya karena saatimplementasi nyata protocol yang digunakan pada jaringaninternet dan perubahan code program sangat signifikan.Implementasi pada jaringan internet juga memiliki masalah,salahsatunya delay perintah karena lalulintas data yang padatserta filter keamanan pada bagian protocol yang dibutuhkanpada koneksi jaringan.


Hasil dan kesimpulan ini masih bagian dari tahapan awaldesain dan rancangan untuk implementasi smart home atauintelligent home yang akan terus dikembangkan.



a. Kesimpulan :

- Hasil penerapan desain belum memiliki kecerdasankarena semua masih dikontrol oleh manusia denganmenggunakan perangkat mobile.

- Bagian dari hasil emulator desain pada elektronik dapatmembantu untuk meminimalisir kesalahan saatimplementasi perakitan perangkat komponenelektronika.

- Hasil dari simulasi aplikasi tidak langsung bisadiimplementasikan karena simulasi tersebutmenggunakan protocol localhost.

b. Saran :

- Bila perangkat arduino belum ada dapat menggunakanperangkat lain yang sejenis, yaitu : tipe mikrokontroleryang sama.

- Pembiayaan pada implementasi secara nyata daridesain ini sangat besar, oleh karena itu lakukan secarabertahap.

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://www.jia-xiang.biz/konsumsi-ponsel-di-indonesia-sudah-menggila/

[2] http://theglobejournal.com/teknologi/6-negara-ini-penduduknya-pengguna-hp-terbanyak/index.php

[3] G. Magdalena,F. A. Halim dan A. Aribowo, "PerancanganSistem Akses Pintu Garasi Otomatis Menggunakan PlatformAndroid", Prosiding Conference on Smart-Green Technology inElectrical and Information Systems, ISBN: 978-602-7776-72-2,Hal: 301 – 305, 14-15 November 2013 Bali.

[4] H.Guntoro, Y. Somantri, E. Haritman, Rancang BangunMagnetic Door Lock Menggunakan Keypad dan SolenoidBerbasis Mikrokontroler Arduino Uno, ELECTRANS, VOL.12,NO.1, hal: 39- 48, ISSN 1412 – 3762, MARET 2013

[5] http://code.rancidbacon.com/images/avrm8ledtest-0.5-circuit.gif

[6] http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardEthernet



Desain Alat Pengumpan Pakan Ikan Otomatis bagiIndustri Pembiakan Ikan Air Tawar

Eko PrasetyoJurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik, Universitas PancasilaJakarta 12640

[email protected]

Wina Libyawati dan Yani KurniawanJurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik, Universitas PancasiaJakarta 12640

[email protected]

Abstrak—Indonesia memiliki wilayah perairan lebih besar dariwilayah pesisir. Karakteristik wilayah perairan di Indonesiaberagam dan cocok untuk mengembangkan berbagai jenis ikan.Kandungan asam lemak omega-3 dan rendah kalori padaikan,merupakan sumber pangan yang menyehatkan. Manfaatikan tersebut memicu perubahan pola konsumsi panganmasyarakat Indonesia. Kualitas wilayah perairan asin diIndonesia terganggu sehingga mengakibatkan populasi biota lautmenurun. Penurunan populasi biota laut mendorongpeningkatan industri pembiakan ikan air tawar untuk memenuhikebutuhan pangan masyarakat. Keberhasilan pembiakan ikanair tawar dipengaruhi oleh tata cara pemberian pakan ikan dankualitas media pembiakan. Industri pembiakan ikan air tawarskala kecil menengah memberikan pakan ikan secara manualmenggunakan tenaga manusia. Perkembangan alat pengumpanpakan ikan difokuskan kepada pengaturan waktu pemberianpakan dan jumlah pakan akan tetapi belum kepada sebaranpakan ikan di kolam pembiakan. Pemberian pakan ikan secaramanual dapat menjangkau seluruh sisi kolam pembiakan akantetapi tidak konsisten. Peluang terbuka untuk mengembangkanalat pengumpan pakan ikan otomatis bagi industri pembiakanikan air tawar. Pengembangan alat pengumpan pakan ikanotomomatis dilakukan dengan menggunakan metodeperancangan dan pengembangan produk oleh Ulrich danEppinger. Perancangan dan pengembangan produk dilakukandalam 5(lima) fase, yaitu: perencanaan, pengembangan konsep,perancangan tingkatan sistem, perancangan rinci, pengujian danperbaikan, peluncuran produk. Keluaran dari tulisan ini adalahdesain alat pengumpan pakan ikan otomatis yang telah terujikekuatan rancangannya dan memiliki nilai ekonomis yangterjangkau oleh industri skala kecil dan menengah.

Kata Kunci—Pengumpan pakan ikan, perancangan, produk,ikan air tawar, pneumatis

I. PENDAHULUAN

Indonesia adalah Negara kepulauan dengan wilayah pesisirsubur dan wilayah perairan kaya dengan berbagai jenis ikan,Wilayah perairan di Indonesia memiliki potensi untukpengembang biaakan sumber pakan hewani, melalui budidayaikan air tawar maupun laut. Kandungan asam lemak omega-3dan rendah kalori pada ikan menjadikannya sebagai sumberpangan yang menyehatkan. Eksplorasi perairan asin diIndonesia terus dikembangkan tanpa mempertimbangkankesetimbangan lingkungan, sehingga menurunkan kualitasperairan asin. Penurunan kualitas perairan asin memicu banyakpihak mengembangbiakkan ikan di perairan tawar, untukmemenuhi kebutuhan pangan. Budi daya ikan air tawar

didominasi oleh industri kecil menengah. Lahan budidaya ikanair tawar di Indonesia mengalami peningkatan dalam kurunwaktu enam tahun(1999-2000) sebesar 2,19%.

Keberhasilan budidaya ikan air tawar dipengaruhi olehlingkungan, manusia, wadah, budidaya, input hara(pupuk danpakan), serta spesies ikan[1]. Pemodelan hubungan linierregresi antar faktor-faktor tersebut dengan penerapanteknologiyang dipergunakan produsen di Tanzania telahdilakukan dengan hasil aspek yang mempengaruhiproduktivitas budidaya ikan adalah karakteristik produsen,karakteristik teknologi, kecocokan karakteristik mediapembiakan dengan jenis ikan yang akan dibiakkan, pemberianpakan ikan secara berkala sesuai dengan usia ikan selamawaktu pembiakan dan terjaganya lingkungan pembiakanikan[2]. Hubungan antara penerapan teknologi baru denganbudidaya ikan air tawar di Nigeria telah dilakukan denganpendekatan statis dilihat dari distribusi normal, chi square, dananalisa biaya. Penelitian dilakukan berdasarkan hubunganantara 5(lima) faktor yaitu karakteristik ikan, metodeproduksi(kolam air statis, kolam air mengalir, kolamresirkulasi, kombinasi kolam resirkulasi-media), sumber dayamanusia, karakteristik investor dan kapasitas produksi. Hasilpenelitian ini menunjukkan peningkatan hasil budidaya ikanberkisar 10-20% dan hasil budidaya sangat dipengaruhi olehmetode produksi serta karakteristik produsen [3]. Interaksihubungan antara metode produksi dan karakteristik produsenterlihat pada metode pemberian pakan ikan kepada ikan.Pemberian pakan ikan dilakukan selama masa pembiakan,terdiri dari 2(dua) bagian yaitu pemberian pakan selama masapembiakan benih ikan dan sesudah masa pembiakan benih.Pemberian pakan ikan selama masa pembiakan benih ikandilakukan dalam kolam terpisah dengan jenis pakan alami.Sementara untuk sesudah masa pembiakan benih dilakukandengan memberikan jenis pakan buatan. Pakan alamimerupakan jenis makhluk hidup, bersifat basa, berukuran kecildan bertekstur lembut. Pakan alami diberikan kepada benihsecara berkala dalam keadaan hidup sehingga pemberian pakanhanya dapat dilakukan secara manual. Pakan buatan merupakancampuran adonan (berisi protein, karbohidrat, dan vitamin),bersifat kering dan bertekstur kasar. Pakan buatan diberikandalam bentuk granula sehingga pemberian pakan dapatdilakukan secara manual dan/atau dengan bantuan alat[4].

Perkembangan teknologi pengumpan pakan ikan air tawartelah dikembangkan oleh banyak pihak mulai dari manualsampai dengan otomatis. Alat pengumpan pakan terbagi ke



dalam manual, semi-otomatis dan otomatis. Pemberian pakansecara manual mengandalkan sumber daya manusia. Pemberianpakan secara manual mampu menjangkau seluruh sisi kolampembiakan akan tetapi tidak konsisten dari segi waktu danjumlah pakan. Alat pengumpan pakan ikan semi-otomatis telahdikembangkan dengan bantuan mekanisme lontar[5]. Alatpengumpan pakan ikan otomatis telah dikembangkan denganbantuan mekanisme lontar, pengatur waktu dan sensor[6].Keseluruhan alat difokuskan kepada durasi pemberianpakan ikan, jumlah pakan ikan yang diberikan dalam 24 jam,dan kapasitas pengumpan untuk industri besar, akan tetapibelum mempertimbangkan sebaran pakan ikan ke seluruh sisikolam pembiakan.

Peluang terbuka untuk merancang dan mengembangkanalat pengumpan pakan otomatis dengan sebaran merata padaseluruh sisi kolam pembiakan, durasi pemberian pakan ikantepat, dan jumlah pakan ikan tepat dalam 24 jam bagi industripembiakan ikan air tawar.

II. PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN PRODUK MENURUT

ULRICH DAN EPPINGER

Proses perancangan dan pengembangan produk menurutKarl T.Ulrich dan Steven[7] terdiri dari 6 fase sepertiterangkum dalam Gambar 1.

A. Fase 0- PerencanaanProses pengembangan produk diawali dengan fase

perencanaan, yang berkaitan dengan kegiatan-kegiatanpengembangan teknologi dan penelitian lebih lanjut. Outputfase perencanaan ini adalah pernyataan misi proyek.

Gambar 1. Fase perancangan dan pengembangan produk

B. Fase 1- Pengembangan konsepKonsep adalah uraian dari bentuk, fungsi, dan tampilan

suatu produk dan biasanya dibarengi dengan sekumpulanspesifikasi, analisis produk-produk pesaing serta pertimbanganekonomis proyek Keluaran dari fase ini adalah konsep yangtelah teruji baik dari segi teknis maupun pembiayaan.

C. Fase 2- Perancangan Tingkatan SistemFase perancangan tingkatan sistem mencakup definisi

arsitektur produk dan uraian produk menjadi subsistem-subsistem serta komponen-komponen. Gambaran rakitan akhiruntuk sistem produksi biasanya didefinisikan selama fase ini.Output pada fase ini biasanya mencakup tata letak bentukproduk, spesifikasi secara fungsional dari tiap subsistemproduk, serta diagram aliran proses pendahuluan untuk prosesrakitan akhir.

D. Fase 3- Perancangan RinciFase perancangan rinci mencakup spesifikasi lengkap dari

bentuk, material, dan toleransi-toleransi dari seluruh komponen

unik pada produk dan identifikasi seluruh komponen standaryang dibeli dari pemasok. Rencana proses dinyatakan danperalatan dirancang untuk tiap komponen yang dibuat dalamsistem produksi. Output dari fase ini adalah pencatatanpengendalian untuk produk yang berupa gambar pada filekomputer tentang bentuk tiap komponen dan peralatanproduksinya, spesifikasi komponen-komponen yang dibeli,serta rencana proses untuk pabrikasi dan perakitan produk.

E. Fase 4 – Pengujian dan PerbaikanFase pengujian dan perbaikan melibatkan konstruksi danevaluasi dari bermacam-macam versi produksi awal produk.Prototipe awal (alpha) biasanya dibuat dengan menggunakankomponen-komponen dengan bentuk dan jenis material padaproduksi sesungguhnya, namun tidak memerlukan prosespabrikasi dengan proses yang sama dengan yang dilakukanpada produksi sesungguhnya.

F. Fase 5- Produksi AwalProduksi awal dilakukan dengan sejalan dengan jenis prosesproduksi yang dipergunakan secara nyata. Tujuan dari produksiawal ini adalah untuk melatih tenaga kerja dalam memecahkanpermasalahan timbul pada proses produksi.

III. TAHAPAN PERANCANGAN DAN PENGEMBANGAN ALAT

PENGUMPAN PAKAN IKAN OTOMATIS

A. Pernyataan Visi dan MisiPernyataan visi dan misi untuk alat pengumpan pakan ikan

otomatis dilakukan dengan identifikasi kebutuhan konsumenmelalui studi pustaka. Hasil identifikasi menunjukkanpemberian pakan ikan pada industri pembiakan air tawardilakukan secara manual atau dengan teknologi belummempertimbangkan sebaran pada keseluruhan sisi kolampembiakan.

Tabel 1 Pernyataan misi alat pengumpan pakan ikan otomatis

Uraian Produk Alat untuk memberikan pakan ikan secara berkala dalam jumlahyang konstan secara merata ke seluruh sisi kolam

Sasaran bisnis utama Produk dapat dipergunakan oleh industri kecil menengah padatahun 2016

Pasar utama Koperasi budidaya ikan air tawar Peternak ikan Industri pembuat pakan ikan Pelontaran pakan ikan pengganti tenaga manusia Pakan ikan tersebar secara merata di kolam pembiakandalam kuantitas yang konstan

Koperasi budidaya ikan air tawar Asosiasi peternak ikan Peternak ikan Pembuat pakan ikan

Pernyataan misi : Alat pengumpan pakan ikan air tawar

Pasar kedua

Asumsi-asumsi dan Batasan-batasan

Stakeholder

Pernyataan misi pada tabel 1 menunjukkan alat pengumpanpakan ikan otomatis diperlukan untuk menjaga konsistensifrekuensi dan jumlah pakan yang diberikan dengan sebaranmerata ke seluruh kolam. Alat tersebut direncanakandipergunakan oleh koperasi budidaya ikan air tawar sebagaipelanggan utama pada tahun 2016.

B. Konsep



Pengembangan konsep untuk memperoleh konsep alat sesuaidengan kebutuhan pelanggan. Tahapan pengembangan konsepadalah indeentifikasi kebutuhan pelanggan, spesifikasi produk,penentuan aliran fungsi/struktrur fungsi, kombinasi konsep,seleksi konsep, penilaian konsep dan pengujian konsepterpilih.Identifikasi kebutuhan pelanggan diperoleh darikuestioner kepada koperasi, peternak ikan air tawar, danpembuat pakan ikan. Hasil pengambilan data melaluikuestioner dituangkan ke dalam tabel kebutuhan pelanggan.Tabel kebutuhan pelanggan menunjukkan frekuensi pemberianpakan, jumlah pakan, dan sebaran merata pada alat diperlukanoleh pelanggan. Kebutuhan pelanggan tersebut dituangkan kemetrik kebutuhan. Metrik kebutuhan memiliki kesamaandengan House of Quality(HOQ). Metrik kebutuhanmenunjukkan komponen alat yang mempengaruhi kinerja alatadalah mekanisme pelontar pakan ikan. Selanjutnya spesifikasiproduk alat dibuat berdasarkan produk pesaing yang telah adadan yang diinginkan. Tabel produk pesaing dibuat berdasarkanparameter yang mempengaruhi kinerja dari alat yang telah adadan yang diinginkan. Tabel produk pesaing menunjukkanmekanisme pelontar pakan ikan dengan pneumatis dapatmengakomodasi kebutuhan pelanggan. Tahap selanjutnyaadalah penetapan nilai untuk parameter penentu spesifikasiproduk dengan melakukan perbandingan antara alat yangdiinginkan dengan alat pesaing. Tabel 2 menunjukkanspesifikasi alat pengumpan pakan ikan otomatis.

Tabel 2. Metrik Spesifikasi Alat Pengumpan Pakan Ikan Otomatis

No Kebutuhan Metrik Kepentingan Satuan Nilai Marginal Nilai Ideal

1 1 Dimensi alat 3 mm 710 x 450 x 650 700 x 400 x 600

2 2 Mudah dioperasikan 3 Subj - -

3 3,4 Perawatan alat 3Periode

(bln)6 3

4 5 Umur komponen 3 Thn 1 3

5 5 Material komponen 3 Subj - -

6 6 Keamanan operator 3 Subj - -

7 7 Kekuatan rangka 3 N 80 50

8 8Kapasitas

penampung pakanikan

4 m3 500 200

9 8 Daya motor 4 Hp 2 1

10 9

Konsistensi jumlahpakan yang

diberikan dalamwaktu 24 jam

5 gr/jam 100-300 100

11 10 Sebaran pakan ikan 5 m 1-5 1,5

12 11 Tekanan pneumatic 5 bar 2-5 3

Hubungan antar parameter dituangkan ke dalam diagaramfungsi (Gambar 2) untuk membuat alternatif konsep.

Gambar 2 Diagram aliran sub-fungsi

Diagram sub-fungsi menguraikan fungsi-fungsi pada alatpengumpan pakan ikan otomatis. Alat pengumpan pakan ikanair tawar memiliki fungsi untuk menyimpan pakan ikan,mengukur jumlah pakan ikan, mengatur frekuensi waktupemberian pakan ikan dan melontarkan pakan ikan. Penerapankeseluruhan fungsi memerlukan alternatif skema penempatankomponen yang dibutuhkan pada alat pengumpan pakan ikanotomatis.

Kombinasi konsep merangkum alternatif yang dibutuhkanuntuk alat pengumpan pakan ikan otomatis. Tabel 3menunjukkan 3 alternatif kombinasi konsep. Kombinasikonsep 1 adalah alat pengumpan pakan ikan otomatis dengankapasitas penyimpanan 3 kg, katup pengatur pakan ikanberpneumatis, dan pelontar pakan ikan bertenaga kompresor.Kombinasi konsep 2 adalah 2 adalah alat pengumpan pakanikan otomatis dengan kapasitas penyimpanan 3 kg, katubpengatur jumlah pakan bertenaga listrik, dan pelontar pakanikan bertenaga pompa. Kombinasi konsep 3 adalah alatpengumpan pakan ikan otomatis dengan kapasitaspenyimpanan 3 kg, katup pengatur pakan bertenaga listrik, danpelontar pakan bertenaga pneumatic. Hasil penilaian konsepmenunjukkan konsep 1 sebagai konsep unggulan alatpengumpan pakan ikan air tawar. Konsep tersebut selanjutnyadikembangkan untuk fase perancangan dan pengembanganproduk.

C. Perancangan Tingkat Sistem dan RinciPerancangan tingkat sistem untuk alat pengumpan pakan ikanotomatis dibuat arsitektur produk dan desain industri.Arsitektur produk merupakan skema fungsional dari beberapakumpulan komponen (chunk) yang dipergunakan pada alat.Skema chunk untuk alat pengumpan pakan ikan otomatisdibuat berdasarkan fungsi-fungsi yang terdapat pada diagramsub-fungsi, sebagai berikut:

Keterangan:------------ = aliran material________ = aliran energy

Gambar 3 Skema Chunk alat pengumpan pakan ikan otomatis



Chunk dari alat pengumpan pakan ikan air tawar terdiri dari 4(empat), yaitu: Sumber energi adalah kelompok komponen berfungsi sebagai pensuplai energi untuk menggerakkan pelontar dan pengatur

waktu pembuka-tutup katup pada wadah penyimpan. Suplai diberikan dari sumber listrik ke kompresor. Pemilihan kompresordisesuaikan dengan kekuatan dorong untuk pneumatis pada pelontar.

Sumber material adalah kelompok komponen berfungsi sebagai wadah penyimpan pakan ikan. Komponen sumber materialadalah bodi mesin dan corong pemasukkan.

Pelontar adalah kelompok komponen berfungsi sebagai peniup pakan ikan sehingga tersebar merata ke permukaan air padakolom pembiakan.

Pengatur katup adalah kelompok komponen berfungsi sebagai pemicu dan pemutus arus untuk mengatur gerakan katup yangterhubung dengan wadah penyimpanan pakan ikan.

Tabel 3 Kombinasi Konsep Alat Pengumpan Pakan Ikan Otomatis

Desain industri alat pengumpan pakan ikan otomatis dibuat berdasarkan aspek ergonomis dan estetika. Hasil desain industrymenunjukkan aspek ergonomis sebagai faktor kritis. Aspek ergonomis pada alat pengumpan pakan ikan otomatis adalahmekanisme pelontar pakan ikan. Kemampuan lontar dinilai dari jarak sebaran pakan ikan setelah dilontarkan. Susunan geometrisberdasarkan desain untuk alat pengumpan pakan ikan otomatis terangkum pada Gambar 4.



Perancangan rinci adalah tahap untuk menentukan rancanganalat pengumpan pakan ikan otomatis. Kombinasi konsep 1terpilih sebagai konsep unggulan melalui matrik penilaianuntuk dibuat rancangannya. Kombinasi konsep 1 dibuatrancangannya sebagai berikut:

Gambar 4 Susunan geometri alat pengumpan pakan ikan otomatis

Estimasi biaya produksi dan perakitan untuk rancangan alatpengumpan pakan ikan otomatis adalah Rp. 11.075.000,-.Rincian biaya produksi dan perakitan sebagai berikut:

Tabel 4 Estimasi biaya produksi dan perakitanKomponen

Pembelianmaterial

Permesinan(mesin+tenaga

kerja)

Perakitan(Tenaga kerja)

Total Variablecost per unit

Peralatan danNRE

Tooling lifetime

Total Fixedcost per unit

Total Biaya

Rangka & Hopper 3,000,000Rp 400,000Rp 150,000Rp 3,550,000Rp 50,000Rp 50,000Rp 100,000Rp 3,650,000Rp

Sistem Pelontar 300,000Rp 1,200,000Rp 100,000Rp 1,600,000Rp 50,000Rp 50,000Rp 100,000Rp 1,700,000Rp

Sistem Penumatic 3,500,000Rp 150,000Rp 500,000Rp 4,150,000Rp 50,000Rp 50,000Rp 100,000Rp 4,250,000Rp

Perakitan komponen 400,000Rp 150,000Rp 450,000Rp 1,000,000Rp 50,000Rp 50,000Rp 100,000Rp 1,100,000Rp

Total Direct Cost 7,200,000Rp 1,900,000Rp 1,200,000Rp 10,300,000Rp 200,000Rp 200,000Rp 400,000Rp 10,700,000Rp

Biaya Overhead 150,000Rp 225,000Rp 375,000Rp 375,000Rp

Total Cost 11,075,000Rp

- Pemakaian tenaga kerja diasumsikan per jam Rp. 15.000

Biaya produksi dan perakitan dihitung berdasarkan komponenutama pada rancangan alat pengumpan pakan ikan otomatis,terdiri dari rangka, hopper, sistem pelontar, dan sistempneumatic.

D. Pengujian dan PerbaikanRancangan pada fase pengujian dan perbaikan dibuat prototipemenggunakan softwarei desain. Prototipe selanjutnya diujimelalui perhitungan kapasitas, kekuatan rangka, gaya dantekanan untuk langkah maju dan mundur, serta jarak sebaranpakan terlontar. Simulasi prototipe dilakukan berdasarkanpenetapan deskripsi alat pengumpan pakan ikan otomatis, padaTabel 5.Tabel 5 menunjukkan prototipe tergolong ke dalam prototipealpha. Protipe alpha bertujuan melihat apakah rancangan dapatdirealisasikan dan difungsikan. Rancangan prototipe diujimenggunakan pneumatik dan kekuatan mekanika. Perhitunganterdiri dari perhitungan pneumatik, sebaran pakan dan kekuatanrangka.

Tabel 5 Deskripsi prototipeNama Prototipe Alat pengumpan pakan ikan otomatisAlpha Alat pengumpan pakan ikan otomatis

mampu meminimalisir penggunaaansumber daya manusia, mampumenyebar pakan ikan secara meratadalam jumlah dan jeda waktukonstan.

Tujuan(komunikasi, pembelajaran,dan integrasi)

Mekanisme pelontar pakan ikandengan sistem pneumatis mampumenyebar pakan ikan secara meratake seluruh sisi kolam pembiakan.

Level of Approximation - Mekanisme pelontardisimulasikan secara perhitunganberdasarkan ukuran aktualnya

- Mekanisme pelontarmenggunakan sistem pneumatikdengan tekanan < 1 bar

- Geometri dan tampilan alatpelontar pakan ikan otomatissesuai dengan kebutuhanpelanggan

Batasan dari perencanaan pengujian - Alat pengumpan pakan ikanotomatis maksimal mampumelontar 6 m dengan mekanismepneumatik.

- Intergrasi antara mekanimepelontar dengan komponenpendukung alat pengumpan pakanikan lainnya diperolehberdasarkan analisa kekuatanmekanika dan pneumatik

Tahapan perhitungan adalah sebagai berikut: Sistem pneumatik[8]

Desain sistem pneumatik berdasarkan asumsi langkahadalah 100 mm, volume wadah pakan adalah 3 kg, tekanankerja adalah 5 bar, massa per butir pakan ikan adalah 0,5 gr,faktor keselamatan untuk gaya tiup adalah 2. Perhitungansistem pneumatic dilakukan untuk menentukan apakahpneumatik dapat menggerakkan katup, dan apakahpneumatik dapat meniup pakan ikan. Tahapan perhitungansebagai berikut:- Gaya untuk mendorong

F = m x g (1)dimana F = gaya (N); m = massa(kg);g = 10 m/s2; ρ =massa jenis pakan ikan(kg/m3).

- Luas permukaanP =F/A (2)

dimana P = tekanan kerja(N/m2); A = luas permukaanterkena tekanan kerja(m2).

- Diameter silinderA = Πd2/4 (3)

dimana d = diameter silinder (m).- Gaya tiup pakan ikan per butir

FT = SF x FPAKAN (4)dimana FT = gaya tiup (N); SF = safety factor; FPAKAN

=gaya pakan ikan per butir(N).Hasil perhitungan berdasarkan asumsi yang telahditetapkan adalah F = 30 N, A = 5,09x10-5 m2, d = 0,007m, FT = 0,01 N. Skema pneumatik yang dipergunakan padaGambar 5. Pneumatik menggunakan silinder ganda, katup5/2, kompresor, dan timer.



Gambar 5 skema pneumatik alat pengumpan pakan ikan

Kompresor[9]Pemilihan kompresor dilakukan berdasarkan tekanan kerjaterbesar dan fungsi pemakaian. Tekanan kerja terbesardiperoleh pada sistem pneumatis. Fungsi pemakaiankompresor untuk memberi gaya dorong pada katup danmeniup pakan ikan. Perhitungan dilakukan untukmemperoleh kebutuhan udara yang dibutuhkan.

Q = 2 x (s x n x q) (5)dimana Q = kebutuhan udara (l/min), s = panjang langkahpiston(cm), n = jumlah siklus kerja per menit = 8, q =kebutuhan udara per sentimeter langkah piston (l/cm) =0,007 l/cm. Sehingga Q = 0,11 l/min. Debit standar untukkompresor di pasaran yang mudah diperoleh adalah 100l/min dengan kecepatan maksimum 2850 rpm dan diameterporos maksimum 42 mm.

Sebaran pakan ikan[10]Tujuan perhitungan sebaran pakan ikan adalah estimasijarak jatuhnya pakan ikan di kolam pembiakan. Tahapanperhitungan adalah sebagai berikut:- Kecepatan tangensial

v = π d rpm (6)dimana v = kecepatan tangensial(m/s), d = diameterporos berputar(m), rpm = kecepatan berputar(rpm).Perhitungan dilakukan berdasarkan d = 42 mm, rpm =2850 rpm. Hasil perhitungan adalah 6,24 m/s.

- KetinggianEKi+EPi = EKf +EPf (7)

dimana EKi = energi kinetik awal, EPi = energipotensial awal, EKf = energi kinetik final, EPf = energipotensial final.Ketinggian dijatuhkannya pakan ikan akibat ditiup olehkompresor diasumsikan pada posisi awal hanyamemiliki energi kinetik dan pada posisi akhir hanyamemiliki energi potensi. Asumsi tersebut merubahpersamaan (7) menjadi persamaan berikut ini:

h = v2/2g (8)dimana h = ketinggian dijatuhkannya pakan ikan(m), g= percepatan gravitasi = 10 m/s2. Hasil perhitunganadalah 1,96 m.

- Waktu jatuh pakan ikant = (2 *h/g)^0,5 (9)

dimana t = waktu jatuh pakan(s). Lintasan pakan setelahditiup oleh kompresor diasumsikan berbentuk parabola.Hasil perhitungan adalah 0,626 s.

- Jarak jatuh pakan ikanx = v0 cosƟ.t (9)

dimana x = jarak jatuh pakan ikan dilihat dari sumbukoordinat x(m), vo = kecepatan awal pakan(m/s) = v.Hasil perhitungan adalah 3,76 m.

Kekuatan rangkaKeamanan rangka penopang dinilai dari kesetimbangangaya-gaya terjadi pada rangka penopang dengan asumsihanya terjadi pembebanan statis sebesar 80 kN (gayanormal ketika wadah penyimpan terisi penuh. Pengaruhgaya dianalisa dengan menggunakan program Pro.Engineering seperti pada Gambar 6.

Gambar 6 Analisa rangka penopang

Hasil analisa adalah gaya von misses yang terjadi padarangka maksimum adalah 0,56 N/mm2.

E. Rencana Launching ProdukFase perancangan dan pengembangan produk adalah produksiawal. Selanjutnya desain disimulasikan menggunakan analisaekonomis dalam memproduksi alat pengumpan pakan ikanotomatis. Anggaran produksi alat adalah keluaran dari analisaekonomis. Anggaran yang telah ditetapkan untuk memproduksimasal alat pengumpan pakan ikan otomatis adalah Rp.3.000.000,- (belum termasuk pajak) dengan jumlah produksi100 unit per tahun akan mengalami pengembalian dana disemester 1 pada tahun ketiga dan memungkinkan untukdiproduksi secara masal.


Tahapan perancaangan dan pengembangan alat pengumpanpakan ikan otomatis untuk industri kecil dan menengahmenghasilkan karakteristik alat, parameter yang mempengaruhikinerja, dan analisa ekonomi terangkum pada Tabel 6.

Keseluruhan hasil perhitungan menunjukkan desain alatpengumpan pakan ikan otomatis telah teruji dari aspek sistempneumatik, pemilihan kompresor, jarak sebaran pakan, dankekuatan mekanika.



Tabel 6 Parameter penentu kinerja alat pengumpan

No. Parameter NilaiStandar/BatasMaksimum*

1 Gaya dorong 30 N Maks 30N2 Gaya tiup 0,01 N -3 Kebutuhan

udara0,11 l/menit 100 l/menit

4 Jarak sebaran 3,76 m 10 m5 Tegangan Von

Misses0,56 N/mm2 -

6 Harga jual Rp. 3.000.000,- ≥Rp. 5.000.000,-*) Standar/Batas Maksimum diperoleh hasil rangkuman spesifikasiproduk pesaing

V. KESIMPULAN

Desain alat pengumpan pakan ikan otomatis dirancangdengan menerapkan tahapan perancangan dan pengembanganproduk oleh Ulirich dan Eppinger. Desain telahmempertimbangkan gaya dorong yang dibutuhkan untukmemindahkan pakan ikan dari corong pengalir ke wadahpenyimpan pakan, gaya tiup untuk meniup pakan ikan dengankompresor dengan timer, kebutuhan udara untuk sistempneumatis, capaian jarak sebaran setelah ditiup dan teganganvon misses yang dialami oleh rangka. Pertimbangan tersebutdidukung prinsip dasar gerak, tekanan, dan dasar-dasarpneumatis. Hasil desain menunjukkan desain aman untukdiproduksi secara masal dan memiliki peluang untuk bersaingdengan produk pesaing di pasar. Desain belummempertimbangkan estimasi waktu apung pakan ikan,hubungan antara variasi gaya tiup dengan jarak sebaran, danestimasi umur alat.

UCAPAN TERIMA KASIH

Tulisan ini terwujud atas dukungan dari dana hibahbersaing DIKTI. Anggaran dana tahun 2014.

REFERENSI

[1] Sukadi dan M. Fatuchri, “Peningkatan Teknologi BudidayaPerikanan,”Jurnal Iktiologi Indonesia, Vo.2, No.2, 2002 (ISBN1693-0339)

[2] Wetengere, Kotojo, “Economic Factors Influencing theContinuation of Fish Farming Technology in Morogoro and Dares Salaam Regions”, Tanzania, Journal of Agriculture and FoodTechnology, 2011 (ISBN 2090-424 X)

[3] Okunlola, J.O, “Adoption of new technologies by fish farmers inAkure, Ondo State, Nigeria, Journal of Agricultural TechnologyVol 7(6): 1593-1548, 2011(ISSN 1686-9141).

[4] Darmanto, Satyani D, Putra A, Chumaide, Mei R.D, “BudidataPakan Alami untuk Benih Ikan Air Tawar”, Badan Penelitiandan Pengembangan Pertanian Instalasi Penelitian danPengkajian Teknologi Pertanian, 2000.

[5] Yeoh S.J, Taop F.S, Endan J, Talib R.A dan Mazlina S.M.K,“Development of Automatic Feeding Machine for AquacultureIndustry”, Journal Science and Technology Pertanika 18(1):105-110, 2010(ISSN 0128 7680).

[6] Halford, Antohony Christopher, “Auntomatic Fish Feeder” ,United States Patent# 006.082.299A, 2000.

[7] Ulrich, Karl T, and Eppinger S.D, “Product Design andDevelopment, McGraw-Hill Inc, 1995.

[8] Peter Croser and Frank Ebel, “Pneumatics-Basic Level”, FestoDidactic GmbH & Co, Denkendorf, 2002.

[9] Sularso, “Pompa dan Kompresor”.[10] Halliday, Resnic, and Walker, “Fundamental of Physics”,8th

Edition,2011.



Rancang Bangun Prototype Mesin Bioetanolkapasitas 7 kg

Studi Pemanfaatan buah Dengen (Dillena Serrata) sebagai bahan baku Bioetanol

HarmanJurusan Teknik Mesin

Akademi Teknik SoroakoSorowako, Indonesia

[email protected]

Setyo WardoyoJurusan Teknik Mesin

Akademi Teknik SoroakoSorowako, Indonesia

[email protected]

Abstrak—Bioetanol merupakan senyawa alkohol yang diperolehlewat proses fermentasi biomassa dengan bantuanmikroorganisme. Untuk menghasilkan sejumlah cairan bioetanoldiperlukan minimal 4 tahapan yang diintegrasikan dalam satumesin yang terdiri dari proses blender, hidrolisis, permentasi dandistilasi. Mesin ini terdiri atas empat tangki dari bahan stailess steelyang masing- masing dihubungkan dengan pipa dan kran agarcairan bisa langsung masuk ke tangki untuk tahapan berikutnyasedangkan bahan baku bioethanol menggunakan buah Dengen(Dillena Serrata). Tahapan untuk memperoleh cairan bioetanoldimulai dari proses penghancuran buah dengen menjadi buburdengen di dalam tangki blender dan berakhir pada proses distilasiuntuk menghasilkan cairan bioetanol. Sedangkan sumber panasyang diperlukan pada proses hidrolisis dan distilasi menggunakanelemen listrik yang dapat dikontrol temperatur yang dinginkan(70o-80o) Dari hasil pengujian diperoleh bahwa untuk memperoleh1 liter Bioetanol dari keseluruhan proses selain proses fermentasidiperlukan waktu rata-rata 17 jam untuk pengoperasian baru danselanjutnya 14 jam per liter.

Kata kunci—bioetanol, mesin, alcohol

I. PENDAHULUAN

Dengan teknologi yang ada sekarang cadangan minyak duniatidak akan bertahan lebih lama dari 50 tahun, sementarakonsumsi dalam negeri terus meningkat. Selain itupenggunaan bahan bakar minyak yang berasal dari fosil sudahdiketahui dapat menimbulkan polusi gas rumah kaca (terutamaCO2) sehingga dapat mengakibatkan pemanasan global[8].Gas pembuangan tersebut juga dapat menimbulkan gangguanpernapasan, kanker, bahkan kemandulan[6]. Karena itu sudahsaatnya dilakukan pengembangan sumber energi alternatifterbarukan sekaligus ramah lingkungan. Pemakaian bahanbakar alternatif dari sumber daya alam terbarukan memberikandampak positif, antara lain dapat diperbarui, emisi gasbuangnya ramah lingkungan (terutama mengurangi efekrumah kaca), serta potensi untuk pengembangan industripertanian. Salah satu bahan bakar alternatif yang perludikembangkan adalah memperoleh bioetanol dari berbagaitanaman yang terdapat di Indonesia[4]. Banyak tanaman yangdapat dimanfaatkan salah satunya adalah buah-buahan.Pengolahan buah menjadi bioetanol merupakan salah satualternatif untuk mengantisipasi hasil produksi buah yangmelimpah namum tidak dipasarkan dan kurang dimanfaatkankarena mutunya rendah[1]. Saat ini sudah banyak kalangan

yang membuat bioetanol, baik dengan cara tradisionalmenggunakan drum bekas dan kayu bakar maupun dengancara modern. Akan tetapi dalam penggunaan kayu bakar dapatmenimbulkan masalah polusi udara dan ketersediaan kayubakar itu sendiri sedangkan dengan cara modern memerlukanmesin penghancur dan beberapa alat yang terpisah mulai dariproses penghancuran bahan baku sampai menghasilkan cairanbioetanol, sehingga memerlukan tempat dan biaya yang lebihbesar.

Oleh karena itu pada penelitian ini kami akanmembuat mesin pembuat bioetanol yang diintegrasikan dalamsatu mesin yang terdiri dari proses blender, hidrolisis,fermentasi, dan distilasi. Dalam hal ini bahan baku yang akandigunakan adalah buah dengen.


Alat yang digunakan untuk membuat mesin pembuatbioetanol yaitu mesin- mesin manufaktur (mesin bubut,rolling, mesin bor, mesin milling, plasma cutting danshearing), mesin las listrik, dan alat- alat perkakas tanganlainnya berupa roll meter, palu plastik, palu besi,penggores, penitik, mistar baja. Selain itu, digunakan pulapHmeter untuk mengukur nila keasaman buah dengensetelah dihancurkan.

TAHAPAN PROSES PEMBUATAN MESIN

1. Tahap pra desainSebelum dilakukan proses rancang bangun, terlebihdahulu ditentukan bahan baku yang akan diproses, yaitubuah Dengen dengan data-data fisik sebagai berikut:

TABEL I. SPESIFIKASI BUAH DENGEN

No Uraian1. Massa jenis 875kg/m3

2. Keasaman (pH) 2.93. Warna kekuningan4. Rata-rata ukuran karpela masak 45 mm5. Bentuk Bulat

Untuk melakukan proses permentasi pH yangdisyaratkan adalah 4 sampai 5[2][3][7][9],sehinggauntuk mencapai hal tersebut diperlukan campuran H2Osekaligus untuk mengurangi kekentalan bubur buah.



Berdasarkan eksperimen, diperoleh sejumlah 90%Aquadem (H2O) agar bubur buah mencapai pH 4.9

2. Tahap desainProses pembuatan gambar desain dimulai denganmembuat gambar sket diatas kertas kemudiandikonversi ke program gambar Inventory professional2013 di PC sedangkat pembuatan gambar bagianlengkap menggunakan software AutoCad 2013.

GAMBAR I. DESAIN MESIN BIOETANOL

3. Tahap manufakturBahan penelitian berupa 4 buah tabung yang terbuatdari bahan stainless steel untuk setiap proses yangberbeda yaitu blender, hidrolisis, fermentasi, dandistilasi. Komponen yang diperlukan pada table berikut:

TABEL II. KOMPONEN MESIN

No. Nama Komponen Jumlah1. Poros blender 1 ea2. Poros pengaduk 1 ea3. Housing 2 ea4. Kopling 2 ea5. Puli 2 ea

flow process tahap permesinan masing- masingkomponen:

Mulai

1 2 3 54

SW SWSWSWSW

TUTUTU

TU

TU

MI BO BO

BO

BR

QC

Selesai

No.Komponen

Persiapan Bahan

Proses Permesinan

Pengendalian Mutu

Produk Jadi

Ket

flow process pengerjaan pengelasan:Mulai

1 2 3

GR GR

SR

PC

QC

Selesai

No.Komponen

Persiapan Bahan

Proses Perakitan danFabrikasi

Pengendalian Mutu

Produk Jadi

Ket

Assy.

W

F

langkah- langkah perakitan adalah:1. Memasang motor listrik pada

rangka/dudukan.2. Memasang tabung blender pada

dudukannya.3. Memasang blade (mata potong) pada poros.4. Memasang housing dan poros blade pada

tabung blender.5. Merangkai puli dan sabuk pada poros motor

dan poros blade.6. Memasang elemen pemanas pada tabung

hidrolisis dan distilasi.7. Memasang housing, kopling, motor mesin

jahit, dan poros pengaduk pada tutup tabunghidrolisi.

8. Memasang tabung hidrolisis, fermentasi, dandistilasi pada dudukannya masing- masing.

9. Menghubungkan masing- masing tabungdengan kran.

10. Memasang pipa spiral (kondensor) padatutup tabung distilasi dan memasang kotakkondensor yang berisi air.

11. Memasang rangkaian listrik.12. Tes rangkaian listrik.13. Tes kerja masing- masing tabung.14. Perbaikan jika perlu.15. Pengecekan akhir.16. Clean-up.



Sistem Kontrol

GAMBAR II. DIAGRAM KONTROL KELISTRIKAN

Mesin ini terdiri dari beberapa unit denganfungsi yang berbeda-beda sehingga setiap unit akandilengkapi dengan system control untuk mengaturpemasukan daya masing unit.

PerawatanPerawatan untuk merawat mesin pembuat

bioetanol tidaklah terlalu rumit. Hal- hal yangperlu dilakukan untuk proses perawatan yaitu:1. Memberikan pelumas pada bagian- bagian

yang mudah berkarat dan bagian yangberputar yaitu bearing, housing, dan kopling.

2. Membersihkan tabung/tangki setiap setelahdigunakan agar tidak berbau dan kotorsehingga tidak mempengaruhi hasil daribioetanol.

III. TEORI DASAR

A. Etanol dan Bioetanol

Etanol adalah senyawa organik yang terdiri darikarbon, hidrogen, dan oksigen sehingga dapat dilihat sebagaiderivat senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugushidroksil dengan rumus C2H5OH. Etanol merupakan zat cair,tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap,dapat bercampur dengan air dengan segala perbandingan.Bioetanol merupakan senyawa alkohol yang diperoleh lewatproses fermentasi biomassa (tumbuhan) dengan bantuanmikroorganisme[7].

Pada umumnya buah-buahan dapat dijadikan sebagaibahan baku bioetanol karena mengandung gula dan vitamin C.Buah yang dapat diolah menjadi bioetanol banyak terdapat diIndonesia dan selalu tumbuh setiap musimnya, akan tetapipengolahan dan pemanfaatannya oleh masyarakat masihkurang sehingga buah tersebut seringkali dibiarkanmembusuk. Oleh karena itu pengolahannya menjadi bioetanolsangat bermanfaat. Adapun buah yang pernah diteliti sebagaibahan baku pembuatan bioetanol adalah sebagai berikut:1. Buah salak

Dari hasil penelitian didapatkan bioetanol dengan kadar54,16% dengan penambahan ragi 7,5%[9]

2. Buah pepayaDari hasil penelitian didapatkan bioetanol dengan kadar60% dengan penambahan ragi 2%[2]

Secara singkat teknologi proses produksi bioetanoltersebut dapat dibagi dalam beberapa tahap,yaitu[2][3][7][9]:

1. Persiapan bahan bakuPersiapan bahan baku beragam tergantung pada bahanbakunya, seperti pembuatan bubur denganmenggunakan blender.

2. HidrolisisHidrolisis adalah suatu proses antara reaktan denganair agar suatu senyawa pecah terurai. Salah satu proseshidrolisis yaitu hidrolisis asam, di mana katalisatornyamenggunakan asam. Asam berfungsi sebagaikatalisator dengan mengaktifkan air. Di dalam industriasam yang dipakai adalah H2SO4 dan HCl. HCl lebihmenguntungkan karena lebih efektif dibandingkanH2SO4.

3. FermentasiProses fermentasi bertujuan untuk mengubah glukosamenjadi etanol/ bioetanol dengan menggunakan ragi(yeast). Pada tahap ini, tepung berubah menjadi gulasederhana (glukosa dan sebagian fruktosa). Prosesselanjutnya melibatkan penambahan enzim berupa ragiagar dapat bekerja pada suhu optimum. Prosesfermentasi ini menghasilkan etanol dan CO2.

4. DistilasiDistilasi merupakan suatu proses pemisahan campuransenyawa yang didasarkan pada perbedaan titikdidihnya. Alat yang digunakan dinamakan dengandistilator. Distilasi dilakukan untuk memisahkanetanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol).Umumnya distilasi berlangsung pada tekananatmosfer. Titik didih etanol murni adalah 78ºCsedangkan air adalah 100ºC (kondisi standar). Denganmemanaskan larutan pada rentang suhu 78ºC -100ºCakan mengakibatkan sebagian besar etanol menguapdan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkanetanol.

B. Pengelasan

Berdasarkan definisi dari DIN (Deutch IndustrieNormen) las adalah ikatan metalurgi pada sambunganlogam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumeratau cair. Dari definisi tersebut dapat dijabarkan lebihlanjut bahwa las adalah sambungan setempat dari beberapabatang logam dengan menggunakan energi panas[10].

Sampai pada waktu ini banyak sekali cara-carapengklasifikasian yang digunakan dalam bidang las, inidisebabkan karena belum adanya kesepakatan dalam haltersebut. Secara konvensional cara pengklasifikasiantersebut pada waktu ini dapat dibagi dalam dua golongan,yaitu klasifikasi berdasarkan cara kerja dan klasifikasiberdasarkan energi yang digunakan. Klasifikasi pertamamembagi las dalam kelompok las cair, las tekan, las patri



dan lain- lainnya. Sedangkan klasifikasi yang keduamembedakan adanya kelompok- kelompok seperti laslistrik, las kimia, las mekanik, dan seterusnya. Biladiadakan klasifikasi tersebut di atas akan terbaur danterbentuk kelompok- kelompok yang banyak sekali[10].

Pengelasan Baja Tahan Karat (Stainless Steel)Baja tahan karat termasuk dalam baja paduan tinggi

yang tahan terhadap korosi, suhu tinggi, dan suhu rendah.Di samping itu juga mempunyai ketangguhan dan sifatmampu potong yang cukup. Karena sifatnya, maka baja inibanyak digunakan dalam reaktor atom, turbin, mesin jet,pesawat terbang, alat rumah tangga dan lain- lainnya.Pengelasan dengan las elektroda terbungkus, las MIG danlas TIG adalah cara yang banyak digunakan dalampengelasan baja tahan karat. Di samping itu, kadang-kadang digunakan juga las busur rendam, las sinar elektrondan las resistansi listrik[10].Pengelasan Galvanis

Pengelasan galvanis dilakukan hampir sama denganpengelasan baja biasa pada umumnya mulai dari prosespengelasan, pengaturan ampere, volt, dan lain- lain. Akantetapi, pada prosesnya membutuhkan waktu dan biaya yanglebih tinggi karena galvanis merupakan bahan yang mudahmeleleh dan mengeluarkan banyak asap saat prosespengelasan sehingga keterampilan seorang welder sangatdibutuhkan. Elektroda las yang baik digunakan untukpengelasan galvanis adalah elektroda yang sedikitmengandung silikon. Bila mengandung banyak silikondapat menyebabkan seng menembus logam lasan danmenyebabkan keretakan. Elektroda tipe penembusan tidakboleh digunakan pada saat pengelasan baja galvanis[10].

C. Rumus-rumus yang digunakan

volume tabung[10]= . . ( ) (1)

rasio putaran puli[5]= = ∅∅ (2)

gaya keliling[5]= ( ) (3)

kecepatan linier sabuk[5]= . .. ( / ) (4)

panjang keliling sabuk[5]= 2 + ( + ) + ( − ) (5)

tegangan bengkok[5]= / (6)

momen punter[5]

= 9550 . ( . ) (7)

momen gabungan[5]

= + 0,75 ( . ) ( . ) (8)

tegangan bengkok ijin[5]′ = βk= , ( ) (9)

kebutuhan kawat las[10]= (10)


Gambar III menunjukkan prototype Mesin Bioetanolyang dibuat berdasarkan hasil perancangan denganspesifikasi sebagai berikut:

TABEL IV. SPESIFIKASI MESIN BIOETANOL

No. Spesifikasi Kapasitas Jumlah1 Dimensi total 100 cm x 72 cm x 150 cm2 Unit utama

- Blender- Tabung Hydrolisis- Tabung Fermentasi- Distilator

10 kg/Jam12 ltr12 ltr12 ltr

1 bh1 bh1 bh1 bh

3 Motor listrik 1 phasa 0.5 HP 1 bh4 Motor listrik 1 phasa 100 W 1 bh5 Heater element 600 W 2 bh6 Termometer digital 100 W 2 ea7 Thermocontroller 450 W 2 ea8 Biaya Produksi Rp. 5.000.000

GAMBAR III. Mesin Bioetanol



GRAFIK I. Grafik waktu terhadap kenaikan suhu

GRAFIK II. Grafik waktu terhadap produksi

Dari kedua grafik terlihat bahwa pengoperasian unitdistilator pada Satu jam pertama belum menghasilkancairan Bioetanol sedangkan Satu jam berikutnya,sejumlah tetesan keluar dari pipa aliran. Hal initerjadi karena pada 2 jam pertama pengoperasian,masih terjadi proses pemanasan bahan baku dalamtabung dari temperature awal 28oC menujutemperature yang ditetapkan yang diaturmenggunakan controller sebesar 80oC. Selamarentang waktu tersebut belum terjadi penguapanhingga temperature hampir mencapai 80oC(Temperatur penguapan Bioetanol adalah 78.4oC[7]).Pada jam-jam berikutnya, unit distilator telahmenunjukkan performanya. Dari grafik terlihatbahwa setelah 3 jam beroperasi, dan temperaturetelah konstan di 80oC, sejumlah 40.5 ml cairankeluar dari pipa aliran, dan pada jam ke-4 dan ke-5berturut-turut 50.0 dan 60.0. perbedaan ini terjadikarena sejumlah uap dari dalam tabung belummencapai pipa aliran hingga pada jam ke-5. Jam ke-6dan seterusnya Produksi telah konstan yaitu 70 mlsetiap jam. Sehingga untuk memproduksi sejumlah 1liter cairan Bioetanol dari distilator, diperlukan waktuselama 17 jam untuk pengoperasian baru danselanjutnya 14 jam per liter.

V. KESIMPULAN

Dari hasil penelitan dapat disimpulkan bahwa:1. pembuatan bioethanol yang terdiri dari beberapa

tahapan, dapat dibuat dengan satu mesin yangterintegrasi dengan temperatur yang dapatdikontrol

2. Kapasitas alat yang dibuat adalah 7 kg bahanbaku dengen

3. Kapasitas Produksi bioethanol adalah 70 ml perjam

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonomous, Online http://puspiptek.ristek.go.id, 60 jenistanaman bisa jadi alternatif pengganti BBM, diakses Maret2014.

[2] Fauzi, Achmad Faikar Ali. 2011. Pemanfaatan Buah Pepaya(Carica papaya) sebagai Bahan Baku Bioetanol dengan ProsesFermentasi dan Distilasi. Semarang

[3] Fitriana, Lila. 2009. Analisis Kadar Bioetanol Hasil Fermentasidari Pati Sagu Asal Papua. Manokwari

[4] La Ode M. Abdul Wahid, Pemanfaatan Bio-Ethanol sebagaiBahan bakar Kendaraan Berbahan Bakar Premium, online,www.oocities.com, diakses Maret 2014

[5] Mott, Robert L. 2009. Elemen-Elemen Mesin dalamPerancangan Mekanis. Andi. Yogyakarta

[6] Nanny Kusminingrum, 2008, Bahan bakar Nabati sebagai salahsatu alternative untuk mendukung penggunaan bahan bakarramah lingkungan

[7] Risa Fahmi Sukmawati dan Salimatul Milati. 2009. PembuatanBioetanol dari Kulit Singkong. Surakarta.

[8] Sugiono, Agus. 2006, Pengembangan Bahan Bakar Nabati untukMengurangi dampak Pemanasan Global, Jakarta

[9] Wijayanti, Yurida Tri. 2011. Pembuatan Bioetanol dari BuahSalak dengan Proses Fermentasi dan Distilasi. Semarang



Redesain Penampungan Udara Pembakaran padatungku untuk meningkatkan kinerja Proses Peleburan

Perunggu Bahan Gamelan Bali

IGN.PriambadiJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

[email protected]

AAIA. Sri KomaladewiJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

[email protected]

Abstrak−Gamelan Bali merupakan alat musik tradisional Baliyang digunakan untuk mengiringi rangkaian upacara spiritualkeagamaan maupun pentas budaya. Keberadaan gamelan inisudah terkenal sampai ke Manca Negara, sehingga produksigamelan ini selain dibutuhkan di daerah Bali sendiri juga banyakdipesan dilingkup nasional bahkan internasional. Proses produksigamelan ini hampir 75% menggunakan cara tradisional yaitumulai dari proses peleburan, penempaan, penggerindaan (sruti)untuk mendapatkan nada dasar serta perakitan. Proses peleburanmenggunakan tungku tradisional, dimana udara pembakarandihembuskan dari blower melalui injektor ke ruang bakar padatungku peleburan. Bentuk tungku yang digunakan menggunakanmodel terbuka, sehingga energi panas yang dihasilkan padapembakaran bahan bakar kurang sempurna dan penggunaanbahan bakar lebih banyak. Kondisi ini tentu akan memberikandampak terhadap faktor polutan yang dihasilkan pada prosespembakaran serta biaya produksi yang cukup tinggi. Untukmeminimalkan permasalahan ini, maka dilakukan perubahanbentuk injektor dengan menggunakan model ergo termal injektor(bentuk konvergen-divergen) serta redesain penampungan udarapembakaran. Penggunaan metode ini dalam proses peleburandiharapkan dapat mengurangi biaya produksi terutama daripenggunaan bahan bakar serta mengurangi polutan yangdihasilkan dalam proses pembakaran. Studi yang telah dilakukanmenunjukkan bahwa penerapan metode di atas memberikanpengaruh pada penurunan penggunaan bahan bakar sampai 20%.Penurunan penggunaan bahan bakar disebabkan karena bahanbakar (arang) lebih banyak terbalut oleh udara, sehinggamemberikan pengaruh terhadap kesempurnaan proses pembakaranbahan bakar.

Kata kunci : Gamelan, tungku, polutan, injector

I. PENDAHULUAN

Proses peleburan paduan perunggu dalam pembuatangamelan merupakan aktivitas yang menentukan kualitas darigamelan yang dihasilkan. Aktivitas ini dimulai dari pembuatankomposisi yang terdiri dari tembaga (Cu) serta timah putih

(Sn). Perajin gamelan di tempat penelitian dilakukan biasanyamembuat komposisi paduan 80% Cu dan 20% Sn. Komposisiini berdasarkan penelitian yang telah dilakukan menunjukkankekerasan permukaan 29,33 VHN [1]. Material perunggu yangtelah dilebur, selanjutnya di cetak dengan menggunakancetakan terbuka dengan bentuk sesuai perangkat gamelan yangdibuat. Hasil cetakan dilakukan proses penempaan (forging)yang bertujuan untuk merapatkan struktur mikro materialmelalui proses panas. Setelah proses penempaan selanjutnyadilakukan penyelarasan suara untuk mendapatkan nada dasardengan menggerinda.

Dalam proses peleburan banyak kendala yang dihadapioleh perajin, seperti waktu peleburan yang lama, penggunaanbahan bakar banyak, debu yang berterbangan di tempat kerjayang cukup mengganggu. Penelitian yang dilakukan yaitudengan redesain penampungan udara diharapkan kendala yangdihadapi perajin dapat dikurangi. Tentunya redesain yangdilakukan tidak sampai mengurangi kekuatan mekanik darimaterial paduan yang dilebur. Penelitian yang telah dilakukanmenunjukkan bahwa waktu peleburan secara signifikan tidakmerubah kekerasan mekanik hasil peleburan [2,3].

II. METODOLOGI

A. Bentuk Desain Tungku

Desain tungku dalam proses peleburan secara tidaklangsung memberikan dampak pada berlangsungnya peleburanyang dilakukan. Desain tungku konvensional yang biasadigunakan oleh perajin mempunyai bentuk seperti Gambar 1a, sedangkan redesain yang dilakukan ditunjukkan padaGambar 1 b. Bagian A, merupakan udukan tungku, untuk koi(mangkok tempat paduan) pada mulut tungku berada dipernukaan tanah. Bagian B merupakan penampungan udarapembakaran dimana udara mengalir melalui blower beradadibawah permukaan tanah. Volume penampungan udarapembakaran, kapasitas koi, kapasitas bahan bakar sebelum dan



sesudah mempunyai volume yang sama. Bahan bakar yangdigunakan adalah arang kayu (biomassa) sembarang yangdijual bebas. Kapasitas paduan perunggu dalam koi seberat1,25 kg/koi, dalam penelitian digunakan 6 buah koi.

a. Sebelum redesain b. Sesudah redesain

Gambar 1. Bentuk tungku

Keterangan :

1 = dudukan koi pada mulut tungku2 = injector udara pembakaran dari blower3 = penampungan udara pembakaranTitik-titik merah merupakan penempatan probe daritermokopel untuk mengukur temperatur udara di dalamruang penampungan. Termokopel yang digunakan 4channel dilengkapi dengan akuisisi data yang memilikikemampuan koleksi data pada interval 70 milidetik, merkNational Instrument NI USB-9211/9211A.

Udara pembakaran mengalir melalui blower denganspesifikasi sebagai berikut :

TABEL 1. SPESIFIKASI BLOWER

Spesifikasi Ukuran SatuanMerk Elektrical Blower buatanChinaDiameter output (do)Diameter sudu (ds)Putaran motor (n)Tegangan (V)Daya motor (P)Arus (i)

25,5

3000/3600220301,5

inchinchrpmvoltWatt

Ampere

Pengambilan data dilakukan dengan pengulangan 3 (tigakali) pada waktu dan hari yang berbeda. Data yang didapatberupa data temperatur, kapasitas bahan bakar (biomassa)yang digunakan serta produksi bilah gamelan yang dihasilkan.

B. Desain Penampungan Udara

Dasar perhitungan dari desain penampungan udara secaramendasar digunakan persamaan sebagai berikut :

Volume penampungan udara pembakaran seperti gambar 2

Gambar 2. Bentuk penampungan udara

Perhitungan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

)]().[(3

1

..3

1

..3

1

2211

222

111

21

tltlV

sehingga

tlV

tlV

VVV

nudarapenampunga

udaranpenampunga

(1)

dimanal1 = luas permukaan 1 (m2)l2 = luas permukaan 2 (m2)t1 = tinggi limas besar (m)t2 = tinggi limas kecil (m)

C. Aliran Udara PembakaranAliran udara menuju ruang bakar mengikuti persamaan gas

ideal :

TRnVp ... (2)

dimanap = tekanan udara (N/m2)V = Volume udara (m3)n = jumlah mol gasR = tetapan umum gas 8314 J/kmol K (0,082 L atm/molK)T = temperatur (K)

Model seperti Gambar 1, dimana aliran udara pembakaranmasuk ke ruang bakar dengan tekanan yang dihasilkan olehkecepatan blower. Udara bakar yang mengalir ada yanglangsung ke ruang bakar dan ada yang ke penampungan udarabakar. Udara bakar yang mengalir ke ruang penampunganakan menerima perpindahan energi dalam bentuk panas daridinding tungku sehingga temperaturnya meningkat. Udarapanas pada ruang penampungan selanjutnya mengalir ke ruangbakar bersama-sama udara dari blower. Kondisi udara bakardengan temperatur yang meningkat tentu dapat mempercepat

A

B



proses pembakaran bahan bakar. Udara pembakaran yangmempunyai temperatur yang tinggi memberikan pengaruhpada cepat mencapai temperatur peleburan dan mengurangipenggunaan bahan bakar [4]. Pemberian udara pembakaranyang cukup dalam proses pembakaran bahan bakar dapatmengurangi kandungan emisi [5].

D. Perpindahan Sejumlah EnergiPerpindahan sejumlah energi dalam bentuk panas terjadi

akibat panas dari pembakaran bahan bakar pada mulut tungkuke ruang penampungan udara. Perpindahan energi ini terjadisecara konduksi, konveksi serta radiasi.

Perpindahan sejumlah energi secara konduksiPerambatan energi akan mengalir secara konduksi melalui

dinding mulut tungku yang mempunyai temperatur tinggi kedinding ruang penampungan dengan persamaan [6]:

LTTAKQcon /)(. 21 (3)

dimana :Qcon = aliran panas konduksi dari mulut tungku ke dinding

ruang penampungan udara yang terbuat dari batatahan api (W/m-2K-1)

K = Konduktivitas termal bata tahan api (Wm-1K-1)A = luasan daerah panas (m2)

T1- T2 = perbedaan temperatur (K)L = ketinggian ruang penampungan udara, sesuai letak

probe dari termokopel

Perpindahan sejumlah energi secara konveksiPerpindahan sejumlah energi secara konveksi terjadi dari

dinding ke ruang penampungan udara dengan persamaan [7]:

)( 21 TTAhQ chconv (4)

dimana :hch = koefisien konveksi (W/m2K)A = luas daerah kontak dinding dengan ruang

penampungan udara (m2)T1 = temperatur pada dinding ruang penampungan udara

(K)T2 = temperatur ruang penampunag udara (K)

Perpindahan sejumlah energi secara radiasiPerpindahan sejumlah energi secara radiasi terjadi akibat

panas yang terjadi dari mulut tungku ke ruang penampunganudaradengan persamaan [8]:

)()( 4 kWTQrad (5)

dimana :ε = factor emisi untuk materialσ = konstanta bolzman (5,72x10-5) kW m-2K)∆ = perbedaan temperatur (K)


Distribusi temperatur yang terjadi pada pembakaran bahanbakar arang, kondisi ini diukur dengan menggunakantermokopel. Pengukuran tercatat setiap 5 menit dilakukanmulai dari pk 7.00 s/d 12.00 Wita hasilnya seperti Grafik :

Grafik 1 Temperatur penampungan udara

Grafik 1 menunjukkan bahwa udara yang berada padapenampungan udara menerima perpindahan sejumlahenergi dalam bentuk panas dari tungku saat prosespembakaran bahan bakar. Kondisi ini menyebabkan udarayang ada pada penampungan udara pembakaran sebelumdan sesudah redesain meningkat. Udara yang ada padapenampungan udara pembakaran adalah berfungsi untukmenambah kebutuhan udara pembakaran. Penambahantemperatur udara pembakaran memberikan pengaruh padakesempurnaan proses pembakaran [9].

Grafik 2. Temperatur peleburan

Grafik 2 menunjukkan adanya peningkatan temperaturpembakaran secara signifikan sebelum dan sesudah redesain.Hal ini disebabkan karena udara pembakaran yang digunakandalam proses pembakaran sudah mempunyai temperatur yangcukup tinggi sesuai Grafik 1. Penelitian sebelumnya jugamenyatakan bahwa udara pembakaran dengan temperaturcukup tinggi menyebabkan proses pembakaran bahan bakarlebih cepat dan menghasilkan temperatur tinggi [10].



Grafik 3. Penggunaan arang kayu

Grafik 3 menunjukkan redesain yang dilakukanmemberikan pengaruh pada penurunan penggunaan bahanbakar pada proses pembakaran sebesar 20 %. Kondisi initentu memberikan dampak pada efektivitas penggunaanbahan bakar pada proses peleburan paduan perunggu.Efektivitas penggunaan bahan bakar pada prosespembakaran akan memberikan pengaruh yang signifikanterhadap efisiensi termis dari tungku yang digunakan [11].

Grafik 4. Jumlah produksi bilah gamelan

Grafik 4 menunjukkan jumlah produksi yang dihasilkanpada proses peleburan sebelum dan sesudah dilakukan redesainpenampung udara pembakaran. Pada grafik terlihat gariskonstan menunjukkan bahwa rentang waktu tersebut prosespeleburan sedang berlangsung. Tren peningkatan menunjukkanwaktu produksi. Waktu produk bilah gamelan dilakukandengan proses pengecoran paduan dengan rentang waktu rata-rata 3 menit dan koi sebanyak 6 buah. Penelitian yang telahdilakukan menyatakan bahwa redesain yang didasarkanperkembangan teknologi dapat meningkatkan produksidibandingkan dengan cara konvensional [4]

IV. KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan terhadapperubahan desain penampungan udara pembakaran cukupmemberikan manfaat pada kinerja tungku. Kinerja ini terukursecara signifikan pada proses pembakaran bahan bakarmenyebabkan temperatur pembakaran lebih tinggi.Penggunaan bahan bakar dari redesain yang dilakukanmenunjukkan penurunan sebesar 20 %. Produksi hasil prosespeleburan bilah gamelan menunjukkan peningkatan. Melihatdari hasil penelitian ini diharapkan dapat menggairahkanperajin gamelan dalam meningkatkan produktivitasnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sugita IKG., Priambadi, IGN dan Kusuma K. 2006. StudiEksperimental Variasi Komposisi Campuran Perunggu dan VariasiBeban Close Forging Terhadap Sifat Ketangguhan Retak DanKekerasan Material Perunggu Gamelan Bali. Research Grant. ProgramStudi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. TPSDP-Batch II

[2] Martano, M.A and Capocchi, J. D. T. 2000. Heat Transfer CoefficientAt The Metal Mould Interface In The Unidirectional Solidification OfCu – 8% Sn Alloys, International Journal Of Heat And Mass Transfer.43: 2541 – 2552.

[3] Halvaee, A and Talebi, A. 2001. Effect Of Process Variables AnMicrostructure And Segregation On Centripugal Casting Of C92200Alloy. Journal Of Materials Processing Technology.

[4] Arijit Biswas & Pinakeswar Mahanta. (2013). Design and ExperimentalAnalysis of Furnace for the Production of Bamboo Charcoal.International Journal of Mechanical and Industrial Engineering(IJMIE) ISSN No. 2231-6477, Vol-3, Iss-1.

[5] Abuelnuor A. A. A., Cs . (2013) Review of Numerical Studies on NOX

Emission in the Flameless Combustion. International Journal AppliedMechanics and Materials Vol. 388 (2013) pp 235-240.

[6] Kirk, D. and A.W. Holmes. (1976). The heating of food stuffs in amicrowave oven. Jor. of Food Technology Vol 30 pp 375-384.

[7] Sunil Gokhale ,Cs. (1991). Simulation of ceramic furnaces using one-dimensional model of heat transfer –Part I: Model development andvalidation .Indian Institute of Technology, New Delhi, India

[8] Duffie, J. A., and W. A. Beckman. (1991). Solar Engineering ofThermal Process, 2nd ed., NewYork, John Wiley.

[9] Jun Li. Cs. (2013). Effects of Flue Gas Internal Recirculation on NOxand Sox Emissions in a Co-Firing Boiler. International Journal ofClean Coal and Energy, 2013, 2, 13-21.

[10] Murrari Mohon Roy and Kenny W. Corscadden. (2012). Anexperimental study of combustion and emissions of biomass briquettes.International Journal. Applied Energi 99 pp 206 – 212.

[11] S. R. Bello, and T.A. Adegbulugbe. (2010). Comparative Utilization ofCharcoal, Sawdust and Rice Husk as Fuel in Heating biomass furnace-dryer. Agricultural Engineering International: the CIGR Journal ofScientific Research and Development. Manuscript 92, Volume XII.



Sampah Basah pada Mesin Pemisah dan PencacahSampah Organik dan Anorganik untuk Menghasilkan

Serpihan Sampah Organik Lebih Kecil SebagaiBahan Kompos

I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P. Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. HartawanDosen Fakultas Teknik Universitas Udayana

Bali, [email protected], [email protected]

Abstrak−Sampah basah pada penelitian ini adalah sampah dengankandungan air lebih dari 30%, sedangkan sampah kering adalahsampah dengan kandungan air kurang dari 30%. Secarasederhana dijalaskan sampah dikatakan basah bila terkena airhujan, sedangkan daun yang sudah tua yang jatuh dari pohondikatakan sampah kering. Sampah organik seperti daun-daunanmempunyai sifat lebih lunak sehingga bila dipotong lebih mudahdan hasilnya lebih kecil, sedangkan sifat sampah anorganik sepertiplastik adalah lebih ulet dan kenyal sehingga bila dipotong akanlebih susah dan hasilnya lebih besar. Bila diskrining/diayakdengan besaran lubang tertentu akan dapat dipisahkan antarasampah organik dan anorganik. Telah diteliti beberapa kecepatanpotong dengan diameter pisau potong 25 cm, dari berapa tingkatkecepatan akan di hitung kecepatan yang memberikan hasil yangoptimal dimana sampah organik didapat butiran serat yang lebihkecil dan sampah anorganik butirannya lebih besar. Pisau potongjuga berpengaruh terhadap serat yang dihasilkan, apakah seratnyapanjang atau pendek. Pisau yang tajam dalam waktu yang samaakan menghasilkan butiran serat yang lebih kecil. Tetapi faktorbentuk berbeda pengaruhnya, beberapa bentuk pisau potongseperti segiempat panjang, kerucut dobel, setengah lingkaran sudut15 derajat dan setengah lingkaran sudut 45 derajat. Akandilakukan variasi bentuk pisau potong untuk menghasilkan butirserat organik yang lebih kecil dan butir serat anorganik yang lebihbesar. Sehingga butiran serat yang lebih kecil ini akan lolos dalamsaringan mess 13 mm, dan dapat dimanfaatkan sebagai kompos.Sisanya adalah sampah anorganik dan bisa dimanfaatkan untukdidaur ulang. Hasil penelitian menunjukkan untuk sampah keringpada kecepatan potong rendah yaitu pada putaran 147 rpm danpisau potong sudut 45 derajat, sampah anorganik (plastik) palingsedikit yang lolos ayakan, sampah organik yang lolos ayakan bisalangsung dimanfaatkan untuk kompos. Sedangkan pada sampahbasah sedikit sekali dapat meloloskan sampah organik kebanyakantidak lolos ayakan.

Kata Kunci : Sampah organik, an-organik, pencacah, pemisah.

I. PENDAHULUAN

Sampah organik adalah sampah yang mudah diuraikan danmembusuk seperti sisa makanan, sayuran, daun-daun kering,dan sebagainya. Sampah ini dapat diolah lebih lanjut menjadikompos. Sampah organik berasal dari makhluk hidup, manusia,hewan, maupun tumbuhan. Sampah organik berdasarkanpengolahan ada dua yaitu; dengan kandungan air tinggi dankandungan air rendah. Sampah anorganik, yaitu sampah yang

membutuhkan waktu lama membusuk, seperti plastik wadahpembungkus makanan, kertas mika, plastik mainan, botol dangelas minuman, kaleng dan sebagainya. Sampah ini dapatdijadikan sampah komersil atau sampah yang laku dijual untukdijadikan produk lainnya. Sistem pengolahan sampah yangefektif adalah sampah sudah dipilah dari rumah tanggaminimal organik dan anorganik. Dilanjutkan dengan sistempengangkutan dimana grobak pengangkut disekat, tempatpembuangan sementara dipisahkan, mobil truk angkut yangdisekat dan Tempat Pengolahan Akhir (TPA) dipisahkan,sehingga lebih mudah dalam pengolahan lebih lanjut.

Karakteristik aliran sampah yang dikelola di wilayahSARBAGITA Bali, komposisinya adalah dalam prosentaseberat 11,95 plastik dan 68,76 organik (Made MadeGunamantha, dkk, 2010). Masyarakat Indonesia adalahmasyarakat majemuk, kurangnya kesadaran dalam memilahsampah dari rumah tangga, menjadi perlunya biaya tambahanuntuk pemilahan. Biaya yang paling mahal adalah biayapenyadaran masyarakat untuk melakukan pemilahan darirumah tangga sampai TPA, penyuluhan penyadaran ini harusdilakukan terus-menerus pada orang dewasa, anak-anak denganberbagai macam karakter dan pendidikan.

Pekerjaan memilah merupakan pekerjaan yang dirasakanpaling berat dalam pengelolaan sampah. Sampah yang telahditimbun di depo dipilah yang menghasilkan: sampah organikdan anorganik. Menurut informasi dari petugas pengelola DepoCemara (Sanur Kaje), sampah yang dipilah itu menghasilkan55 % sampah organik, 35% sebagai residu yang dibuang keTPA, dan 10 % sampah anorganik lapak (potongan besi/logam,kertas dan kardus, botol/gelas aqua plastik, dsb.) yang bisadijual. Hal ini dapat dimaklumi karena sampah yang diolah diDesa Sanur Kauh atau Sanur Kaje kebanyakan dari sisa-sisaupacara adat/agama.(I Nyoman Wardi, 2011).

Mempelajari hal tersebut diatas peneliti mempunyai ideuntuk lebih mengembangkan mesin pencacah dan pemilahsampah organik dan anorganik dengan membuat variasi padaberbagai tingkat kecepatan potong dan variasi pisau potong.Produknya sebagai bahan baku pembuatan kompos, karenasampah organik sudah terpotong kecil-kecil.




Prosedure Penelitian

Berdasarkan percobaan awal maka sampel diambil denganberat total 300 gram dimana berat sampah organik adalah 250gram dan berat sampah plastik adalah 50 gram, sedangkanwaktu pemotongan adalah 1,5 menit (90 detik). Percobaanpertama, dipotong sampah organik kering seperti daun-daunandan sisa makanan dengan variasi kecepatan potong dan variasipisau potong dengan waktu yang tetap. Kemudian diukurdimensi panjang dan lebar butiran seratnya untuk menetukanscreen (pengayak) berapa yang bisa dilewati oleh butiran serattersebut, sebagai control adalah dimensi yang terbesar.Percobaan kedua, dipotong sampah anorganik kering sepertibermacam plastik dengan variasi kecepatan potong dan variasipisau potong dengan waktu yang tetap. Kemudian diukurdimensi panjang dan lebar butiran seratnya untuk menetukanscreen (pengayak) berapa yang tidak bisa dilewati oleh butiranserat tersebut, sebagai control adalah dimensi yang terkecil.Percobaan ketiga, dipotong sampah campuran organik dananorganik kering dengan variasi kecepatan potong (putaran 489rpm, 383 rpm, 295 rpm dan 147 rpm) dan variasi pisau potong(pisau segiempat, pisau kerucut, pisau setengah lingkaran sudut150, dan pisau setengah lingkaran sudut 450) dengan waktuyang tetap. Kemudian di lakukan pengayaan (screen), berapaberat sampah organik yang tidak melewati pengayak danberapa berat sampah anorganik yang melewati pengayak.Prosentase berat ini menentukan efektivitas dari mesin pemisahsampah ini.

Urgensi Penelitian

Pemilahan sampah merupakan program pemerintah tetapikenyataan seperti pada gambar 1. dimana sampah masihtercampur antara organik dan anorganik.

Gambar 1. Sampah organik dan anorganik tercampur

Volume sampah diperkotaan sangat besar rata-rata setiap orangmenghasilkan sampah 2,3 dm3/orang/hari atau 0,35kg/orang/hari, kalau dikalikan jumlah penduduk Indonesia±200 juta jiwa maka akan dihasilkan sampah 460.000 m3/hariatau 70.000 ton/hari. Sehingga perlu dilakukan terobosan besardalam penanganan sampah. Sampah perkotaan adalah sampahyang berasal dari perumahan, perkantoran, sekolah, gedungumum, pasar, pertokoan restoran, taman kota, dll. Secaraumum meskipun kandungan sampah sangat heterogen,kandungan bahan organik sebagai bahan dasar kompos dalamsampah cukup tinggi yaitu diatas 70%.

Gambar 2. Mesin Setelah Modifikasi

Gambar 4. Pisau Potong

Gambar 5. Screening

III. HASIL DAN PERHITUNGAN

Data Hasil Penelitian Sampah Basah

Data hasil penelitian pada putaran potong 498 rpm, dimanapada kecepatan potong ini hasil yang didapat lebih banyaksampah organik yang tidak lolos ayakan.

Tabel 1. Berat sampah pada putaran 498 rpm pisau potong sudut 450

No Lolos Ayakan Tidak Lolos Ayakan



Organik (gr) Plastik (gr) Organik (gr) Plastik (gr)

1 90 7 158 42

2 92 8 158 41

3 92 8 157 42

Rata-rata 91,3 7,7 157,7 41,7

Tabel 2. Berat sampah pada putaran 498 rpm pisau potong Sudut 150



1 82 7 166 42

2 85 7 164 43

3 80 8 170 43

Rata-rata 82,3 7,3 166,7 42,7

Tabel 3. Berat sampah pada putaran 498 rpm pisau potong segiempat



1 95 8 155 41

2 96 9 153 41

3 96 10 154 40

Rata-rata 95,7 9 154 40,7

Tabel 4. Berat sampah pada putaran 498 rpm pisau potong kerucut



1 100 10 150 39

2 102 12 147 38

3 105 12 145 38

Rata-rata 102,3 11,3 147,3 38,3

020406080

100120140160180

1 2 3 4

Bera

t sam

pah

(gra

m)

Sampah organik dan sampah plastik

Serpihan sampahbasah pada putaran

498 rpm

Pisau 45derajat

Pisau 15derajat

PisauSegiempat

Pisau Kerucut

Grafik Hasil Penelitian Sampah Kering

Grafik hasil penelitian di tampilkan pada putaran potong498 rpm, 383 rpm, 295 dan 147 rpm. Sebagai contoh padaputaran potong 147 rpm, dimana pada kecepatan potong inihasil yang didapat mampu tidak meloloskan sampah anorganiksampai nol.

Gambar 7. Grafik berat sampah organik dan sampah plastikyang lolos dan tidak lolos ayakan pada putaran potong 498 rpm

Gambar 6. Grafik berat sampah organik dan sampah plastikyang lolos dan tidak lolos ayakan pada putaran potong 498 rpmuntuk sampah basah



Keterangan untuk grafik diatas : angka 1 adalah sampahorganik yang lolos ayakan, angka 2 adalah sampah plastikyang lolos ayakan, angka 3 adalah sampah organik yang tidaklolos ayakan dan angka 4 adalah sampah plastik yang tidaklolos ayakan.

Analisis Perhitungan

Dari data berat sampah organik dan anorganik yang lolosdan tidak lolos ayakan, didapat prosentase produksi sampahorganik dan prosentase sampah anorganik yang lolos ayakan

Tabel 5. Prosentase sampah organik yang lolos ayakan sampah keringPisau Potong Putaran Potong (rpm)

498 383 295 147

Sudut 450 97,7 94,8 89,7 82,9

Sudut 150 96,6 95,6 90,7 83,9

Segiempat 98,3 96,1 91,5 85,2

Kerucut 99,1 96,9 91,7 85,9

Tabel 6. Prosentase sampah anorganik lolos ayakanPisau Potong Putaran Potong (rpm)

498 383 295 147

Sudut 450 16,0 6,0 4,6 2,0

Sudut 150 15,4 8,6 9,4 3,4

Segiempat 19,4 13,4 12,6 4,6

Kerucut 23,4 15,4 16,0 7,4

Dari analisa grafik dan nilai prosentase didapat perubahanpisau potong pengaruhnya kecil, sedangkan perubahan putaranpotong pengaruhnya cukup besar.






Gambar 10. Hasil pemotongan pada sampah organik (A)

Gambar 10. Hasil pemotongan pada sampah organik (B)

IV. KESIMPULAN

Hasil penelitian menunjukkan produksi sampahorganik terbanyak didapat pada putaran 498 rpm dan pisaupotong kerucut, tetapi paling banyak meloloskan sampahanorganik. Pada kecepatan potong rendah yaitu pada putaran147 rpm dan pisau potong sudut 45 derajat, sampah anorganik

(plastik) paling sedikit yang lolos ayakan, sampah organikyang lolos ayakan bisa langsung dimanfaatkan untuk kompos.Sampah basah lebih sulit dalam dalam melakukan pemisahandengan pemotongan dan sreening karena sifatnya yanglengket.

UCAPAN TERIMA KASIH

Terima kasih kami sampaikan kepada LPPM UniversitasUdayana atas dukungan dananya melalui Hibah Penelitiandengan Surat Perjanjian Penugasan Dalam RangkaPelaksanaan Penelitian Hibah Desentralisasi (RM) TahunAnggaran 2014 Nomor : 104.53/UN.14.2/PNL.01.03.00/2014.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Antun Hidayat, Pedoman Teknis Pengelolaan Persampahan,Pusat Penelitian Sains dan Teknlogi Lembaga PenelitianUniversitas Indonesia, Jakarta, 2006

[2] Biro Pusat Statistik, Statistik Industri Besar dan Sedang, BagianIII, B Jakarta, 1995.

[3] Djuarnani, Nan., Cara Cepat Membuat Kompos, PT. AgromediaPustaka, Jakarta, 2005

[4] Edi Hartono, Peningkatan Pelayanan Pengelolaan Sampah diKota Brebes Melalui Peningkatan Kemampuan Pembiayaan,Tesis, Universitas Diponogoro, Semarang, 2006.

[5] Made Gunamantha, dkk, Life Cycle Assesment pada SistemPengolahan Sampah di Wilayah Sarbagita, Bali, JurnalPurifikasi, Vol.11, No.1, Juli 2010: 41-52

[6] I Nyoman Wardi, Pengelolaan Sampah Berbasis Sosial Budaya:Upaya Mengatasi Masalah Lingkungan Di Bali, Jurnal BumiLestari, Volume 11 No. 1, Pebruari 2011, hlm. 167 – 177.

[7] Taufiq Rochim, Teori dan Teknologi Proses Permesinan,Laboratorium Teknik Produksi, Jurusan Mesin Fakultas TeknikIndustri, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 1993.



Pemanfaatan Potensi Limbah Tongkol JagungSebagai Energi Alternatif Di Wilayah Provinsi

Gorontalo

Siradjuddin HalutiFakultas Teknologi Industri, Prodi Teknik Fisika

Institut Teknologi Sepuluh NovemberSukolilo, Surabaya 6011 Jawa Timur Indonesia

[email protected]

Ridho HantoroFakultas Teknologi Industri, Prodi Teknik Fisika

Institut Teknologi Sepuluh NovemberSukolilo, Surabaya 6011 Jawa Timur Indonesia

Abstract— Jagung merupakan komoditi unggulan PropinsiGorontal. Walaupun mengalami fluktuasi produksi jagung ditiaptahun tidak mempengaruhi produksi jagung di ProvinsiGorontalo. Dalam beberapa tahun terakhir kebutuhan jagungmakin meningkat, dengan meningkatnya kebutuhan jagungberdampak pada tingginya produksi limbah tongkol jagung yangdihasilkan provinsi Gorontalo, tentunya ini akan menimbulkanmasalah bagi lingkungan. Limbah tongkol jagung merupakansalah satu sektor yang belum dimanfaatkan di provinsiGorontalo secara maksimal dalam meningkatkan nilai ekonomis,lebih efisien dan efektif penggunaannya. Diantaranyapemanfaatan biomassa tongkol jagung sebagai energi bahanbakar alternatif. Tujuan yang diangkat dalam peneliitian iniadalah Mengetahui potensi produksi limbah tongkol jagung diwilayah Provinsi Gorontalo sebagai energi alternatif danMengetahui potensi energi alternatif melalui proses pembakaranlangsung (Biomassa) sebagai pemanfaatan dari bahan bakulimbah tongkol jagung untuk pembangkit listrik. Metodepengumpulan data, pengolahan data dan analisis data. Hasilpotensi bahan bakar yang dapat dihasilkan dari pemanfaatanlimbah tongkol jagung untuk wilayah Provinsi Gorontalo dapatmencapai total rata-rata sebesar 72.931 ton limbah tongkoljagung. Untuk pemanfaatan limbah tongkol jagung sebagaibahan bakar biomassa melalui proses pirolisis menghasilkannilai kalor sebesar 1.293.153.000 MJ dan menghasilkan dayasebesar 359.206 MW. Dengan jumlah daya yang dihasilkan olehbahan bakar tongkol jagung sebesar 359.206 MW telah menutupikekurangan defisit daya sebesar 157.417,2 MW yang dibutuhkanoleh masyarakat provinsi Gorontalo.

Kata Kunci : Potensi, Limbah, Tongkol Jagung, Biomassa,Energi.

I. PENDAHULUAN

Jagung merupakan salah satu komoditi unggulan provinsiGorontalo, dimana produksi jagung Gorontalo dari tahunketahun mengalami fluktuasi. Disamping untuk memenuhikebutuhan hidup masyarakat gorontalo, jagung juga telahdieksport ke luar negeri seperti Malaysia dan Singapura untukbahan baku berbagai produk seperti tepung jagung (maizena),pati jagung, minyak jagung, dan pakan ternak. Dari setiappanen jagung diperkirakan jagung (rendemen) yang dihasilkan

sekitar 65%, sementara 35% dalam bentuk limbah berupabatang, daun, kulit, dan tongkol jagung (Anonimous, 2003).

Badan Pusat Informasi Jagung Provinsi Gorontalo (BPIJ)melaporkan bahwa luas lahan pertanian jagung di ProvinsiGorontalo pada tahun dari 2008 sekitar 156.898 Ha denganhasil produksi 753.598 ton, dan pada tahun 2010 sekitar164.999 Ha dengan hasil produksi mencapai 679.168 ton.Tingginya produksi jagung tiap tahunnya berdampak padatingginya limbah yang dihasilkan terutama limbah tongkoljagung. Limbah tongkol jagung khususnya untuk daerahgorontalo belum terolah secara maksimal dalam meningkatkannilai ekonomisnya..

Provinsi Gorontalo yang dikenal sebagai penghasil jagungdi Indonesia, hasil utama jagung adalah biji jagung yangdigunakan terutama untuk makanan manusia dan ternak. Hasilsurvei bahwa limbah tongkol jagung di Gorontalo belumdimanfaatkan. Limbah tongkol jagung tersebut hanyamenimbulkan masalah serius bagi lingkungan, terutamakarena pembakaran limbah akan menimbulkan polusi yanghebat dan juga membahayakan lingkungan. Padahal energiyang terkandung dalam limbah organik padat dapatdimanfaatkan melalui pembakaran langsung atau denganterlebih dahulu mengkonversikannya dalam bentuk lain yangbernilai ekonomis, yang lebih efisien dan efektifpenggunaannya, diantaranya pembakaran langsung (biomassa)melalui proses gasifikasi, sebagai alternatif bahan bakar.

Mengamati kondisi potensi produksi limbah tongkol jagungtersebut, maka perlu dilakukan analisa untuk mengetehuipemanfaatan energi yang dihasilkan, jika limbah tongkoltersebut akan digunakan sebagai bahan baku dari pembuatanbahan bakar Biomassa. Untuk mengetahui potensi energi yangdihasilkan dapat dilakukan dengan menghitung nilai rata-rataproduksi limbah tongkol, Perhitungan energi yang dihasilkandapat memberikan informasi tentang kandungan energi dalamlimbah tongkol jagung tersebut, melalui pemanfaatan bahanbaku limbah yang akan berguna untuk keperluan masyarakatGorontalo.

Dengan demikian data informasi kandungan energi yangdihasilkan pada limbah tongkol jagung sebagai bahan bakuuntuk pembuatan bahan bakar dapat digunakan sebagai acuandalam merencanakan teknologi tepat guna untuk pembuatanbahan bakar dari tongkol jagung dengan skala yang memadai.




A. Studi LiteraturStudi literatur adalah tinjauan berbagai referensi pustaka

yang berhubungan dengan data-data pemanfaatan limbahtongkol jagung sebagai sumber energi alternatif melalui buku,jurnal, artikel, skripsi atau penelitian yang sudah dilakukan.

B. Pengumpulan Datapengumpulan data yaitu data tentang produksi jagung yang

dihasilkan oleh tiap-tiap kabupaten dan kota di ProvinsiGorontalo. Data produksi jagung ini diperolah denganmengunjungi Dinas-dinas terkait yang ada di masing-masingkabupaten dan kota. adapun yang menjadi tempat fokus untukpengambilan data yaitu Badan Pusat Informasi Jagung (BPIJ)Provinsi Gorontalo, inas Pertanian Provinsi Gorontalo, BadanPusat Statistik (BPS) Provinsi Gorontalo.

C. Pengolahan DataData produksi jagung didapat selanjutnya mengetahui jumlahproduksi limbah tongkol jagung yang dihasilkan oleh tiap-tiapkabupaten dan kota di Provinsi Gorontalo yaitu denganmenghitung berdasarkan pengambilan sampel. Setelah itumelakukan Pemanfaatan limbah tongkol jagung sebagai energialternatif dalam bentuk bahan bakar Biomassa melalui prosespirolisis.

D. Analisa DataMenghitung jumlah energi yang terkandung dalam bahanbakar Biomassa. Berapa energi kalor dan daya yang dihasilkanoleh bahan bakar Biomassa untuk bisa menutupi defisit dayaPLN yang dibutuhkan oleh masyarakat Gorontalo.

III. HASIL PENELITIAN

A. Produksi JangungProduksi jagung di Provinsi Gorontalo mengalami

fluktuasi berdasarkan hasil analisa data produksi jagungdiwilayah Kabupaten dan Kota di Provinsi Gorontalo dalam 5(lima) tahun terakhir.Tabel 1. Data Produksi jagung Propinsi Gorontalo 2008 sampai pada 2012

URAIAN 2008 2009 2010 2011 2012 Rata-Rata

Kab. Boalemo

Produksi/Ton 206.593 144.820 153.248 140.653 187.667 118.401

Kab. Gorontalo

Produksi/Ton 186.221 115.293 143.313 96.563 132.726 99.428

Kab. Pohuwato

Produksi/Ton 285.726 243.837 321.115 326.142 295.286 231.674

Kab. Bonbol

Produksi/Ton 16.881 10.485 15.356 20.420 10.176 12.386

Kota Gorontalo

Produksi/Ton 883 529 250 303 166 426

Kab. Gorut

Produksi/Ton 57.295 54.146 45.898 21.698 25.958 39.370

B. Data Limbah Tongkol JagungDengan melihat data produksi jagung pada tabel 1. ditiap

Kabupaten dan Kota produksi jagung di Provinsi Gorontalosangat potensial untuk pengembangan Pemenfaatan limbahtongkol jagung untuk dijadikan sebagai energi alternatif. Salahsatu sektor yang belum dimanfaatkan di Provinsi Gorontalosecara maksimal adalah pemanfaatan limbah pertaniankhususnya limbah tongkol jagung. Limbah tongkol jagungkhususnya untuk daerah Gorontalo belum terolah secaramaksimal dalam meningkatkan nilai ekonominya. Limbahjagung yang biasanya hanya dibuang dan dibakar.Berikut ini adalah Data hasil Limbah Tongkol Jagung secarakeseluruhan dari tahun 2008 sampai pada tahun 2012 berdasardata produksi jangung, dapat kita lihat pada tabel.2

Tabel 2. Data Potensi Produksi Limbah Tongkol Jagung Ideal

Uraian 2008 2009 2010 2011 2012 Rata-rata

Kab. Boalemo

Limbah Ton 54.953 38.522 40.763 37.413 49.919 44.314

Kab. Gorontalo

Limbah Ton 49.534 30.667 38.121 25,685 35.305 35.862

Kab.Pohuwato

Limbah Ton 76.003 62.466 85.416 86.753 78.546 77.837

Kab. Bonbiol

Limbah Ton 4.490 2.789 4.084 5.431 2.706 3.900

Kab. Gorut

Limbah Ton 15.240 14.402 12.208 5.771 6.904 10.905

Kota Gorontalo

Limbah Ton 234 140 66 80 44 113

Produksi limbah tongkol jagung yang dihasilkan pada tabel 2merupakan jumlah ideal jika seluruh limbah dapat terkumpul.Namun pada kondisi aktual jumlah yang telah disebutkantidak akan dapat terkumpul 100%. Hal ini disebabkan olehadanya berbagai kondisi misalnya pengumpulan tongkoljagung pada kecamatan yang menghasilkan tongkol jagungdalam jumlah besar dengan transportasi yang memadai.Sementara pada kecamatan dan desa dengan jumlah penghasillimbah tongkol jagung sedikit dengan transportasi yang sulitserta mahal dalam hal pembiayaan, maka sulit untukmengumpulkan limbah tongkol jagung. Produksi limbahtongkol jagung yang aktual dihasilkan berdasarkan pada dataproduksi jagung per kecamatan yang ada diwilayah kabupatendan kota provinsi Gorontalo. Hal ini dapat dilihat pada tabel 3berikut

Tabel 3 Data Produksi Jagung Aktual

Daerah Rata-rata Produksi Limbahyang Aktual (ton)

Kabupaten Boalemo 34.565

Kabupaten Gorontalo 19.724

Kabupaten Pohuwato 66.435

Kabupaten Bonebolango 2.340

Kabupaten Gorontalo Utara 4.689

Kota Gorontalo 53



Untuk persentase persen limbah tongkol jagung yangdapat terkumpul sebesar Kabupaten. Boalemo (78%),kabupaten. Gorontalo (55%), kabupaten. Pohuwato (85%),kabupaten. Gorontalo Utara (43%), kabupaten. Bone Bolango(60%), dan kota Gorontalo (47%).

C. Pemanfaatan Limbah Tongkol jangungSumber energi terbarukan yang berasal dari komoditas

jagung di Indonesia belum dimanfaatkan secara optimal. Studimengenai pengembangan potensi sumber energi terbarukanyang berasal dari komoditas jagung telah dilakukan diberbagai negara. Potensi pemanfaatan dan pengembangansumber energi terbarukan tersebut di antaranya adalah sebagaiberikut:

Pemanfaatan Limbah Tongkol Jagung UntukPembangkitListrik Dengan Cara Pembakaran Langsung(Biomassa)

Pembakaran langsung yaitu dengan cara membakarbiomassa untuk memanaskan boiler untuk menghasilkan uapyang akan memutar turbin untuk menggerakkan generator.Boiler adalah sebuah bejana tertutup dimana panaspembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atausteam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudiandigunakan untuk mengalirkan panas kesuatu proses. Sistemboiler terdiri dari : sistem air umpan, sistem steam, sistembahan bakar. Air adalah media yang dipakai pada prosesbertemperatur tinggi ataupun untuk perubahan parsial menjadienergi mekanis pada sebuah turbin. Sistem pembakaran yangterjadi pada boiler hingga terbentuknya steam yang merupakanhasil pembakaran yang diperlukan untuk menggerakan turbinsehingga akan tercipta tegangan listrik pada generator.

Proses konversi energy pada PLTU

Cara kerja: Penggerak mula (prime mover) yangmengubah energi panas dalam uap menjadi energi mekanisberupa putaran poros turbin. Selanjutya poros turbin dikopeldengan poros generator untuk menghasilkan energi listrik.

Siklus kerja PLTU yang merupakan siklus tertutup dapatdigambarkan dengan diagram T-s (Temperatur – entropi).Siklus ini adalah penerapan siklus rankine ideal. Adapunurutan langkahnya adalah :

Diagram T-s siklus PLTU (siklus rankine).

a – b : Air dipompa dari tekanan P2 menjadi P1. Langkahini adalah langkah kompresi isentropis, dan proses initerjadi pada pompa air pengisi.

b – c : Air bertekanan ini dinaikkan temperaturnya hinggamencapai titik didih. Terjadi di LP heater, HP heater danEconomiser. .

c – d : Air berubah wujud menjadi uap jenuh. Langkah inidisebut vapourising (penguapan) dengan proses isobarisothermis, terjadi di boiler yaitu di wall tube (riser) dansteam drum.

d – e : Uap dipanaskan lebih lanjut hingga uap mencapaitemperatur kerjanya menjadi uap panas lanjut (superheatedvapour). Langkah ini terjadi di superheater boiler denganproses isobar.

e – f : Uap melakukan kerja sehingga tekanan dantemperaturnya turun. Langkah ini adalah langkah ekspansiisentropis, dan terjadi didalam turbin.

f – a : Pembuangan panas laten uap sehingga berubahmenjadi air kondensat. Langkah ini adalah isobarisothermis, dan terjadi didalam kondensor.

Untuk tingkat efisiensi pada boiler atau ketal uap tingkatefisiensinya berkisar antara 70% hingga 90%. Efisiensi inidapat dievaluasi dengan menggunakan rumus :

efisiensi boiler (η) =

sebelum tongkol jagung di gunakan untuk memanaskan boilermaka terlebih dahulu di ketahui karateristik dari tongkoljagung tersebut.

Tabel 4. Analisis kimia tongkol jagung (Lachke, 2002)

Kadar Air 13,9

Abu 1,17

Analisa Kandungan Zat Kimia

C 43,42H 6,32

O 46,69

N 0,67

S 0,07

Abu 2,30

HHV (MJ/kg) 14,7



Nilai kalor yang diperoleh dari limbah biomassa sekitar 14,7MJ/kg. Jika dikonversi dalam ton, maka jumlahnya sekitar14.700 MJ/ton. Nilai kalor dan daya total pada setiapkabupaten/kota dan nilai total di Provinsi Gorontalo dapatdilihat pada tabel 7. berikut.

Tabel 5. Daya Yang Dihasilkan Berdasarkan Produksi Limbah tongkoljagung aktual

DaerahRata-rata Produksi

Limbah Aktual(ton)

Nilai Kalor (MJ)Konversi NilaiKalor ( η = 70

%) (MJ)

Daya(MW)

Kab. Boalemo 34.565 508.105.500 355.673.850 98.798

Kab. Gorontalo 19.724 289.942.800 202.959.960 56.377

Kab. Pohuwato 66.435 976.594.500 683.316.150 189.81

Kab. Bonbol 2.34 3.439.800 2.407.860 668

Kab. Gorut 4.689 68.928.300 48.249.810 13.402

Kota Gorontalo 53 779.1 545.37 151

T o t a l 125.7 1.847.790.000 1.293.153.000 359.206

Berdasarkan Tabel 5. dapat kita lihat daya pada setiapkabupaten/ kota dan daya total yang dapat dihasilkan darilimbah tongkol jagung per tahun. Perhitungan daya didasarkanpada perkalian antara efisiensi bahan bakar tongkol jagungterhadap jumlah total nilai kalor tongkol jagung per tahun.Dari data tersebut dapat dilihat total daya yang diperolahsebesar 359.206 MW per tahun. Jika kita membandingkandaya yang dihasilkan PLN per tahun terhadap daya yangdibutuhkan masyarakat Gorontalo maka kita dapatmemperoleh daya sebagai berikut :Daya terpasang PLN/tahun adalah sebesar 475.054,8 MWDaya mampu PLN/tahun adalah sebesar 317.637,6 MW.Jika dihitung defisit daya PLN provinsi Gorontalo dapatmencapai 157.417,2 MW. Artinya pemerintah masih harusmenyiapkan daya sebesar 157.417,2 MW untuk memenuhikebutuhan masyarakat.Dengan penambahan daya yang diperoleh dari bahan bakartongkol jagung sebesar 359.206 MW per tahunnya, makajumlah daya yang dihasilkan oleh bahan bakar tongkol jagungsebesar 359.206 MW telah menutupi kekurangan defisit dayasebesar 157.417,2 MW yang dibutuhkan oleh masyarakatprovinsi Gorontalo.

Provinsi Gorontalo yang terdiri dari lima kabupaten dansatu kotamadya Rasio Elektrifikasinya baru mencapai 49,79persen. Adapun daftar tunggu PLN mencapai 2.732permintaan atau sebesar 38.719 MW.

IV. KESIMPULAN

Produksi limbah tongkol jagung di provinsiGorontalo sangat potensial untuk pengembanganpemanfaatan limbah tongkol jagung untuk dijadikansebagai energi alternatif, limbah tongkol yangdihasilkan berdasarkan data jumlah produksi jagung

dalam 5 (lima) tahun terakhir, total pertahun produksijagung sebesar 501.685 ton dengan potensi produksilimbah tongkol jagung total pertahun mencapai172.913 ton. dan melakukan pemetaan daerah potensilimbah tongkol jagung.

Berdasarkan hasil potensi produksi limbah untukpemanfaatan limbah tongkol sebagai bahan bakaralternatif melalui proses pembakaran langsung(Biomassa) melalui proses pirolisis menghasilkandaya 359.26 MW dan energi kalor 1.293.153.000 MJ.

Dengan daya yang dihasilkan oleh limbah tongkoljagung sebesar 359.206 MW dapat menutupi depisitkekurangan daya sebesar 157.417,2 MW yangdibutuhkan masyarakat provinsi Gorontalo

DAFTAR PUSTAKA

[1] Alkuino E.L. 2000. Gasifying farm wastes as source of cheapheat for drying paddy and corns. International Rich ResearchOrganization, Philipines

[2] Anonimous, 2003, Provil Proyek Industri Briket ArangTempurung Kelapa.

[3] BPS Provinsi Gorontalo, 2009, Gorontalo Dalam Angka.

[4] Agustina, S. E. 2004. Biomass Potential as Renewable EnergyResources in Agriculture. Proceedings of International Seminaron Advanced Agricultural.

[5] Bridgwater, A. (2003). Renewable fuels and chemicals bythermal processing of biomass. Chem. Eng. J. (2003) 91, 87–102.

[6] Intan Aripin Ilmi, Ya’umar. Analisis Efisiensi SistemPembakaran Pada Boiler PLTU Unit III PT. PJB UP GresikDengan Metode Statistical Process Control.

[7] Lehman, J., (2007). Engineering and Farm Work Operation.Bogor, 25-26 August 2004. Bio-energy in the black. Conceptsand question. Front Ecology Environment 5, 381–387.

[8] Noldi. N, 2009, Uji Komposisi Bahan Pembuatn Briket BiorangTempurung Kelapa dan Serbuk Kayu Terhadap Mutu yangDihasilkan. Skripsi Pertanian Fakultas Pertanian UniversitasSumatera Utara. Sumatera Utara

[9] Prasetyo, T, Joko Handoyo, dan Cahyati Setiani. 2002.Karakteristik Sistem Usahatani Jagung-Ternak di Lahan Irigasi.Prosiding Seminar Nasional: Inovasi Teknologi Palawija, Buku2- Hasil Penelitian dan Pengkajian. Pusat Penelitian danPengembangan Sosial Ekonomi Pertanian, Badan LitbangPertanian, hal. 581-605.

[10] Seran, J.B. 1990.,”Bioarang Untuk Memasak”, Edisi II, Liberti.,Yogyakarta.

[11] Soeyanto,T. 1982. “Cara Membuat Sampah jadi Arang danKompos”, Yudhistira, Jakarta

[12] Widodo,Teguh Wikan, A. Asari, Ana N.dan Elita, R. Bio EnergiBerbasis Jagung dan Pemanfaatan Limbahnya. Balai BesarPengembangan Mekanisasi Pertanian Serpong Badan LitbangPertanian, Departemen Pertanian

.



Pengendalian Perilaku Arah Kendaraan MelaluiKontrol Traksi Dengan Continuous Variable

Transmission

I Ketut Adi AtmikaJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik-Universitas Udayana

Kampus Bukit Jimbaran, Badung, [email protected]

Abstrak — Perbaikan kinerja perilaku arah kendaraan sudahdilakukan dengan menambahkan sistem kontrol pengereman,sistem kontrol traksi dengan kontrol pembukaan katup trottle danintervensi pengereman. Sistem kontrol traksi/torsi roda penggerakdengan Continously Variable Transmission (CVT) akan dibahasdisini. Sistem kontrol pengereman dan sistem kontrol traksi padadasarnya berpegangan pada setting point ratio slip pada kondisipengereman/percepatan optimum. Makalah ini akan menjelaskananalisa perilaku arah kendaraan dari sistem kontrol torsi rodapenggerak dengan CVT menggunakan simulasi komputer. Untukproses simulasi dibuat model kendaraan secara lengkap denganinput kondisi dan parameter operasi dimana sistem itu bekerja,dengan setting point ratio slip () pada koefisien gesek longitudinalyang bervariasi. Analisa perilaku arah kendaraan difokuskan padaperilaku gerakan belok kendaraan. Yaw respon akan dibandingkandengan yaw ackermannya, untuk mendapatkan gambaran kinerjaperilaku arah kendaraan. Respon kontrol traksi akandibandingkan dengan respon kontrol pengereman. Hasil simulasimenunjukkan pada kecepatan yang cukup tinggi yaitu 80 km/jamsistem kontrol traksi dengan CVT masih bekerja dengan baik,sedangkan kontrol pengereman pada kecepatan diatas 60 km/jamkondisi kendaraan cenderung oversteer.

Kata kunci—Sistem kontrol traksi, CVT, ratio slip (), koefisiengesek longitudinal, yaw respon, yaw ackerman, oversteer.

I. PENDAHULUAN

Kinerja Perilaku arah kendaraan belakangan ini menjadiperhatian serius dalam hal merancang desain danperlengkapan-perlengkapan kendaraan. Untuk memperbaikistabilitas arah kendaraan, baik pada kondisi jalan lurusmaupun jalan belok dapat dilakukan dengan penambahan alattertentu, baik secara tersendiri maupun secara bersama-samaatau terintegrasi. Pada kondisi jalan dengan koefisien gesekyang rendah, ABS mencegah roda lock selama pengereman.Sistem kontrol traksi (TCS) yang ada mencegah roda melintirselama percepatan berlangsung, khususnya pada kondisi jalanlurus. Sistem kontrol traksi/torsi pada roda penggerak denganCVT dapat dipakai sebagai salah satu alternatif untukmemperbaiki kinerja dan respon kendaraan, bila dioperasikanpada kondisi jalan belok.

Sistem kontrol torsi atau sistem kontrol traksi ini, biasanyadioperasikan secara terintegrasi dengan sistem steering empatroda yang akan memberikan akselerasi tinggi yang berkaitandengan kestabilan, serta tidak diperlukan pengendalian yangberlebihan. Disamping itu, pada kondisi belok informasikecepatan kendaraan (V), sudut steer roda depan (δf) dan

parameter-parameter serta kondisi operasi bisa digunakansebagai variabel input untuk sistem kontrol torsi ini, kemudiandianalisa kinerja perilaku arah kendaraan.

Penelitian tentang konsep baru sistem kontrol traksi, yaitudengan HTCS (Hybrid Traction Control System)menggunakan Engine Inertia Brake [1]. Desain dan aspekkonstruksi dari Zero Inertia Conntinouse VariableTransmission untuk kendaraan penumpang didapatkaneffisiensi transmisi dan kebutuhan bahan bakar yang optimum[2].

Pengembangan system dengan flywheel assisted drivelinebahwa ratio CVT dikontrol untuk mendapatkan kebutuhanratio gigi yang diinginkan pada effisiensi transmisimaksimum, juga untuk mencegah slip pada belt [3]. Penelitianmengenai dua strategi kontrol untuk pembukaan katup enginedan perubahan ratio CVT untuk meningkatkan driveability dankebutuhan bahan bakar yang ekonomis pada kondisi tertentu[4].

Pengembangan Antilock Breaking System denganmengaplikasikan control indeks yaw dinyatakan bahwagerakan yawing adalah salah satu parameter kunci dalammenentukan stabilitas arah kendaraan [5].

II. METODE

Gaya gesek disebabkan oleh slip yang terjadi diantara rodapenggerak dan permukaan jalan. Selama percepatanmenimbulkan slip () pada roda-roda tersebut [6]. :

VVr ).(

(1)

dimana : V = kecepatan kendaraan (m/s)r = jari-jari roda penggerak (m) = kecepatan angular roda

penggerak (rad/s)Suatu konsep kontak ban dan jalan yang mengubah suatukonsep pengereman/traktif dan concerning effort yang telahada. Hasilnya seperti ditunjukkan pada gambar 1.



Gambar 1. Koefisien percepatan lateral [6]Pada prinsipnya konsep ABS system dan TCS system adalahmenjaga slip roda () seperti yang diharapkan (desired range),sehingga mendapatkan kondisi pengereman/accelarationtraktif optimum.

A. Pemodelan

driveline

Gambar 2. Model power train

Torsi engine dari laju aliran massa udara [8]:

Te = -39,22 + (3252024/120Ne).(0,0005968.Ne - 0.1336.Pm +0.0005341 Ne.Pm + 0.00000175 Ne.Pm2) - 0,0112.2 +

0,000675..Ne.(2/60) + 0,635. + 0.0216. Ne.(2/60) -0,000102.Ne2.(2/60)2 (2)

dimana :Pm = 50,66 KpaNe = putaran mesin (rpm) = 100 < < 450 Ne = putaran mesin (rpm) = 100 < < 450 Pm = 50,66 Kpa Ne = putaran mesin (r = 100 < < 4

CVT

Gambar 3. Torsi dan gaya pada CVT

Dari gambar 3, maka persamaan-persamaan yang berkaitan :

ppppbp IcTT ..

sssssb IcTT ..

bbppb Fskrm ... (3)

dimana : Tp = Torsi pulley primerTs = Torsi pulley sekunderTb = Torsi beltIp = Momen Inersia pulley primerIs = Momen Inersia pulley sekundercp = konstanta redaman primercs = konstanta redaman sekunderkb = kekakuan beltmb = massa belt

Kemudian dengan memisalkan

pX 1 ,

sX 2 ,

pb

bp rm

skX

..

3

Sehingga didapat :

p

pb

p

pITT

XIc

X 11 . ,

s

bs

s

sITT

XIc

X 22 .

pb

b

pb

brmF

Xrmk

X.

.. 33

Kemudian ditulis dalam bentuk state space

XCy

BuXAXT .

.

(4)

Drive shaftDari gambar 2. Skema power train dan dengan

penyederhanaan diapatkan torsi pada drive shaft adalahsebagai berikut :

sfsh TiT . (5)

Persamaan dinamika roda penggerak tanpa pengereman :

w

rwwshw J

TRFT

. (6)

dimana :Fw = gaya dorong pada roda penggerak (N)Rw = jari-jari roda penggerak (m)Tr = torsi rolling resistance (Nm)Tsh = torsi pada poros roda penggerak (Nm)Jw = Momen Inersia Polar pada roda

VehicleDinamika kecepatan kendaraan adalah hasil dari gaya roda

Fw dan hambatan aerodinamis dan dituliskan :

v

vwv m

vcFv

2. (7) (6)

dimana :Fw = gaya dorong pada roda (N)cv = suatu konstanta aerodinamisv = kecepatan kendaraan (m/s)mv = massa kendaraan (kg)

Gambar 1. Pengaruh skid terhadap koefisien adhesi



III. HASIL DAN DISKUSI

Simulasi dilakukan pada persen slip () = 0,2. Dasarpengambilan ini adalah pada konsep kontak ban dan jalan(gambar 1), dimana diharapkan slip sekecil-kecilnya tetapitetap pada koefisien gesek longitudinal dan koefisien lateralyang cukup besar. Kecepatan kendaraan yang diambil jugabervariasi untuk mengetahui pengaruhnya terhadap kinerjakontrol torsi dengan CVT tersebut. Demikian juga sudut steerdiambil adalah 5 derajat step dan 10 derajat step. Beberapacontoh hasil simulasi ditampilkan pada gambar 4 sampaidengan gambar 9, dan gambar 10 merupakan rangkumannya.

Gambar 4. Grafik Yawrate vs waktu, untuk = 0,2, V = 60 km/jam, f = 50








Gambar 10. Grafik Yawrate vs kecepatan kendaraan

Dari gambar 10 dapat dilihat bahwa dengan naiknyakecepatan kendaraan maka harga rata-rata yawrate padakondisi steady juga cenderung naik jika dioperasikan padakondisi operasi sudut steer yang sama, demikian juga dengannaiknya sudut steer maka harga rata-rata yawrate pada kondisisteady juga cenderung naik jika dioperasikan pada kecepatanyang sama. Dapat dilihat juga bahwa pengaruh setting sliprelatif kecil terhadap harga rata-rata yawratenya.

Kemudian hasil respon kinerja perilaku kontrol traksidibandingkan dengan respon kontrol pengereman ABS.Tampilan hasil dari kontrol pengereman untuk berbagaikondisi operasi ditunjukkan pada gambar 1.

(a). kondisi 20 km/h-sudut steer 15 derajat

(b). kondisi 50 km/h-sudut steer 15 derajat

(c) kondisi 60 km/h-sudut steer 15 derajatGambar 11. Respon kendaraan dengan kontrol pengereman ABS [5]

Dari gambar 11. respon kendaraan dengan kontrol ABSpada kecepatan 20 km/jam dan 50 km/jam masih cukup baikdimana yawrate respon masih mendekati yawrateackermannya, sedangkan pada kecepatan 60 km/jam yawraterespon mulai menjauh diatas yawackermannya, sehinggakendaraan cenderung oversteer.

IV. KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan dan analisa dapat ditarik beberapakesimpulan sebagai berikut : Sistem kontrol traksi dengan CVT dapat bekerja pada

setting persen slip yang dikehendaki, dimanayawrate respon bisa dikontrol sehingga kondisinya



selalu mendekati kondisi ideal (ackerman) denganamplitudo yawrate respon rata-rata 0,15 derajat/s.

Dari analisa yawrate respon dan yawrate ackermandapat dilihat bahwa sistem kontrol traksi denganCVT memberikan prilaku arah kendaraan yang baik,ditunjukkan dengan kondisi steady state yang dicapairata-rata pada 100 milisekon dan yawrate responmendekati yawrate ackermannya.

Semakin besar kecepatan kendaraan pada sudut steeryang sama, yawratenya semakin besar, demikian jugasemakin besar sudut steer pada kecepatan yang sama,yawratenya juga semakin besar.

Pada kecepatan yang cukup tinggi (80 km/jam)kontrol torsi dengan CVT perilaku arah kendaraanmasih cukup baik, sedangkan kontrol pengeremanABS pada kecepatan 60 km/jam, perilaku kenderaancenderung sulit dikendalikan (oversteer).

REFERENCES

[1] Tatshuko Abe, 1996. “Hybrid Traction Control System”, IEEEControl System Magazine.

[2] R.M. Van Drutten, 2000, “ Design and Construction aspect of aZero Inertia CVT for Passenger Cars”, FISITA WordAutomotive Congress Seoul .

[3] B.G. Vroemen, Frans E. Veldpaus, 2000 “Control of a CVT in aFlywheel Assisted Driveline”, FISITA Word AutomotiveCongress Seoul .

[4] Alex F.A. Serrarens, Frans E. Veldpaus, 2000, “New Conceptfor Control of Power Transients in Flywheel Assisted Drivelineswith a CVT,” FISITA Word Automotive Congress Seoul .

[5] Nyoman Sutantra, Agus Sigit P., M.Harly, 2002, “Improvementof ABS Performance Through Application of Yaw ControlIndex”, 6th Symposium on Advance Vehicle Control (AVEC)Japan

[6] Taborek, 1970, “Study Experimental Wheel – Road AdhesiveFactor”.

[7] Nyoman Sutantra, 1999, “Teknologi Otomotif – Teori danAplikasinya” 1st edition, Surabaya.

[8] Vachtsevanos, G.Parinwata, dan Pirovolou, D., 1993,“Control on Automotive Engine” IEEE Control SystemMagazine, 13, 62-68



Prototype Mobil Listrik dengan Menggunakan

Motor DC Magnet Permanen 0,37 HP

. Duta Widhya SasmojoProdi Elektro Fakultas Teknik Universitas Pancasila

Srengseng Sawah, Jagakarsa,Jakarta Selatan

[email protected]

Abstract— Abstract— Konsep mobil listrik bukanlah barangbaru. Seiring bertambah majunya teknologi baterai pada akhirabad ke 19, beberapa kendaraan listrik sudah mulai diproduksi.Perkembangan dunia otomotif, menyebabkan peningkatankebutuhan akan bahan bakar minyak yang dipakai sebagaibahan bakar kendaraan bermotor. Dengan kenaikan hargaminyak bumi yang terus meningkat, maka pengembangan mobillistrik berpeluang besar menjadi penyelesaian masalah tersebut.Penggunaan mobil listrik dirasa efektif selain tidakmenimbulkan polusi udara dan konstruksi mesinnya yang lebihsederhana. Penggunaan mobil listrik tentunya membutuhkanmesin listrik. Pada penulisan ini akan mengkaji prototipe mobillistrik sederhana yang menggunakan motor listrik jenis motor dcdengan magnet permanen pada statornya. yaitu motor dc,karena motor dc lebih mudah diatur kecepatan putarnyadibandingkan dengan motor ac. Disebut sebagai motor dcmagnet permanen karena motor ini menggunakan dua atau lebihmagnet permanen pada statornya. Sedangkan bagian motor yangberputar, atau rotor, terdiri dari lilitan yang akan terhubungpada suatu komutator mekanik melalui karbon brush. Denganberkembangnya teknologi baterai maka berpengaruh terhadapmeningkatnya kemampuan dan kecepatan mobil listrik, karenafungsi baterai yang sangat vital sebagai sumber tenaga listrikyang dapat diisi kembali. Pada akhirnya mobil listrik inidiharapkan untuk dapat lebih cepat dan lebih bertenaga sertamemiliki ketahanan (kemampuan yang lebih) dibandingkandengan mobil konvensional berbahan bakar minyak fosil.

Kata kunci : mobil listrik, motor dc magnet permanen,inverter,dc drive.

I. PENDAHULUAN

Perkembangan dunia otomotif, menyebabkan peningkatankebutuhan akan bahan bakar minyak yang dipakai sebagaibahan bakar kendaraan bermotor. Dengan kenaikan hargaminyak bumi yang terus meningkat (meskipun tren hargaminyak akhir-akhir ini sedang turun), maka tidak ada salahnyakalau industry otomotif mulai mengembangkan mobil hybrid,dan mobil listrik.

Penggunaan mobil listrik dirasa efektif selain tidakmenimbulkan polusi udara dan konstruksi mesinnya yang lebihsederhana. Penggunaan mobil listrik tentunya membutuhkanmesin listrik, yaitu motor dc, karena motor dc lebih mudahdiatur kecepatan putarnya dibandingkan dengan motor ac.

Motor dc yang digunakan yaitu motor dc dengan magnetpermanen pada statornya. Disebut demikian karena motor inimenggunakan dua atau lebih magnet permanen pada statornya.

Sedangkan bagian motor yang berputar, atau rotor, terdiri darililitan yang akan terhubung pada suatu komutator mekanikmelalui karbon brush.

Alasan penulis memanfaatkan motor dc jenis ini, karenamotor dc jenis ini mempunyai kelebihan yaitu dapat denganmudah untuk digerakkan untuk dua arah putaran (reversible)hanya dengan mengubah polaritas positif (+) dan negative (-)pada tegangan dc sumbernya. Selain itu motor dc jenis ini jugamemiliki rating putaran rpm yang tinggi (sampai 3000 rpm).

.

II. DASAR TEORI

A. Motor DCMotor listrik menggunakan energi listrik dan energi

magnet untuk menghasilkan energi mekanis. Operasi motortergantung pada interaksi dua medan magnet. Secarasederhana dikatakan bahwa motor listrik bekerja denganprinsip bahwa dua medan magnet dapat dibuat berinteraksiuntuk menghasilkan gerakan. Tujuan motor adalah untukmenghasilkan gaya yang menggerakkan (torsi).

Sedangkan motor arus searah (dc) digunakan dimanakontrol torsi dan kecepatan dengan rentang yang lebardiperlukan untuk memenuhi kebutuhan aplikasi. Arahputaran motor dc magnet permanen ditentukan oleh araharus yang mengalir pada kumparan jangkar (armature).Pembalikan ujung-ujung jangkar tidak membalik arahputaran. Salah satu keistimewaan motor dc ini adalahkecepatannya dapat dikontrol dengan mudah. Kecepatanmotor magnet permanen berbanding langsung dengan hargategangan yang diberikan pada kumparan jangkar. Semakinbesar tegangan jangkar, semakin tinggi kecepatan motor.

Motor dc jenis seriMotor dc jenis seri terdiri dari medan seri yang dibuat

dari sedikit lilitan kawat besar yang dihubungkan seri denganjangkar. Jenis motor dc ini mempunyai karakteristik torsistart dan kecepatan variabel yang tinggi, ini berarti bahwamotor dapat start atau dapat menggerakkan beban yangsangat berat, tetapi kecepatan akan bertambah kalau bebanturun.



Gambar 1 Rangkaian motor seri

Motor dc jenis shuntKumparan medan shunt dibuat dengan banyak lilitan

kawat kecil, karena itu mempunyai tahanan yang tinggi.Motor shunt mempunyai rangkaian jangkar dan medanyang dihubungkan parallel yang memberikan kekuatanmedan dan kecepatan motor yang sangat konstan.

Gambar 2 Rangkaian motor shunt

B. Karakteristik Motor DC SeriSeperti yang telah dijelaskan pada penjelasan di atas

bahwa motor dc seri terdiri dari medan seri yang dibuat darisedikit lilitan kawat besar yang dihubungkan seri denganjangkar. Jenis motor dc ini mempunyai karakteristik torsi startdan kecepatan variable yang tinggi, ini berarti bahwa motordapat start atau dapat menggerakkan beban yangsangat berat, tetapi kecepatan akan bertambah kalau bebanturun. Jenis motor dc magnet permanen yang digunakanmerupakan motor dc jenis seri maka berikut ini ditampilkankarakteristik untuk motor dc seri

Gambar 3 Karakteristik motor DC seri bermagnet permanent

C. Konstruksi Motor DCSecara umum konstruksi motor arus searah (dc) adalah

seperti gambar 4.

Gambar 2.4 Konstruksi mesin dcBagian kontruksi motor dc secara umum :a. Stator motor dcb. Rotor atau jangkar motor dcc. Komutatord. Sikat (Brush)

D. Pengaturan Kecepatan Putaran Motor DCMotor dc magnet permanen adalah motor yang fluks

magnet utamanya dihasilkan oleh magnet permanen. Karenanilai fluks magnet konstan (tetap), maka pengendaliankecepatan putaran motor dc ini dilakukan dengan caramengubah tegangan masukan.

Pengaturan kecepatan memegang peranan pentingdalam motor arus searah, karena motor arus searah mem-punyai karakteristik kopel-kecepatan yang lebih meng-untungkan dibandingkan dengan jenis motor yang lainnya.Tiga cara pengaturan kecepatan motor arus searah :1. Pengaturan kecepatan mengatur tahanan medan2. Pengaturan kecepatan mengatur tegangan terminal (Vt)3. Pengaturan kecepatan mengatur medan shunt ( Φ )

E. Torsi Motor ListrikUntuk motor listrik, torsi adalah perbandingan langsung

hasil dari flux magnet dengan arus.

F. Rating Motor DCName Plate pada motor merupakan kumpulan data

(informasi) yang menjelaskan rating dan spesifikasi terkaitdengan motor tersebut. Name plate sangat dibutuhkan padasaat proses perancangan suatu sistem yang menggunakanmotor sebagai penggeraknya.

G.BateraiBaterai merupakan bagian yang cukup vital pada

kendaraan listrik dalam hal menyimpan energi listrikuntuk dapat digunakan sebagai daya penggerak motor dankontrolnya. Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimanapada saat pengisian/charge energi listrik diubah menjadikimia dan saat pengeluaran/discharge energi kimia diubahmenjadi energi listrik (ketika baterai tersebut memberikanarus).



Gambar 2.5 Baterai 12 Volt

H. Saat Baterai Aki Menerima ArusBaterai yang menerima arus adalah baterai yang

sedang diisi dengan cara dialirkan listrik DC, dimana kutuppositif baterai dihubungkan dengan arus listrik positif dankutub negatif dihubungkan dengan arus listrik negatif.

Kapasitas BateraiKapasitas baterai adalah jumlah ampere jam Ah =

kuat arus (Ampere) * waktu (hour), artinya baterai dapatmemberikan/menyuplai sejumlah isinya secara rata-ratasebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun (dropvoltage) yaitu sebesar 1,75V. Sedangkan faktor yangmempengarui kapasitas aki adalah jumlah bahan aktif dantemperature.

I. InverterInverter (konverter DC to AC) merupakan suatu pe-

rangkat yang dipakai untuk mengubah daya arus searah(DC) menjadi daya arus bolak-balik (AC), yang tegangan danfrekuensinya dapat diatur (presisi). Tegangan bolak-balik(AC) yang dihasilkannya berbentuk gelombang persegidan pada pemakaian tertentu diperlukan filter untukmenghasilkan bentuk gelombang sinus.

Gambar 2.5 Simbol inverter (konverter DC ke AC)

Pada umumnya suatu inverter terdiri dari rangkaianjembatan thyristor dan rangkaian pengatur penyalaan.Rangkaian pengatur penyalaan digunakan untuk mengaturtegangan dan frekuensi yang dihasilkan oleh inverter.Perioda pulsa yang memacu thyristor akan menentukanfrekuensi yang dihasilkan, sedangkan tegangan efektifnyaditentukan oleh lebar pulsa tersebut.

Berdasarkan bentukgelombang keluarannya terdapat duajenis inverter yaitu :

1. Inverter dengan tegangan dan frekuensi keluaran konstan.2. Inverter dengan tegangan dan frekuensi keluaran berubah-

ubah.

J. DC DriveDC drive (Pengontrol Tegangan dc) ini secara khusus

dirancang untuk mengontrol kecepatan motor dc shunt danmotor dc dengan magnet permanent baik pada rotorataupun statornya. DC drive ini ditujukan untuk dapatberfungsi pada power supply dengan range 110/120V ACatau 220/240V AC 50/60 Hz.

Pengontrolan yang terkait dengan motor DC dapatdicapai dengan menggunakan sebuah sinyal umpan balikclosed loop linear yang bergantung pada teganganarmature motor DC tersebut, sehingga memungkinkanuntuk dapat mempertahankan kecepatan motor yangkonstan meskipun dengan beban motor yang bervariasi. PadaDC drive terdapat tiga macam terminal, yaitu : terminalkontrol, terminal power, dan terminal tambahan.

K. PotensiometerPotensiometer terbagi menjadi dua jenis berdasarkan

perbandingan perubahan nilai resistansi potensiometerdengan kedudukan kontak gesernya yaitu potensiometerlinier dan potensiometer logaritmis. Potensiometer linieradalah potensiometer yang perubahan nilai resistansinyasebanding dengan kedudukan kontak gesernya. Tetapisebaliknya jika perubahan nilai resistansi potensiometertersebut tidak sebanding dengan kedudukan kontakgesernya maka potensiometer semacam ini disebutpotensiometer disebut potensiometer logaritmis.

Gambar 2.6 Potensiometer putar dan geser

L. GearBoxUntuk memperkuat torsi sebuah motor yang biasanya

dinyatakan dalam kg-cm digunakan gear reduksi. Torsidiukur berdasarkan kemampuan sebuah tuas sepanjang1cm untuk menggerakkan benda sebesar x kg. Semakinlambat putaran motor akibat penambahan gear makasemakin kuat torsi yang dihasilkan. Perubahan putaran iniberbanding terbalik dengan perbedaan diameter gear.Kecepatan motor akan turun dua kali lipat untuk gear yangdua kali lebih besar. Perlu diperhatikan bahwa gear yangdigunakan harus memiliki ukuran gigi yang sama persis.

M.Blok Diagram Mobil Listrik



Gambar 2.7 Blok diagram mobil listrik yang sudah kompleks

N. Konsep Mobil ListrikSelama sepuluh tahun terakhir ini desakan untuk

memproduksi suatu kendaraan yang bertenaga listrik (mobillistrik) semakin gencar dikampanyekan. Bahkan beberapawaktu yang lalu telah dicanangkan suatu aturan yangmengatur untuk memproduksi kendaraan tanpa emisi (zeroemission) untuk beberapa tahun yang akan datang.

Kecepatan dan torsi untuk motor jenis ini dapat diubahdengan mengubah arus yang mengalir pada field dan / atauarus yang mengalir pada armature. Karakteristikpengontrolan yang dapat digunakan pada system iniditunjukkan pada gambar 3.1 Mobil listrik akan mulaibergerak saat waktu=0 pada saat awal melakukan per-cepatan pada armature dibatasi sesuai kebutuhan. Seiringdengan naiknya kecepatan, kemudian arus yang mengalir difield dikurangi, yang akan berakibat pada melemahnyamedan field motor tersebut. Hal ini akan mengakibatkanpengurangan EMF balik yang berasal dari armature.Sehingga terjadi peningkatan pada arus yang mengalir padaarmature, maka hal ini akan memungkinkan terjadinyapeningkatan pada kecepatan motor dc tersebut.

III. PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan disajikan mekanisme perancanganalat, berupa perangkat keras untuk mewujudkan pembuatanprototipe mobil listrik dengan menggunakan motor dcbermagnet permanen pada statornya.

Penulis sebelumnya mencari bahan dasar perbandinganmengenai konsep mobil listrik yang sederhana melalui mediainternet dan koran. Dan berdasarkan pencariantersebut, penulis menemukan sebuah situs yangmemperlihatkan beberapa model mobil listrik yangdikembangkan oleh beberapa pabrikan mobil.(http://www.geocities.com/sorefeets/forsa/forsa.htm)

Gambar 3.1 Ilustrasi mobil listrik

Namun dalam kenyataannya rancangan mobil listrikyang dibuat penulis bukanlah tergolong sebagai mobil listrikyang sudah kompleks, melainkan hanya berupa prototypemobil listrik yang sederhana. Langkah-langkah perencanaanpembuatan prototipe mobil listrik ini terdiri dari beberapalangkah yaitu :

1. Perancangan diagram blok.2. Perancangan dudukan motor.3. Perancangan perangkat mekanik.4. Perancangan perangkat elektrik.5. Pengujian alat dan pengambilan data.

A. Perancangan Diagram Blok

Gambar 3.2. Blok diagram perancangan sistem mobil listrik

Seperti umumnya pada pembuatan alat yang lain, makapada pembuatan prototype mobil listrik ini dilakukandalam beberapa tahapan.

Yang pertama yaitu tahapan perancangan dan pem-buatan diagram blok sistem. Tahapan perancangan diagramblok ini sangat penting karena berfungsi sebagaidasar (pondasi) darip proses rancang bangun alat ini.Perancangan dan pembuatan alat ini diharapkan akan dapatmemberikan kontribusi. Fungsi dari masing-masing blokdapat dijelaskan sebagai berikut:1. Gearbox

Untuk memperkuat torsi sebuah motor yang biasanyadinyatakan dalam kg-cm digunakan gear reduksi. Torsidiukur berdasarkan kemampuan sebuah tuas sepanjang



1cm untuk menggerakkan benda sebesar x kg.2. Motor DC magnet permanen

Motor DC magnet permanen menggunakan energilistrik dan energi magnet permanen untuk menghasilkanenergy mekanis. Tujuan motor adalah untukmenghasilkan gaya yang menggerakkan (torsi). Padaperancangan ini motor DC dicatu oleh tegangan DCyang berasal dari keluaran DC drive yang nilaitegangannya bervariasi mulai dari 0,2 volt DC sampaidengan 165 volt DC sesuai dengan perubahan nilaihambatan pada potensiometer.

3. Pengontrol tegangan DC (DC drive)Pengontrol tegangan DC (DC drive) yang akandigunakan pada mobil listrik ini berfungsi untukmengubah tegangan masukan jala-jala PLN sebesar220 volt DC menjadi tegangan DC yang nilaikeluarannya bervariasi mulai dari 0,2 volt DCsampai dengan 165 volt DC sesuai dengan perubahannilai hambatan pada potensiometer tersebut.

4. InverterInverter (konverter DC ke AC) merupakan suatuperangkat yang dipakai untuk mengubah daya arussearah (DC) menjadi daya arus bolak-balik (AC). Padaperancangan ini inverter berfungsi sebagai sumberuntuk menyediakan daya arus bolak-balik (AC) yangakan disuplai untuk masukan DC drive sebesar 220 VoltAC, sehingga seolah-olah inverter berfungsi sebagaipengganti tegangan jala-jala PLN.

5. PotensiometerPotensiometer ini digunakan untuk mengatur kecepatanputar motor DC. Potensiometer ini berfungsi sebagaielemen untuk mengatur kecepatan mobil listrik ataudalam mobil konvesional fungsinya sama seperti pedalgas.

6. BateraiBaterai merupakan bagian yang cukup vital padakendaraan listrik dalam hal menyimpan energi listrikuntuk dapat digunakan sebagai daya penggerak motor dankontrolnya. Pada perancangan ini baterai berfungsisebagai sumber untuk menyediakan daya arus searah(DC) yang akan di suplai untuk masukan invertersebesar 12 Volt DC untuk kemudian diubah olehinverter menjadi daya arus bolak-balik (AC) yangkonstan sebesar 220 Volt AC.

7. Pengisi baterai (battery charger)Pengisi baterai (battery charger) merupakan suatuperangkat tambahan yang berfungsi untuk mengisimuatan baterai yang sudah berkurang atau bahkanhabis karena pemakaian baterai (discharging process).

B. Perancangan Dudukan MotorUntuk melaksanakan tahapan ini maka terdapat beberapa

urutan proses yaitu :1. Melakukan serangkaian pengukuran pada lubang baut

dan mur yang ada di motor DC2. Setelah pengukuran pada lubang baut dan mur

dilakukan, kemudian dilanjutkan dengan menggam-bar dudukan motor DC tersebut dalam bentuk tiga

dimensi, dengan menggunakan program corel draw.Sesuai dengan gambar berikut ini :

Gambar 3.3 Perancangan dudukan motor menggunakan corel draw

3. Membuat bentuk dudukan motor DC kedalambentuk dan ukuran yang sesungguhnya, namundengan meng-gunakan bahan kertas kardus (maket),dilengkapi dengan lubang-lubang yang sesuaidengan ukuran baut dan mur motor DC.

4. Kemudian dilanjutkan dengan dengan pembuatandudukan motor yang sebenarnya sesuaidengan langkah diatas, namun bahan yangdigunakan tidak lagi memakai kardus, melainkanplat besi baja dengan tebal 8 milimeter.

5. Langkah yang terakhir adalah pengecatan padadudukan motor dc tersebut dengan memakai catbesi. Langkah pengecatan ini perlu dilakukan agardudukan motor yang dibuat tersebut tidak berkarat.Sesuai dengan gambar dibawah ini :

Gambar 3.4 Dudukan motor setelah pengecatan

C. Perancangan Sistem MekanikTahapan perancangan system mekanik dianggap

penting karena untuk dapat mentransmisikan tenaga (torsi)yang berasal dari motor ke gearbox dan melalui gearpenggerak yang dihubungkan dengan rantai untukmenggerakkan gear yang digerakkan, sehingga mobil listrikdapat bergerak. Sehingga dengan demikian system mekanikini perlu dirancang. Sedangkan macam-macam perangkatyang perlu dirancang pada sistem mekanik ini yaitu : batangas untuk gear penggerak, gear penggerak, sepi pengganjaluntuk batang as (pen) dan rantai.

Untuk melaksanakan tahapan ini maka terdapat beberapaurutan proses yaitu:1. Melakukan serangkaian pengukuran diameter pada

lubang gearbox yang sudah ada.2. Menggambar batang as untuk gear penggerak tersebut

dalam bentuk tiga dimensi, dengan menggunakanprogram corel draw, sesuai dengan gambar berikut :



Gambar 3.5 Perancangan batang as menggunakan corel draw

3. Membuat bentuk batang as untuk gear penggerakkedalam bentuk dan ukuran yang sesungguhnya,namun dengan menggunakan bahan kayu yang mudahdi bentuk dengan pisau cutter.

4. Membuat batang as untuk gear penggerak yangsebenarnya dengan batang besi baja selinder dengandiameter 2,8 milimeter dengan menggunakan mesinbubut. Maka hasil jadi dari batang as untuk gearpenggerak adalah seperti gambar berikut ini :

Gambar 3.6 Batang as untuk gear penggerak melalui proses pembubutan

Gambar 3.7 Gear penggerak melalui proses pembubutan

Untuk proses perancangan pada gear penggerak dan sepipengganjal untuk batang as (pen) proses perancangannyamemiliki langkah-langkah yang sama seperti melakukanperancangan dan pembuatan batang as untuk gear penggerakselain itu juga menggunakan cara yang sama yaitu denganproses pembubutan dengan mesin bubut.

D. Perancangan Sistem ElektrikTahapan perancangan elektrik sistem mobil listrik

harus memiliki sistem kelistrikan yang akan memberikantenaga listrik, yang akan dikonversikan menjadi tenagagerak oleh motor penggerak, dalam hal ini yang digunakansebagai motor penggerak adalah motor listrik DC magnetpermanen pada statornya. Karena tanpa memliki systemkelistrikan, maka sebuah mobil listrik tidak akan dapatdigerakkan dan diatur kecepatannya. Sehingga dengandemikian sistem elektrik ini perlu dirancang.

Oleh karena itu maka dilakukanlah proses perancangansistem elektrik ini dengan menyesuaikan kondisi perangkat

dan tempat (space) yang tersedia terhadap rangka mobillistrik yang sudah ada. Sedangkan macam-macamperangkat yang perlu dipilih dan dirancang pada sistemelektrik ini yaitu : motor penggerak, regulator tegangan,converter tegangan, sumber tegangan, cara pembalikanpolaritas tegangan, switch, soket, pengkabelan, dan terminalblok.

Untuk melaksanakan tahapan ini maka terdapat beberapaurutan proses yaitu :1. Menentukan jenis motor penggerak yang akan

digunakan dalam mobil listrik. Motor DC dengan magnetpermanent memiliki beberapa kelebihan.

− Memiliki torsi start besar (bagus)

− Kecepatannya dapat dikontrol dengan mudah. Ke-cepatanmotor magnet permanen berbanding langsung dengantegangan yang diberikan pada kumparan jangkar. Semakinbesar tegangan jangkar, semakin tinggi kecepatan motor.

− Arah putaran motor DC magnet permanen ditentukan oleharah arus yang mengalir pada kumparan jangkar (armature).

− Ukurannya lebih kecil dan lebih ringan apabila disbanding-kan dengan motor dc jenis lainnya untuk besar HP (HorsePower) yang sama.

− Magnet permanent pada statornya memiliki eksitasi yangkonstan, sehingga sangat cocok digunakan untuk aplikasiyang membutuhkan karakteristik speed dan torsi yangkonstan.

Gambar 3.8 Motor dc magnet permanen yang dipakai pada mobil listrik

Gambar 3.9 Bagian-bagian motor dc magnet permanen

2. Menentukan jenis pengontrol tegangan dc untuk motorpenggerak yang akan digunakan dalam mobillistrik.

− Pengontrol tegangan dc (dc drive) yang akan digunakanpada mobil listrik ini berfungsiuntuk mengubah



tegangan masukan jala-jala PLN sebesar 220 Volt ACmenjadi tegangan DC yang nilai keluarannyabervariasi mulai dari 0,2 volt dc sampai dengan 165 voltdc sesuai dengan perubahan nilai hambatan padapotensiometer tersebut.

Gambar 3.10 Pengontrol tegangan dc (dc drive)

Pengontrolan tegangan dc ini merupakan alat yangsudah jadi, sehingga memudahkan dalam perakitannyapada tempat yang dibutuhkan. Dalam pemasangannyapengontrol tegangan ini tidaklah berdiri sendiri, tetapijustru membutuhkan suatu komponen tambahanberupa potensiometer tipe linear dan memiliki

hambatan sebesar 10 KΩ.

Gambar 3.11 Potensiometer 10 KΩ

Potensiometer ini digunakan untuk mengatur kecepatanputar motor DC. Potensiometer ini berfungsi sebagaielemen untuk mengatur kecepatan mobil listrik ataudalam mobil konvesional fungsinya sama seperti pedalgas.

3. Menentukan jenis konverter tegangan 12 volt dcmenjadi 220 volt yang akan digunakan untukmenyediakan catu daya untuk pengontrolan tegangandc.

Gambar 3.12 Inverter

4. Menentukan jenis sumber tegangan 12 Volt DC yangakan digunakan untuk mencatu inverter. Untukmencatu inverter, maka dibutuhkan suatu sumbertegangan dc yang memiliki syarat sebagai berikut:

Sumber tegangan dc itu harus bersifat mobile (dapatdibawa kemana-mana).

Bobot sumber tegangan dc tersebut harus ringan,sehingga tidak terlalu membebani mobil listrik yangakan dibuat.

Sumber tegangan dc tersebut memiliki teganganyang konstan, tidak mengalami fluktuasi yang terlalutinggi.

Sumber tegangan dc tersebut dapat diisi ulangkembali saat muatannya mulai berkurang atau bahkanhabis, dan pengisiannya juga harus mudah dilakukan.

Gambar 3.13 Baterai yang dipakai pada mobil listrik

Dari keempat syarat yang disebutkan di atas makabaterai/accu memenuhi syarat, sehingga dengan demikiandipilihlah baterai sebagai sumber tegangan dc pada mobillistrik ini. Besar tegangan baterai yang dipilih disesuaikandengan besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk mencatuinverter tersebut.

E.Perakitan AlatTahapan yang selanjutnya adalah tahapan yang

kelima (tahapan yang terakhir dalam perancangan alat ini).Tahapan yang kelima merupakan tahapan perakitan alat.Alat-alat yang tadinya masih berdiri sendiri dan hanyamemiliki fungsi masing-masing, kemudian dirangkai sesuaidengan gambar diagram blok alat, sehingga kemudian alat-alat tersebut memiliki fungsi yang baru dan satu sama lainmemiliki keterkaitan fungsi. Sehingga, apabila salah satualat tidak berfungsi sebagaimana mestinya maka haltersebut akan berpengaruh terhadap fungsi alat ini secarakeseluruhan atau bahkan dapat menyebabkan tidak bekerjaalat ini.

Gambar 3.14 Hasil perakitan perangkat mekanik mobil listrik

Setelah selesai melakukan proses perakitan mekanikdilanjutkan dengan melakukan proses perakitan elektrik.Berikut ini merupakan langkah perakitan elektrik :

1. Hubungkan kabel dari motor sebanyak dua buah ke



switch pembalik polaritas, lalu keluaran dariswitch pembalik polaritas dihubungkan ke switchon-off.

2. Lalu rangkailah perangkat pengontrol tegangan DCdilengkapi dengan komponen tambahan, sepertiswitch, potensiometer, dan jumper sesuai dengangambar dibawah ini :

Gambar 3.15 Skema perakitan untuk pengontrol tegangan DC

3. Setelah itu hubungkan kabel L1 dan N daripengontrol tegangan DC (DC drive) ke pin outputdari inverter. Sedangkan untuk groundnya disatukanke pin ground. Namun untuk tacho generator takperlu dihubungkan (no connection) karena sistemyang digunakan tak memerlukan umpan balik.Begitu juga untuk pin F(+) dan F(-) tak perludihubungkan (no connection) karena field yangdigunakan adalah magnet permanen sehinggatidak memerlukan catu tegangan.

4. Selanjutnya hubungkan pin input dari inverter (+)dan (-) dengan kabel merah dan hitam ke pin (+)dan pin (-) baterai.

5. Potensiometer 10KΩ yang telah dihubungkan kepin terminal control pada pengontrol tegangandc (dc drive) kemudian dirakit pada tuas gas padamobil listrik.

Gambar 3.16 Hasil perakitan potensiometer pada rangka mobil listrik

F. Cara Kerja AlatPengaturan kecepatan motor menggunakan potensio-

meter geser yang dihubungkan pada bagian input setpointperangkat DC drive, sedangkan pengubahan arah putaran

motor dilakukan secara manual dengan menggunakanswitch dpdt yang akan mengubah polaritas positif (+) dannegative (-) pada tegangan masukan ke motor DC. Karena DCdrive yang digunakan mem-butuhkan tegangan masukan220 Volt DC, maka dibutuhkan perangkat inverteryang akan menyediakan tegangan sebesar 220 volt DCuntuk DC drive. Inverter berfungsi mengubah daya DCmenjadi daya AC yang presisi. Daya DC disediakan olehdua buah baterai yang dipakai untuk periode waktu yangterbatas, tergantung pada kapasitas baterai. Daya yang adapada baterai akan berkurang, sampai pada akhirnya habissehingga baterai tersebut harus diisi ulang (charging) denganmenggunakan charger baterai sehingga daya DC yang adapada baterai tersebut dapat digunakan lagi untukdigunakan pada masukan tegangan inverter.

Namun karena motor DC yang digunakan initidak memiliki torsi yang besar, hanya sekitar 0,37 HP.Sehingga pada saat motor dibebani, maka untuk doronganputaran awal kurang kuat untuk bergerak.

Untuk mengatasi masalah itu maka diperlukanperangkat mekanik tambahan berupa gearbox denganperbandingan rasio 1:28, sehingga berakibat padapenurunan kecepatan, namun menghasilkan dampakpositif berupa peningkatan torsi, dengan demikianpeningkatan torsi ini memungkinkan untuk menggerakkanmobil listrik.

IV. PENGUJIAN SISTEM

Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah sistemdapat bekerja dengan baik. Pada bab ini akan disajikanmekanisme pengukuran dan serangkaian uji coba terhadapmobil listrik yang telah dibuat. Dari proses pengukuran danuji coba yang dilakukan kemudian akan didapatkan datahasil pengukuran dan uji coba. Selanjutny dilakukan prosesanalisa terhadap data hasil pengukuran dan uji coba ini.Hasil analisa tersebut kemudian dibandingkan dengan teoriyang dipelajari sebelumnya.

Secara garis besarnya proses pengukuran dan uji cobadibagi menjadi pengukuran pada perangkat mekanik danpengukuran pada perangkat elektrik. Untuk melakukanpengukuran pada perangkat mekanik, maka dibutuhkanalat ukur yang disesuaikan dengan parameter (besaran) yangakan diukur. Untuk perangkat mekanik parameter yang akandiukur yaitu banyaknya revolusi per menit (RPM), sehinggaalat ukur yang diperlukan yaitu tachometer.

Begitu juga untuk melakukan pengukuran padaperangkat elektrik, maka dibutuhkan alat ukur yangdisesuaikan dengan parameter (besaran) yang akan diukur.Untuk perangkat elektrik parameter yang akan diukuryaitu tegangan (V) dan arus (I), sehingga alat ukur yangdiperlukan yaitu voltmeter dan amperemeter. Kedua alatukur ini dapat kita gantikan dengan menggunakan sebuahmultimeter, namun untuk memudahkan pembacaan hasilukur, maka multimeter yang akan digunakan adalahmultimeter digital.

Selain itu juga pada pengukuran perangkat elektrik kitamembutuhkan suatu grafik yang menyatakan hubunganantara arus (I), tegangan (V), daya (P) terhadap waktu (t)



sehingga dibutuhkan suatu tambahan alat berupa sensor arusdan tegangan dan program (software) mathlab dan seperang-kat komputer. Untuk menampilkan grafik hasil pengukuranterhadap mobil listrik ini.

A. Pengukuran dan analisa Sistem Mekanik.Pengukuran pada sistem mekanik dilakukan pada

perangkat gearbox untuk mengetahui besar RPM darigearbox, motor DC magnet permanen, dan gear yangdigerakkan (the driven gear), gear penggerak (the drivinggear) serta pada ban mobil listrik tersebut.

B. Pengukuran dan Analisa Sistem Elektrik

Pengukuran pada sistem elektrik dilakukan pada :

1. Pengukuran pada output baterai.2. Pengukuran pada output inverter.3. Pengukuran pada output dc drive.

Gambar 4.1 Rangkaian pengukuran pada sistem elektrikTabel.1. Performansi dan Spesifikasi mobil listrik

Mesin / EngineTipe Mesin / Engine type Motor listrik dcTipe Lilitan Armature Lilitan gelungDaya Maksimum 0,37 hp / 3000 rpmTorsi maskimum 4,8 N.m / 105,8 rpmDiameter Armature / komutator 85,4 x 47,8 mmBahan Bakar Battery 2 x 12V/7AHWaktu Isi (charging Time) 5 jam (300 menit) WaktuBuang (Discharging Time) 0,67 jam (40 menit)

Dimensi / DimensionPanjang / Overall Lenght 1960 mmLebar / Overall width 1120 mmTinggi / Overall Height 1250 mmJarak Sumbu / Wheelbase 1380 mmJarak Terendah Depan ke tanah / Front Thread 135 mmJarak Terendah belakang Ke tanah / Rear Thread 85 mmBerat Kosong / Curb Weight ± 160 Kg

Rangka Sasis / ChassisTipe Rangka / Chassis Type Pipa BesiBan Depan Alloy Wheel 60/80 - 17M /

C35PBan Belakang Alloy Wheel 65/80 - 17M /

C38PRem Belakang Cakram manual

Kelistrikan / ElectricitySumber Tegangan dc / dc 2 x 12V/7AH Battery

voltage sourceSumber Tegangan dc / ac 12 vdc to 220 vacvoltage source Inverter 660 watt

Pembalik Polaritas Tegangan dc dpdt SwitchPengontrol Tegangan dc Eurotherm dc drive type

506/507/508

IV.3 Performansi dan Spesifikasi Mobil Listrik

Deskripsi tabel di atas menunjukkan kemampuandan kelebihan yang dimiliki oleh mobil listrik ini untukmenampilkan performa yang optimal dan konsumsi batteryyang lebih efisien. Selain itu juga radius putaran yanghanya 4,7 meter, sehingga memungkinkan pengendara mobillistrik ini untuk bermanufer secara lebih leluasa saatmengendarai maupun saat memarkirkan mobil listrik ini.

Gambar 4.2 Minimum turning radius


A. KesimpulanBerdasarkan analisa pada data hasil pengukuran dan

pengujian terhadap sistem mobil listrik yang telah dirancang,maka dapat disimpulkan bahwa :

1. Motor dc dengan magnet permanent memiliki beberapakelebihan.

Memiliki torsi start besar ( bagus) Kecepatannya dapat dikontrol dengan mudah.

Kecepatan motor magnet permanen berbandinglangsung dengan harga tegangan yang diberikan padakumparan jangkar. Semakin besar tegangan jangkar,semakin tinggi kecepatan motor.

Arah putaran motor dc magnet permanenditentukan oleh arah arus yang mengalir padakumparan jangkar (armature).

Ukurannya lebih kecil dan lebih ringan apabiladibandingkan dengan motor dc jenis lainnya untukbesar HP (horse power) yang sama.

Magnet permanent pada statornya memiliki eksitasiyang konstan, sehingga sangat cocok digunakan untukaplikasi yang membutuhkan karakteristik speed dantorsi yang konstan.

Alasan yang paling penting adalah kemudahan untukmendapatkannya

2. Data hasil pengukuran pada output inverter didapatbentuk gelombang sinus yang kurang bagus, (tidakmurni berbentuk sinusoida). Hal ini dapat terjadikarena inverter yang digunakan memakai SCR (silicon



controlled Rectified) yang karakteristiknya kurangbagus.

3. Data hasil pengukuran pada output dc drive, pada grafiktegangan terhadap waktu, timbul spike-spike, dimanategangan mengalami short ke ground untuk beberapasaat kemudian naik kembali. Spike-spike ini timbulkarena efek brush pada motor dc magnet permanentini. Dalam hal ini motor dc tipe brushless lebih ungguldibandingkan motor dc magnet permanent yangmenggunakan karbon brush pada komutatornya.

4. Pada perbandingan antara hasil pengukuran denganmenggunakan multimeter digital dan perhitungansecara teori, terdapat sedikit perbedaan pada saatmelakukan pengukuran pada output dc drive dan saatmelakukan pengukuran pada output inverter.Perbedaan ini dapat terjadi karena nilai hambatanresistor 1MΩ yang digunakan ternyata melalui

pengukuran dengan meng-gunakan multimeter digitalpada batas ukur ohmmeter tidak tepat sebesar 1MΩ,melainkan 1,014MΩ, dan resistor yang lainnya 33KΩterukur senilai 32,9 KΩ, perbedaan ini sudah tentuakan berpengaruh pada proses pengukuran, karenategangan sensor yang dipakai pada pengukuran tersebutberasal dari tegangan dari rangkaian pembagitegangan.

5. Mobil listrik yang dibuat ini pada kecepatanmaksimum mampu menempuh jarak sejauh 44,224meter dalam satu menit, dengan catatan bobotpengendara mobil listrik ini tidak lebih dari 42 Kg(untuk bobot anak yang rata-rata berusia 10~12tahun).Hasil ini didapatkan melalui pengujian mobil listrik.

B. Saran

Penulis menyadari bahwa mobil listrik yang dibuat inibukan atau belum layak dianggap sebagai mobil listrik yangkomplek sehingga pengembangan dan riset terhadap mobillistrik diharapkan akan terus dilakukan untuk dapatmewujudkan suatu mobil listrik yang lebih baik, komplek,dan memiliki kemampuan lebih dalam hal tenaga dankecepatannya

REFERENSI

[1] Tom Denton (1995). “Automobile Electrical and ElectronicSystems “,Bath press, London.

[2] E H J Pallett (1979). “Aircraft Electrical system, SecondEdition”, Pitman Press, Copthorne, Sussex, London.

[3] Daniel W. Hart (1997). “Introduction To Power Electronics”,London.

[4] Lander Cyril W (1987). “Power Electronics”, Mc Graw hill Inc,London.

[5] Zuhal DR. Ir (1982). “Dasar Tenaga Listrik”, Penerbit ITB,Bandung.

[6] P H J. Kokelaar (1983). “Teknik Listrik, Jilid Satu”, PradnyaParamita Press, Jakarta.

[7] P H J. Kokelaar (1983). “Teknik Listrik, Jilid Dua”, PradnyaParamita Press, Jakarta.

[8] Marthen Kanginan (2001). “Fisika SMU Kelas Satu”, PenerbitErlangga, Jakarta.

[9] Ali Marsaban (1979). “Bertanya-tanya Tentang Energi”,Penerbit Mutiara, Jakarta.

[10] Martin Payn (2004). ”Eurotherm Drives 506 / 507 / 508Product Manual”, Sussex.

[11] Developments In Electric Vehicle Systems”,Diakses 08 Desember 2012 http://www.geocities.com/sorefeets/forsa/fors a.htm.



Analisis Beban Kerja dan Gangguan MuskuloskeletalPekerja Pria Pada Perkampungan Kecil Penggilingan

Cakung Jakarta Timur

Siti Rohana NasutionProgram Studi Teknik Industri Fakultas Teknik

Universitas PancasilaJakarta, Indonesia

[email protected]

BudiadyProgram Studi Teknik Industri Fakultas Teknik

Universitas PancasilaJakarta, Indonesia

[email protected]

Abstract— Industri kecil dituntut untuk meningkatkanproduktivitas agar dapat bersaing dengan produk luar. Dalamupaya meningkatkan produktivitas kerja perlu adanya usahayang kondusif untuk mengoptimalkan sistem kerja. Peningkatanproduktivitas akan tercapai jika semua komponen dalam sistemkerja dirancang secara ergonomi. Sistem kerja padaperkampungan industri kecil Penggilingan Cakung banyakmelibatkan aktivitas fisik, sehingga perlu sistem kerja yangergonomi untuk dapat meningkatkan produktivitas. Padapenelitian ini dilakukan perbaikan sistem kerja denganpendekatan ergonomi partisipatorik yaitu dengan pemberianistirahat aktif secara ergonomi partisipatorik guna menurunkanbeban kerja dan gangguan muskuloskelatal Rancanganpenelitian yang digunakan adalah rancangan eksperimental yangmenggunakan tretmen by subyek design pre and post-test groupdesign dengan sampel acak sederhana (simple random sampling).Data yang diperoleh dalam penelitian ini adalah rerata skorantara pretretmen dengan post-treatmen berupa perlakuansesudah penerapan istirahat aktif secara ergonomipartisipatorik. Analisis yang digunakan uji t-paired dengan tarafnyata 5 %. Hasil penelitian diharapkan bahwa sistem kerjadengan pendekatan ergonomi partisipatorik dapat : (a)menurunkan keluhan muskuloskeletal pekerja (b) menurunkankelelahan pekerja sebesar (c) menurunkan beban kerja pekerjasebesar (d) menurunkan risiko cedera di tempat kerja (e)meningkatkan produktivitas dan (f) meningkatkan pendapatanpekerja dan meningkatkan pendapatan industri.

Kata kunci : ergonomi partisipatorik, beban kerja, ganggunanmusculoskeletal, sistem kerja, produktivitas

I. PENDAHULUAN

Beban setiap jenis pekerjaan berbeda tergantung pada jenisdan lama pekerjaannya. Setiap pekerjaan apapun jenisnyaapakah pekerjaan tersebut memerlukan kekuatan otot ataupemikiran adalah merupakan beban bagi yang melakukan.Beban ini dapat berupa beban fisik, beban mental ataupunbeban sosial sesuai dengan jenis pekerjaan pelaku (SoekidjoNotoatmodjo, 1997). Akibat beban kerja yang terlalu beratatau kemampuan fisik yang lemah, dapat mengakibatkanseorang pekerja menderita gangguan atau penyakit akibatkerja (Depkes dan Kessos RI, 2000). Pembebanan kerja yangberlebihan juga dapat mengakibatkan kelelahan kerja (A.M.Sugeng Budiono, dkk., 2000). Sarana kerja yang tidakantropometris dan waktu kerja yang panjang dapat

memberikan tambahan beban kerja dan menimbulkanterjadinya kelelahan dini, bahkan dapat berakibat fatal bagikesehatan pekerja.

Kondisi keselamatan dan kesehatan kerja (K3) perusahaandi Indonesia secara umum diperkirakan termasuk rendah. Padatahun 2005 Indonesia menempati posisi yang buruk jauh dibawah Singapura, Malaysia, Filipina dan Thailand. Kondisitersebut mencerminkan kesiapan daya saing perusahaanIndonesia di dunia internasional masih sangat rendah.Indonesia akan sulit menghadapi pasar global karenamengalami ketidakefisienan pemanfaatan tenaga kerja(produktivitas kerja yang rendah). Padahal kemajuanperusahaan sangat ditentukan peranan mutu tenaga kerjanya.Karena itu disamping perhatian perusahaan, pemerintah jugaperlu memfasilitasi dengan peraturan atau aturan perlindunganKeselamatan dan Kesehatan Kerja. Nuansanya harus bersifatmanusiawi atau bermartabat. Keselamatan kerja telahmenjadi perhatian di kalangan pemerintah dan bisnis sejaklama. Faktor keselamatan kerja menjadi penting karena sangatterkait dengan kinerja karyawan dan pada gilirannya padakinerja perusahaan. Semakin tersedianya fasilitas keselamatankerja semakin sedikit kemungkinan terjadinya kecelakaankerja. Di era globalisasi dan pasar bebas WTO dan GATTyang akan berlaku tahun 2020 mendatang, kesehatan dankeselamatan kerja merupakan salah satu prasyarat yangditetapkan dalam hubungan ekonomi perdagangan barang danjasa antar negara yang harus dipenuhi oleh seluruh negaraanggota, termasuk bangsa Indonesia. Untuk mengantisipasihal tersebut serta mewujudkan perlindungan masyarakatpekerja Indonesia; telah ditetapkan Visi Indonesia Sehat 2010yaitu gambaran masyarakat Indonesia di masa depan, yangpenduduknya hidup dalam lingkungan dan perilaku sehat,memperoleh pelayanan kesehatan yang bermutu secara adildan merata, serta memiliki derajat kesehatan yang setinggi-tingginya.

Ergonomi merupakan ilmu, teknologi dan seni untukmenyelerasikan alat, cara kerja dan lingkungan padakemampuan, kebolehan dan batasan manusia sehinggadiperoleh kondisi kerja dan lingkungan yang sehat, aman,nyaman dan efisien sehingga tercapai produktivitas yangsetinggi-tingginya. Dengan ergonomik dapat ditekan dampaknegatif pemanfaatan ilmu pengetahuan dan teknologi, karenadengan ergonomik berbagai penyakit akibat kerja, kecelakaan,



pencemaran, keracunan, ketidakpasan kerja, kesalahan unsurmanusia, bisa dihindari atau ditekan sekecil-kecilnya(Manuaba, 2003)

Gangguan pada sistem musculoskeletal merupakan salahsatu penyakit akibat kerja berupa gangguan otot yang terjadipada organ tertentu. Ganguan otot ini dapat ditelusuri denganmenggunakan Nordic Body Map yang pada dasarnya dibuatdengan ketentuan kelompok otot yang ada pada organ.Gangguan ini diakibatkan aktivitas fisik ditempat kerja yangtidak ergonomic sehingga menimbulkan cedera atau gangguanotot dan persendian. Disamping itu pekerjaan yang didominasioleh aktivitas mental juga berpeluang memunculkan gangguanmusculoskelaletal. Gangguan sistem musculoskeletalmerupakan maslah besar dalam suatu industri yang disebabkanoleh (1) tempat kerja yang tidak mewadahi (2) aktivitas yangbersifat repetitive (3) desain alat dan peralatan yang tidaksesuai (4) organisasi kerja yang tidak efisien (5) jadwalistirahat yang tidak teratur (6) sikap kerja yang tidak alami.

Pelaksanaan Kesehatan dan Keselamatan Kerja (K3)dengan berprinsip pada ergonomik adalah salah satu bentukupaya untuk menciptakan tempat kerja yang aman, sehat,bebas dari pencemaran lingkungan, sehingga dapatmengurangi dan atau bebas dari kecelakaan kerja dan penyakitakibat kerja yang pada akhirnya dapat meningkatkan efisiensidan produktivitas kerja. Kecelakaan kerja tidak sajamenimbulkan korban jiwa maupun kerugian materi bagipekerja dan pengusaha, tetapi juga dapat mengganggu prosesproduksi secara menyeluruh, merusak lingkungan yang padaakhirnya akan berdampak pada masyarakat luas. PenyakitAkibat Kerja (PAK) dan Kecelakaan Kerja (KK) di kalanganpetugas kesehatan dan non kesehatan kesehatan di Indonesiabelum terekam dengan baik. Jika kita pelajari angkakecelakaan dan penyakit akibat kerja di beberapa negara maju(dari beberapa pengamatan) menunjukan kecenderunganpeningkatan prevalensi. Sebagai faktor penyebab, seringterjadi karena kurangnya kesadaran pekerja dan kualitas sertaketerampilan pekerja yang kurang memadai. Banyak pekerjayang meremehkan risiko kerja, sehingga tidak menggunakanalat-alat pengaman walaupun sudah tersedia. Dalampenjelasan undang-undang nomor 23 tahun 1992 tentangKesehatan telah mengamanatkan antara lain, setiap tempatkerja harus melaksanakan upaya kesehatan kerja, agar tidakterjadi gangguan kesehatan pada pekerja, keluarga,masyarakat dan lingkungan disekitarnya.

II. PERUMUSAN MASALAH

Setiap orang membutuhkan pekerjaan untuk memenuhikebutuan hidupnya. Dalam bekerja Keselamatan dankesehatan kerja (K3) merupakan faktor yang sangat pentinguntuk diperhatikan karena seseorang yang mengalami sakitatau kecelakaan dalam bekerja akan berdampak pada diri,keluarga dan lingkungannya. Salah satu komponen yang dapatmeminimalisir Kecelakaan dalam kerja adalah tenagakesehatan. Tenaga kesehatan mempunyai kemampuan untukmenangani korban dalam kecelakaan kerja dan dapatmemberikan penyuluhan kepada masyarakat untuk menyadaripentingnya keselamatan dan kesehatan kerja.

Berdasarkan permasalahan diatas dipandang sangat perludilakukan suatu penelitian mengenahi penerapan istirahat aktif

secara ergonomic partisipatori pada pekerja di perkampunganindustri kecil Penggilingan Cakung Jakarta Timur agar bebankerja dan gangguan musculoskeletal bisa diminimumkan dankonsekuensinya, produktivitas kerja bisa ditingkatkanPengukuran beban kerja digunakan untuk mengetahui kapasitaskerja seseorang dan membandingkannya dengan bebanpekerjaan. Ketidaksesuaian antara kapasitas kerja denganbeban kerja dapat menimbulkan kelelahan atau kehilangankonsentrasi sehingga menyebabkan kesalahan dalambekerja.Untuk itu perlu dilakukan analisis beban kerjaberdasarkan kriteria fisiologi.

III. PENGUKURAN KERJA DENGAN METODE FISIOLOGI

Kerja fisik adalah kerja yang memerlukan energy fisikmanusia sebagai tenaga (power). Kerja fisik disebut juga“manual operation” dimana performa kerja sepenuhnya akantergantung pada manusia yang berfungsi sebagai sumbertenaga (power) ataupun pengendali kerja. Kerja fisik jugadapat dikonotasikan dengan kerja berat atau kerja kasarselama periode kerja berlangsung. Dalam kerja fisik, konsumsienergi merupakan faktor utama yang dijadikan tolak ukurpenentu berat/ringannya suatu pekerjaan. Kerja fisik akanmengakibatkan perubahan fungsi pada alat-alat tubuh yangdapat dideteksi melalui:

a. Konsumsi oksigenb. Denyut jantungc. Peredaran udara dalam paru-parud. Temperatur tubuhe. Konsentrasi asam laktat dalam darahf. Komposisi kimia dalam darah dan air senig. Tingkat penguapanh. Faktor lainnya

Kerja fisik akan mengeluarkan energy yang berhubunganerat dengan konsumsi energi. Konsumsi energi pada waktukerja biasanya ditentukan dengan cara tidak langsung, yaitudengan pengukuran:

a. Kecepatan denyut jantungb. Konsumsi oksigen

Penilaian beban kerja fisik dapat dilakukan dengan duametode objektif, yaitu metode penilaian langsung dengan caramengukur energi yang dikeluarkan melalui asupan oksigenselama bekerja dan metode pengukuran tidak langsung dengancara menghitung denyut nadi selama kerja, berdasarkanfrekuensi denyut nadi dapat dijawab berbagai pertanyaanergonomik. Hal ini disebabkan karena denyut nadi merupakanrefleksi dari proses reaksi (strain) terhadap stressor yangdiberikan kepada tubuh. Dengan demikian dapat diketahuikemampuan kerja seseorang dalam kaitannya dengan tuntutantugas pekerjaan yang dilakukan serta tingkat keselarasan yangmempengatuhi nilai produktivitasnya. Selanjutnya Christensendan Granjean menjelaskan bahwa salah satu pendekatan untukmengetahui berat ringannya beban kerja adalah denganmenghitung nadi kerja, konsumsi oksigen, kapasitas ventilasiparu, dan suhu inti tubuh. Kategori berat ringannya bebankerja yang didasarkan pada variabel metabolisme, respirasi,suhu tubuh dan denyut nadi dapat dilihat pada table 1.

Tabel 1 Kategori Beban Kerja Berdasarkan Denyut Nadi



Kategori Beban KerjaDenyut Nadi(denyut/min)

Sangat Ringan 60-60Ringan 75-100Sedang 100-125Berat 125-150

Sangat Berat 150-175Sangat Berat Sekali >175

IV. PENILAIAN BEBAN KERJA BERDASARKAN DENYUT NADI

KERJA

Pengukuran denyut nadi kerja selama bekerja merupakansuatu metode cardiovascular strain. Salah satu peralatan yangdapat digunakan untuk menghitung denyut nadi adalahtelemetri dengan menggunakan rangsangan Electro CardioGraph (ECG). Apabila peralatan tersebut tidak tersedia, makadapat dicatat secara maual memakai stopwatch dengan metode10 denyut. Dengan metode tersebut dapat dihitung denyut nadi

kerja sebagai berikut:

6010

wp

denyut

menit

denyutDN

(2.6)

Dimana:DN Denyut nadi

wp Waktu pengamatan

Kepekaan denyut nadi terhadap perubahan pembebananyang diterima cukup tinggi. Denyut nadi akan segera seiramadenga perubahan pembebanan, baik yang berasal daripembebanan mekanik, fisik, maupun kimiawi. Grandjean(1993) juga menjelaskan bahwa konsumsi energi sendri tidakcukup untuk mengestimasi beban kerja fisik. Beban kerja fisiktidak hanya ditentukan oleh jumlah kJ yang dikonsumsi, tetapijuga ditentukan oleh jumlah otot yang terlibat dan bebanstatios yang diterima serta tekanan panas lingkungan kerjanyayang dapat meningkatkan denyut nadi. Berdasarkan haltersebut maka denyut nadi lebih mudah dan dapat untukmenghitung indeks beban kerja.

Denyut nadi untuk mengestimasi beban kerja fisik terdiridari beberapa jenis yang didefinisikan oleh Grandjean (1993):

a. Denyut nadi istirahat adalah rerata denyut nadi sebelumpekerjaan dimulai.

b. Denyut nadi kerja adalah rerata denyut nadi selamabekerja

c. Nadi kerja adalah selisih denyut nadi istirahat dandenyut nadi kerja

Manuaba (1996) menentukan klasifikasi beban kerjaberdasarkan peningkatan denyut nadi kerja yang dibandingkandengan denyut nadi maksimum karena beban cardiovascular(cardiovascular load = %CVL) yang dihitung dengan rumussebagai berikut:

DNIDNmaks

DNIDNKCVL

100

% (2.7)

Dimana:DNK Denyut nadi kerja

DNI Denyut nadi istirahat

DNmaks Denyut nadi maksimum

Denyut nadi maksimum adalah:

1.Laki-laki = 220 - umur2.Wanita = 220 - umur

Dari hasil perhitungan %CVL tersebut kemudiandibandingkan dengan klasifikasi sebagai berikut (InternationalJournal of Occupational Safety and Ergonomics (2002) :- X<30% = acceptable level- 30<X<60% = moderate level- 60<X<100% = high level- X>100% = intolerable high level

A. Analisis Beban Kerja

Menurut Heizer dan Render (1996:98), beban kerjaadalah jumlah waktu yang diperlukan rata-rata tenaga kerja,untuk mengerjakan aktivitas kerja khusus dalam kondisi kerjayang normal, atau dengan kata lain standar tenaga kerja dapatdigunakan untuk menetapkan jumlah personil, agar mampumenghasilkan produksi yang diharapkan perusahaan.Fakor eksternal beban kerja adalah beban kerja yang berasaldari luar tubuh pekerja seperti tugas-tugas (task), organisasikerja,dan lingkungan kerja.Sedangkan faktor internal bebankerja adalah faktor yang berasal dari dalam tubuh sepertifaktor somatic (jenis kelamin, umur, ukuran tubuh, status gizi,kondisi kesehatan, dan sebagainya) dan faktor psikis(motivasi, persepsi, kepercayaan, keinginan, kepuasan, dansebaganya).

B. Pengertian Analisis Beban Kerja

Menurut Koamrudin (1996), analisis beban kerja adalahproses untuk menetapkan jumlah jam kerja orang yangdigunakan atau dibutuhkan untuk merampungkan suatupekerjaan dalam waktu tertentu, atau dengan kata lain analisisbeban kerja bertujuan untuk menentukan berapa jumlahpersonalia dan berapa jumlah tanggung jawab atau beban kerjayang tepat dilimpahkan seorang petugas (Adilkurnia, 2010).Dalam analisis beban kerja, sebuah aplikasi job analysis,analisis beban kerja adalah suatu proses pengidentifikasian,penghitungan optimal, dan kesimpulan dari jenis dan satuankerja serta jumlah rata-rata satuan kerja yang dibuthkan olehseorang pekerja dalam menyelesaikan pekerjaan (Wrestedian,2009).

Analisis beban kerja merupakan salah satu subbagiandalam melakukan perancangan kerja. Dalam ergonomi, prinsipdalam perancangan kerja adalah dengan tetap menjaga agardemand pekerjaan kurang dari kapasitas manusia. Analisisbeban kerja ini banyak digunakan diantaranya dalampenentuan kebutuhan pekerja (man power planning), analisisergonomi, analisis Keselamatan dan Kesehatan Kerja (K3),hingga perencanaan penggajian, dan sebagainya (Adipradana,2008).

C. Hasil dan Manfaat Analisis Beban Kerja

Menurut Peraturan Menteri Dalam Negeri Nomor 12Tahun 2008 tentang Pedoman Analisis Beban Kerja DiLingkungan Departemen Dalam Negeri dan PemerintahanDaerah, analisa beban kerja dapat menghasilkan informasiberupa:a. Efektivitas dan efisiensi jabatan serta efektivitas dan

efisiensi unit kerja;b. Prestasi kerja jabatan dan prestasi kerja unit ;c. Jumlah kebutuhan pegawai/pejabat;



d. Jumlah beban kerja jabatan dan jumlah beban kerja unit;dan

e. Standar norma waktu kerja.Sedangkan dalam Analisis Beban Kerja, Sebuah AplikasiJob Analysis, dengan kita mengetahui dan menghitungbeban kerja dan penggunaan tenaga kerja yang optimal,maka manfaat yang kita peroleh adalah sebagai berikut:

a. Mengetahui jumlah optimal dan komposisi sumber dayamanusia yang diperlukan secara keseluruhan.

b. Mengetahui ketepatan jumlah sumber daya manusia padapekerjaannya.

c. Mengetahui tingkat efektifitas jumlah sumber dayamanusia di setiap unit organisasi.

d. Dapat digunakan sebagai pedoman formasi kerja dalampelaksanaan mutasi, rotasi, dan bahkan promosi sumberdaya manusia.

e. Dapat digunakan sebagai pedoman penyusunan kebutuhanpelatihan bagi sumber daya manusia yang belum atau tidakefektif pada pekerjaannya.

f. Dapat digunakan sebagai pedoman manajemen puncakdalam menentukan keputusan dalam pelaksanaan programre-strukturisasi sumber daya manusia (Wrestiandi, 2009).

D. Perhitungan Analisis Beban Kerja

Perhitungan analisis beban kerja setidaknya dapat dilihatdari tiga aspek, yakni fisik, mental, dan penggunaan waktu.Aspek fisik meliputi perhitungan beban kerja berdasarkankriteria–kriteria fisik manusia. Aspek mental merupakanperhitungan beban kerja dengan mempertimbangkan aspekmental (psikologis). Sedangkan pemanfaatan waktu lebihmempertimbangkan aspek penggunaan waktu untuk bekerja.

Secara umum, beban kerja fisik dapat dilihat dari dua sisi,yakni sisi fisiologis dan biomekanika. Sisi fisiologis melihatkapasitas kerja manusia dari sisi fisiologi tubuh, meliputidenyut jantung, pernapasan, dan lain-lain. Sedangkanbiomekanika lebih melihat kepada aspek terkait prosesmekanik yang terjadi pada tubuh, seperti kekuatan otot, dansebagainya. Perhitungan beban kerja berdasarkan pemanfaatanwaktu bisa dibedakan antara pekerjaan berulang (repetitif) ataupekerjaan yang tidak berulang (non-repetitif). Pekerjaanrepetitif biasanya terjadi pada pekerjaan dengan sikluspekerjaan yang pendek dan berulang pada waktu yang relatifsama, contohnya adalah operator mesin di pabrik pabrik.Sedangkan pekerjaan non-repetitif mempunyai pola yangrelatif tidak menentu, seperti pekerjaan administratif, tatausaha, sekretaris, dan pegawai pegawai kantor pada umumnya(Adipradana, 2008).

V. PENGUKURAN BEBAN PEKERJA DENGAN METODE

FISIOLOGI

A. Pengukuran Denyut Nadi Kerja

Pengukuran denyut nadi dilakukan jam 7.30 WIB (sebelumbekerja), jam 08.30 WIB, 09.30 WIB, dan 11.30 WIB (setelehbekerja). Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alatbantu stopwatch dan stetoskop. Hasil pengukuran denyut nadidapat dilihat pada tabel berikut ini :

Tabel 2. Hasil Pengukuran Denyut Nadi Pekerja 1

peke

rja

HariUmurTahun

DNIDNK (detik)

Rata-rata

(detik)

7.3 8.3 9.3 10.3 11.3 (detik)

1

1 29 8.45 7,18 6,34 5,29 5,23 6,01

2 29 8.68 7,24 6,55 5,52 5,45 6,19

3 29 8.75 7,76 6,45 5,23 5,15 6,15

4 29 8.36 7,78 6,80 5,55 5,22 6,34

5 29 8.77 7,68 6,23 5,54 5,31 6,19

2

1 23 8,57 7,45 6,52 5,41 5,18 6,14

2 23 8,88 7,24 6,48 5,63 5,32 6,17

3 23 8,74 7,80 6,87 5,78 5,45 6,48

4 23 8,73 7,54 6,34 5,48 5,17 6,13

5 23 8,53 7,23 6,56 5,28 5,15 6,06

3

1 27 8,63 7,32 6,65 5,35 5,12 6,11

2 27 8,55 7,56 6,42 5,57 5,37 6,23

3 27 8,54 7,35 6,23 5,88 5,30 6,19

4 27 8,89 7,66 6,57 5,63 5,32 6,30

5 27 8,89 7,13 6,31 5,41 5,24 6,02

4

1 25 8,63 7,13 6,69 5,21 5,10 6,03

2 25 8,77 7,44 6,55 5,48 5,33 6,20

3 25 8,46 7,83 6,90 5,45 5,11 6,32

4 25 8,74 7,75 6,79 5,41 5,27 6,31

5 25 8,88 7,35 6,53 5,29 5,17 6,09

5

1 27 8,75 7,33 6,46 5,63 5,24 6,14

2 27 8,64 7,54 6,29 5,54 5,39 6,19

3 27 8,88 7,33 6,12 5,90 5,34 6,17

4 27 8,45 7,23 6,34 5,28 5,21 6,02

5 27 8,76 7,24 6,36 5,41 5,26 6,06

6

1 28 8,73 7,23 6,56 5,28 5,13 6,05

2 28 8,36 7,68 6,58 5,33 5,17 6,19

3 28 8,75 7,31 6,30 5,25 5,20 6,02

4 28 8,74 7,75 6,79 5,41 5,27 6,31

5 28 8,68 7,76 6,12 5,45 5,33 6,17

Keterangan:DNI : Denyut Nadi IstirahatDNK : Denyut Nadi Kerja



Tabel 3. Kategori Beban Kerja Berdasarkan Denyut Nadi

Kategori Beban KerjaDenyut Nadi(denyut/min)

Sangat Ringan 60-60Ringan 75-100Sedang 100-125Berat 125-150

Sangat Berat 150-175Sangat Berat Sekali >175

Sumber : Eko Nurmianto 2003

Tabel 4. Tabel Cardiovascular Level

%CVL Level Beban KerjaX<30% acceptable level

30<X<60% moderate level60<X<100% high level

X>100%intolerable highlevel

Sumber : International Journal of Occupational Safety and Ergonomics 2002

B. Perhitungan Denyut Nadi

Hasil dari data waktu 10 denyut nadi pekerja kemudiandimasukkan kedalam persamaan 10 Denyut (metode 10denyut) sehingga diperoleh denyut nadi pekerja setiap denyutper menit (denyut/menit).

1. Perhitungan Denyut Nadi Istirahat (DNI), untuk pekerja 1 :

DNI (detik = 8.45

01,716045,8

10

6010

denyut

nperhitungawaktu

denyut

menit

denyutNadiDenyut

Dari perhitungan diatas, denyut nadi karyawan 1 pada saatbelum bekerja adalah 71,01 denyut per menit.

2. Perhitungan Denyut Nadi Kerja (DNK) contoh untukpekerja1

DNK (detik) = 7.18

57,836018,7

10

6010

denyut

nperhitungawaktu

denyut

menit

denyutNadiDenyut

Dari perhitungan diatas, didapatkan denyut nadi pekerja 1pada saat setelah bekerja pada jam 08.30 adalah 83,57 denyutper menit. Setelah dilakukan perhitungan menyeluruh,diperoleh hasil seperti pada table dibawah ini:

Tabel 5. Hasil Perhitungan Denyut Nadi pekerja 6 Metode 10 Denyut

peke

rja

Hari

DNI(Denyut/menit)

DNK (denyut/menit) Rata-Rata

(denyut/menit)7.3 8.3 9.3 10.3 11.3

1

1 71,01 83,57 94,64 113,42 114,72 101,59

2 69,12 82,87 91,60 108,72 110,09 98,32

3 68,57 77,32 93,02 114,72 116,50 100,39

4 71,77 77,12 88,24 108,11 114,94 97,10

5 68,42 78,13 96,31 108,30 112,99 98,93

Rata-Rata 99,27

2

1 70,01 80,54 92,02 110,91 115,83 99,82

2 67,57 82,87 92,59 105,57 112,78 98,70

3 68,73 79,58 94,64 109,49 116,05 99,94

4 68,65 76,92 87,34 103,81 110,09 94,54

5 70,34 82,99 91,46 113,64 116,60 101,15

Rata-Rata 98,83

3

1 69,53 81,97 90,23 112,15 117,19 100,38

2 70,18 79,37 93,46 107,72 111,73 98,07

3 70,26 81,63 96,31 102,04 113,21 98,30

4 67,49 78,33 91,32 106,57 112,78 97,25

5 67,49 84,15 95,09 110,91 114,50 101,16

Rata-Rata 99,03

4

1 69,52 84,15 89,69 115,16 117,65 101,66

2 68,42 80,65 91,60 109,49 112,57 98,58

3 70,92 76,63 86,96 110,09 117,42 97,77

4 68,65 77,42 88,37 110,91 113,85 97,64

5 67,57 81,63 91,88 113,42 116,05 100,75

Rata-Rata 99,28

5

1 68,57 81,86 94,34 106,57 114,50 99,32

2 69,44 79,58 95,59 108,30 111,32 98,65

3 67,57 81,86 98,04 101,69 112,36 98,49

4 71,01 82,99 94,34 113,64 115,16 101,53

5 68,49 82,87 94,64 110,91 114,07 100,62

Rata-Rata 99,72

6

1 68,73 82,99 91,46 113,64 116,96 101,26

2 71,77 78,13 91,19 112,57 116,05 99,48

3 68,57 82,08 95,24 114,29 115,38 101,75

4 68,65 77,42 88,37 110,91 113,85 97,64

5 69,12 77,32 98,04 110,09 112,57 99,51

Rata-Rata 99,93

Dari hasil perhitungan didapatkan bahwa rentang denyutnadi ke6 pekerja yaitu antara 99,27 – 99,83 denyut per menit



dengan rata-rata yaitu 99,93 denyut per menit. Jadi dapatdisimpulkan bahwa beban pekerjaan yang dikerjakan oleh ke 6pekerja masuk pada rentang 75 - 100 masuk pada kategoribeban kerja ringan. (Eko Nurmianto, 2003).

Tabel 6. Rekapitulasi Denyut Nadi Pekerja

PekerjaDenyut Nadi

(denyut/menit)Keterangan

1 99,27 Beban kerja ringan2 98,83 Beban kerja ringan3 99,03 Beban kerja ringan4 99,28 Beban kerja ringan5 99,72 Beban kerja ringan6 99,93 Beban kerja ringan

Rata-Rata 99,34 Beban kerja ringan

C. Perhitungan Cardiovasculer Load (CVL)

Pada pekerja 1Denyut Nadi Maksimum (DN maks) = 220 – umurDenyut Nadi Maksimum (DN maks) = 220 - 29 = 191

%49,25

01,71191

01,7159,101100100%

DNImaksDN

DNIDNKCVL

Dari hasil perhitungan, didapatkan hasil CardiovascularLoad (CVL) sebesar 25.49%. Setelah dilakukan perhitunganmenyeluruh, diperoleh hasil seperti pada tabel dibawah ini danhasil CVL dikelompokkan sesuai dengan standar rekomondasiuntuk melihat ambang batas yang telah ditentukan level bebankerjanya.

Tabel 7. Hasil Perhitungan Cardiovascular Load pekerja

HariDNI

(denyut/menit)

DNK(denyut/menit)

DNmaks

(denyut/menit)

CVL(%)

Keterangan

peke

rja

1

1 71,01 101,59 191 25,49acceptable

level

2 69,12 98,32 191 23,95acceptable

level

3 68,57 100,39 191 25,99acceptable

level

4 71,77 97,10 191 21,25acceptable

level

5 68,42 98,93 191 24,90acceptable

level

Rata-Rata 24,32acceptable

level

peke

rja

2

1 70,01 99,82 197 23,48acceptable

level

2 67,57 98,70 197 24,06acceptable

level

3 68,73 99,94 197 20,17acceptable

level

4 68,65 94,54 197 24,33acceptable

level

5 70,34 101,15 197 24,32acceptable

level


level

peke

rja

3

1 69,52 100,38 193 24,99acceptable

level

2 70,18 98,07 193 22,71acceptable

level

3 70,26 98,30 193 22,84acceptable

level

HariDNI

(denyut/menit)

DNK(denyut/menit)

DNmaks

(denyut/menit)

CVL(%)

Keterangan

4 67,49 97,25 193 23,71acceptable

level

5 67,49 101,16 193 26,83acceptable

level


level

peke

rja

4

1 69,52 101,66 195 25,61acceptable

level

2 68,42 98,58 195 23,83acceptable

level

3 70,92 97,77 195 21,64acceptable

level

4 68,65 97,64 195 22,94acceptable

level

5 67,57 100,75 195 26,04acceptable

level


level

peke

rja

5

1 68,57 99,32 193 24,71acceptable

level

2 69,44 98,65 193 23,63acceptable

level

3 67,57 98,49 193 24,65acceptable

level

4 71,01 101,53 193 25,02acceptable

level

5 68,49 100,62 193 25,80acceptable

level


level

peke

rja

6

1 68,73 101,,26 192 26,39acceptable

level

2 71,77 99,48 192 23,05acceptable

level

3 68,57 101,75 192 26,88acceptable

level

4 68,65 97,64 192 23,50acceptable

level

5 69,12 99,51 192 24,72acceptable

level


level

VI. KESIMPULAN

1) Berdasarkan denyut nadi, bahwa beban pekerja 1 yangberusia diantara 29 tahun memiliki jenis kelamin pria,termasuk kedalam kategori ringan dengan denyut nadi99,27 denyut/menit ini termasuk dalam kategori bebankerja ringan dengan klasifikasi 75-100 denyut/menit dandengan perhitungan cardiovascular didapatkan hasil24,32%. Hasil ini termasuk dalam kategori acceptablelevel dengan klasifikasi % CVL< 30%.

2) Pada pekerja 2 dengan usia 23 tahun jenis kelamin pria,dengan 98,83 denyut nadi/menit masuk dalam katagoribeban kerja ringan dengan klasifikasi 75-100 denyut/menitseddangkan cardiovaskulernya berada pada kondisi 24,22% termasuk dalam acceptable level, sesuai klasifikasi%CVL

3) Pada pekerja 3 usia 27 tahun pria dengan 99,03denyut/menit masuk dalam katagori beban kerja ringandengan klasifikasi 75-100 denyut/menit sedangkancardiovaskulernya berada pada kondisi 24,22 % termasukdalam acceptable level, sesuai klasifikasi %CVL.



4) Pada pekerja 4 usia 25 tahun jenis kelamin pria dengan99,03 denyut/menit masuk dalam katagori beban kerjaringan dengan klasifikasi 75-100 denyut/menit sedangkancardiovaskulernya berada pada kondisi 24,01 % termasukdalam acceptable level, sesuai klasifikasi %CVL.

5) Pada pekerja 5 usia 27 tahun jenis kelamin pria dengan99,72 denyut/menit masuk dalam katagori beban kerjaringan dengan klasifikasi 75-100 denyut/menit sedangkancardiovaskulernya berada pada kondisi 24,76 % termasukdalam acceptable level, sesuai klasifikasi %CVL.

6) Pada pekerja 6 Usia 28 jenis kelamin pria dengan 99,93denyut/menit masuk dalam katagori beban kerja ringandengan klasifikasi 75-100 denyut/menit sedangkancardiovaskulernya berada pada kondisi 24,91 % termasukdalam acceptable level, sesuai klasifikasi %CVL.

7) Berdasarkan denyut nadi, bahwa beban pekerja rata ratadengan berusia diantara 23 tahun sampai 29 tahun danmemiliki jenis kelamin pria, termasuk kedalam kategoriringan dengan denyut nadi 99,34 denyut/menit initermasuk dalam kategori beban kerja ringan denganklasifikasi 75-100 denyut/menit dan dengan perhitungancardiovascular didapatkan hasil 24,35%. Hasil initermasuk dalam kategori acceptable level denganklasifikasi %CVL<30%. Sesuai dengan rekomondasi dariInternational Journal of Occupational Safety andErgonomics 2002.

DAFTAR PUSTAKA

[1] A.M. Sugeng Budiono, dkk., 2000, Bunga Rampai Hiperkes &KK, Semarang: BPUNDIP.

[2] Anies, 2002, Berbagai Penyakit akibat Lingkungan Kerja danUpaya Penanggulangannya, Jakarta: PT. Elex MediaKomputindo.

[3] Adnyana, W.B., 2001. Perbaikan pegangan dan penambahanbantal pada poros penggilingan kopi dapat menurunkan keluhansubjektif sistern muskuloskeletal pekerja penggiling kopitradisional. Proseding Seminar Nasional XII Ikatan Ahli IlmuFaal Indonesia. Malang, 27 - 28 Oktober.

[4] Carrivick, P, J, W., Andy H. Lee and Kelvin K.W. YauEffectiveness of Participatory Workplace Risk Assesment Teamin Reducing the Risk and Saverity of Musculoskeletal Injury :Journal of Occupational Health. Vol 44 No 4 July 2002, JapanSociety for Occupation Health.

[5] Eko Nurmianto, 2003, Ergonomi Konsep Dasar danAplikasinya, Surabaya: Guna Widya.

[6] Endang Wisnu Wahjuni, 2002, Studi Deskriptif Kelelahan padaTenaga Kerja Kuningan Bagian Bubut dan Bor di PT. SampurnaJuwana Pati Tahun 2002, Skripsi S-1, FKM UNDIP.

[7] Emil Salim, 2002, Green Company Pedoman PengelolaanLingkungan, Keselamatan & Kesehatan Kerja, Jakarta: AstraInternational.

[8] Chavalitsachulchai P. and Shahvanas H. (1993). ErgonomicsMethod For Prevention Of The Muscu loskeletal Discomfort

Among Female Industrial Workers : Physical CharacteristicsAnd Work Factors. J. Human Ergol. , 22 No. 2 : 92-113.

[9] Chung, M.K., 1. Lee, D. Kee, 2003. Assessment of postural loadfor lower limb postures based on perceived discomfort.International Journal of Industrial Ergonomics. January ; 31(1) :17-32.

[10] Cummings, B. 2003. Interactive Physiology. Pearson EducationInc.

[11] Dempsey, P.G., 2003. A survey of lifting and lowering tasks.International Journal of Industri Ergonomics. January; 3 l(l):11-16.

[12] Ferreira, J., S. Hignett, 2005. Reviewing ambiance design forclinical safety and paramedic safety. Applied Ergonomic. 36:97-105.

[13] Guyton, A.C dan J.E. Hall, 2000. Fisiologi Kedokteran, IrawatiSetiawan (ed). Edisi 10. Jakarta : Penerbit Buku KedokteranEGC.

[14] Grandjean, E., Kroemer, 2000. Fitting the Task to the Human. Atextbook of Occupational Ergonomics. 5 th edition. Piladelphie :Taylor & Francis.

[15] Grandjean, E., 1988. Fitting The Task To The Man. London :Taylor and Francis Ltd. 3 rd Edition.Lientje S. (1994). RelationBetween Feeling Of Fatigue, Reaction Time And WorkProduction. J. Human Ergol. Vol. 24. (1) : 129-135

[16] Gempur Santoso, 2004, Ergonomi Manusia, Peralatan danLingkungan, Jakarta: Prestasi Pustaka.

[17] Guyton & Hall, 1997, Fisiologi Kedokteran, Jakarta: EGC.

[18] Herry Koesyanto dan Eram Tunggul P., 2005, PanduanPraktikum Laboratorium Kesehatan & Keselamatan Kerja,Semarang: UPT UNNES Press.

[19] I Dewa Nyoman Supariasa, dkk., 2002, Penilaian Status Gizi,Jakarta: EGC.

[20] J.F. Gabriel, 1997, Fisika Kedokteran, Jakarta: EGC.

[21] John Gibson, 1985, Diagnosa Gejala Klinis Penyakit,Yogyakarta: Yayasan Essentia Medica.

[22] Kampoeng Ilmoe, 2009, Pengukuran Tekanan Darah,http://choybuccuq.blogspot.com, Diakses pada tanggal 27Februari 2009.

[23] Michie, S., Williams S. Reducing Work Related Psyhologis IIHealth and Sickness Absence : A. Systematic Literature Review,J Occup and Env., Medicine 2003

[24] Romiah, 2005, Studi Kasus Kelelahan pada Tenaga Medis danParamedis Unit Bedah Orthopedi di RS Hidayah Purwokerto,Skripsi S-1, FKM UNDIP.

[25] Sritomo Wignjosoebroto, 2003, Ergonomi Studi Gerak danWaktu, Surabaya: Guna Widya.

[26] Tarwaka, Andi., 2004, Ergonomi untuk Keselamatan, KesehatanKerja dan Produktivitas, Surakarta: UNIBA PRESS.

[27] Wilson John R. And Corlett Nigel E. (1990). Static MuscleLoading And The Evaluation Of Posture. Evaluation Of HumanWork. A

[28] Practical Ergonomics Methodology. Copyright Taylor andFrancis Ltd.Chapter 22: 543-59.



Semantic Web : Sebuah Teknologi Untuk BerbagiData Kesehatan

Sri Rezeki Candra NursariTeknik Informatika

Fakultas Teknik - Universitas PancasilaJakarta

[email protected]

Iman ParyudiTeknik Informatika

Fakultas Teknik - Universitas PancasilaJakarta

[email protected]

Abstrak—Sistem Informasi Kesehatan (SIK) sangatmembantu untuk dapat digunakan dalam pengumpulan data,manajemen, dan analisis sehingga dapat dibuat keputusan yangtepat untuk memecahkan suatu masalah. Namun masih adakelemahan SIK yaitu pengembangannya masih desentralisasi.Hal ini menyebabkan kesulitan dalam pertukaran data. Selainitu, data yang dilaporkan menggunakan formulir kertas dandikirim melalui fax atau surat. Untuk mengatasi masalah ini,ditawarkanlah teknologi Semantic Web. Semantic Web adalahrepresentasi dari data World Wide Web (www). SemanticWeb dapat digunakan untuk pertukaran data melalui Webyang dapat diakses oleh orang lain. Data dapat diperolehdengan mengakses melalui URI (Universal ResourceIdentifier)

Kata Kunci— Syarat Semantic Web, SIK, pertukaraninformasi kesehatan

I. PENDAHULUAN

Data kesehatan adalah bagian penting dalam pelayanankesehatan dan pemusnahan penyakit menular. Datadikumpulkan, disimpan, dan harus mudah diakses oleh semuapemangku kepentingan dalam bentuk Sistem InformasiKesehatan (SIK). Hal ini sangat penting bagi negara yangmemiliki banyak masalah kesehatan. Misalnya, Afrika Selatanmemiliki masalah dengan penyebaran HIV/AIDS, Mozambikdengan angka kematian bayi tertinggi di dunia, dan Indiadengan populasi yang besar [2].

Sistem Informasi Kesehatan (SIK) sangat membantu karenadapat digunakan dalam pengumpulan data, manajemen, dananalisis sehingga dapat dibuat keputusan yang tepat untukmemecahkan suatu masalah. Misalnya, berdasarkan datakelahiran, dapat diperkirakan jumlah bayi yang akandiimunisasi dan dapat membandingkan data kelahiran daribeberapa daerah, informasi tentang daerah mana saja yangmemiliki angka kelahiran tertinggi. Oleh karena itu pemerintahdapat memprioritaskan daerah dengan angka kelahirantertinggi. Tindakan dari pemerintah yang cepat dapat dilakukanberdasarkan informasi dari SIK untuk mengurangi tingkatkematian bayi [2]. Selain itu, SIK juga dapat membantudalam pengambil keputusan yang dapat mengukur apakahkebijakan dan program bekerja, sesuai dengan tujuan yangtelah ditentukan [3].

Namun, masih ada kelemahan pada SIK ini. Salah satunyaadalah karena pengembangan SIK masih desentralisasi. Oleh

karena itu pertukaran data antara institusi kesehatan masih sulituntuk dilakukan. Selain itu, data dilaporkan menggunakanformulir kertas dan dikirim melalui faks atau surat [6].

Untuk mengatasi kelemahan SIK ini dibutuhkan teknologibaru dalam berbagi data. Dimana teknologi baru ini mampumenyediakan data secara langsung dan dapat di akses olehsemua orang. Teknologi yang ditawarkan adalah SemanticWeb.

II. LANDASAN TEORI

Sangat penting bagi suatu negara untuk memiliki SIK. SIKmemberikan dasar bagi manajemen berbasis bukti untukmeningkatkan proses pengambilan keputusan. SIK memastikanperampingan pengumpulan data, analisis data, penggunaaninformasi dan kualitas data[8]. Namun pentingnya SIK tidakdipahami dengan baik khususnya oleh pemerintah di negara-negara berkembang. Hal ini dilakukan tanpa berkoordinasidengan Pusat Data dan Informasi (PDI) di KementerianKesehatan [8]. Penerapan sistem tersebut akan menyebabkankelebihan data, format dan standar yang variasi. Ini akanmenghalangi integrasi data dalam mendukung penelitian dankeputusan kesehatan masyarakat [6].

Pengembangan SIK di Afrika Selatan adalah salah satucontoh yang terdesentralisasi (Gambar 1). Sistem seperti akanmempersulit pertukaran data maka diperlukan SIK yangterpusat [2, 3]. Carlson [3] menyalahkan donor sebagai pihakyang bertanggung jawab atas informasi kesehatan yang telahdiberikan

Gambar 1. Sistem informasi yang ada dan harapan di Afrika Selatan [2].



Jaringan Sistem Kesehatan (JSK) yang didukung PenilaianSIK pada tahun 2007 telah mengidentifikasi beberapakelemahan di SIK yang perlu diperkuat. Dua di antaranyaadalah[8]:

- Menyelaraskan sistem pengumpulan data antara berbagaiprogram untuk mengurangi duplikasi, pemantauan danpenilaian kinerja HIS.

- Kualitas data Promosi: menetapkan standar data, datayang divalidasi dan penggunaan Nomenklatur standarseperti yang ada di Pusat Data dan Informasi (PDI), 10untuk penyakit diagnostik dan klasifikasi sistem

Oleh karena itu salah satu strategi Sistem InformasiKesehatan Nasional (SIKN) yang ditetapkan oleh WHOadalah megintegrasi SIK yang ada [8]. Investasi di sisteminformasi dapat bermanfaat ganda, diantaranya adalah [3]:

- Membantu dalam mengambil keputusan untukmendeteksi dan mengontrol munculnya dan masalahkesehatan yang endemik, memantau kemajuankesehatan, dan mempromosikannya;

- Memberdayakan individu dan masyarakat agar tepatdan mudah memahami terkait dengan informasikesehatan, dan mendorong peningkatan kualitas jasakesehatan;

- Memperkuat bukti untuk kesehatan yang efektifberdasarkan kebijakan

III. METODE YANG DIUSULKAN

SIK masih memiliki kelemahan dalam hal keberadaandatanya yang tidak terhubung/desentralisasi satu sama lain. Halini disebabkan oleh kesulitan dalam pertukaran data. Ada carabaru untuk bertukar data. Hal ini dapat dilakukan denganmembiarkan data secara langsung diakses oleh orang lain.Teknologi baru yang diusulkan adalah Semantic Web yangbertujuan untuk berbagi data kesehatan

Definisi resmi dari Semantic Web Dunia Wide WebConsortium (W3C) adalah representasi dari Data di WorldWide Web (www). Semantic Web tidak menggantikanteknologi Web saat ini tetapi sifatnya melengkapi. SemanticWeb merupakan teknologi teratas/terkini Web saat ini. Dimanateknologi Semantic Web menghasilkan informasi yang dapatdibaca dan diproses oleh mesin [1, 4], maka lebih cerdas dariWeb saat ini. Perbedaan lainnya adalah bahwa Web saat inimemberikan dokumen dan dapat diakses kepada orang lain diWeb karena menggunakan alamat (URI ; Universal ResourceIdentifier). Sementara Semantic Web menerbitkan data padaWeb yang dapat diakses oleh orang lain. Data tersebut jugadiakses dengan menggunakan URI, tetapi URInya tidakterhubung ke Halaman Web. Dapat link ke sumber datanya[5]. Jadi, dengan menggunakan Semantic Web, penggunadapat mengumpulkan data yang diberikan oleh orang lain danmenggunakannya sesuai yang inginkan. Semantic Web dapatdigunakan untuk berbagi data, termasuk data kesehatan.Masing-masing pihak hanya perlu membuat situs WebSemantic dan menghubungkan satu sama lain

Semantic Web terdiri dari tiga lapisan yaitu: XML, RDF,RDF Schema dan Ontologi. XML adalah tingkat yang palingbawah. Hal ini memungkinkan untuk penyediaan metadata ke

halaman Web. Di atas XML adalah RDF, yang merupakanmodel data dasar untuk menulis pernyataan sederhana tentangobyek Web (sumber data). Sementara tingkat diatasnya adalahRDF Schema yang menyediakan pemodelan primitif untukmengatur obyek Web ke hierarki [1]. RDF Schema biasanyatidak memecahkan semua masalah maka kita perlu ontologi.XML singkatan dari eXtensible Markup Language. Markupmerujuk pada dokumen yang tidak untuk dicetak. Sedangkanbahasa markup adalah deskripsi tentang bagian mana daridokumen/ konten, yang merupakan markup[7]. Dalam XML,pengguna dapat membuat sendiri tags seperti HTML. XMLsebenarnya metabahasa universal untuk mendefinisikanmarkup. Namun, tidak menyediakan cara apapun tentangsemantik (makna) data [1]. Oleh karena itu dibutuhkan RDF

RDF (Resource Data Framework) adalah bahasa untukmodel data. Data dimodelkan menggunakan tiga subjek -properti - objek. Model ini biasanya direpresentasikan sebagaigrafik di mana subjek dan objek adalah node dan propertiadalah busur. Data merupakan sumber model sesuai yangdiinginkan. Contoh mahasiswa, dokter, pasien, rumah sakit, dllSumber data diwakili oleh URI (Universal Resource Identifier).Sebuah URI dapat menjadi URL (Uniform Resource Locator).Dalam rangka untuk membuat kosakata yang digunakan dalamRDF secara umum, maka kosakata standar yang harusdigunakan. Dublin Core (dc) dan Teman Teman (tt) adalah duacontoh kosakata standar

Pemanfaatan URI dan kosa kata standar memungkinkanSemantic Web data dan model data yang menghubungkansecara langsung dan tepat dihubungkan bersama melalui Websendiri. RDF hanya model data. Hal ini tidak bisamendefinisikan baru kelas, sifat, hubungan antara sumberdaya, properti dan kelas hierarki. RDF Schema memiliki inikemampuan. Hal ini sebenarnya deskripsi kosakata bahasa. Iniadalah ekstensi semantik RDF. Ini menyediakan mekanismeuntuk menggambarkan kelompok sumber daya yang terkaitdan hubungan antara sumber daya [9]. Hal ini dapatmenentukan kosakata tertentu yang dapat digunakan olehRDF. di lain kata-kata, RDF Schema mekanisme menyediakantipe dasar sistem yang akan digunakan dalam model RDF.Jenis sistem itu sendiri menggunakan istilah standar, sepertiClass dan subClassOf. RDF Schema cukup primitif sebagaipemodelan bahasa untuk Web. Banyak model yang diinginkanprimitif yang hilang. Oleh karena itu kita perlu ontologi untukmembuat sistem lebih cerdas. Ontologi mendefinisikan konsepdan hubungan yang digunakan untuk menggambarkan danmewakili bidang pengetahuan [5]. Ontologi menyediakan fituryang tidak disediakan oleh RDF Schema seperti ruang lingkupsifat, disjointness kelas, pembatasan kardinalitas, dll.

IV. PEMBAHASAN SISTEM YANG DIUSULKAN

Dalam rangka memberikan gambaran dari sistem yangdiusulkan, di bawah ini penulis menyajikan contoh tentangbagaimana data dapat dihubungkan menggunakan SemanticWeb. Contoh ini diambil dari [5]



(a)

(b)

Gambar 2 (a) data toko buku Sederhana dan (b) Grafik model masing-masing data [5]

Misalkan kita memiliki data seperti yang ditunjukkan padaGambar 2a. Hal ini dapat dirubah menjadi grafik RDF(Gambar 2b). Misalkan ada data lain seperti yang ditunjukkanpada Gambar 3a dan grafik RDF pada Gambar 3b. Dapatdilihat, data yang dimiliki sama dengan ISBN 0-00-651409-X.Oleh karena itu, kedua grafik dapat dihubungkan sepertiditunjukkan pada Gambar 4 dengan menggunakan URI. Setiapdata yang diberikan URI pasti unik. Oleh karena itu URI yangsama mengacu pada data yang sama juga

(a)

(b)

Gambar 3 (a) Data toko buku dan (b) model grafik masing-masing [5].

Gambar 4 Menghubungkan berdasarkan data yang sama

Jika ada sejumlah besar situs Web Semantic dihubungkansatu sama lain maka akan dibuat jaringan Web Semantic yangbesar. Jaringan seperti sudah ada dan disebut Linking OpenData (LOD) cloud (Gambar 5) [5]

Gambar 4 LOD awan Juli 2009 [5]

Untuk dapat berbagi data, apa yang harus dilakukan adalahmasing-masing lembaga kesehatan mengembangkan sistemSemantic Web. Setiap sistem harus link ke sistem orang lain.Dengan melakukan ini, data dalam sistem Semantic Web dapatdiambil dari setiap sistem Semantic Web yang terkait. Olehkarena itu, dengan menggunakan Semantic Web, yang terpusatsistem SIK tidak diperlukan lagi

Namun sebelum mengembangkan Semantic Web yangberisi data penyakit, kita harus memastikan bahwa kosakatastandar pada kesehatan telah ada. Jika tidak, kosakata harusdikembangkan terlebih dahulu. Ini adalah tanggung jawabmasyarakat untuk menyediakannya. Contoh kosakata standar dibidang kesehatan adalah ontologi kanker dari National CancerInstitute di Amerika Serikat. Untuk kosakata yang umum,Unified Medical Language System yang mengintegrasikan 100kosakata biomedial dan klasifikasinya [1]. Kosakata yangdiperlukan untuk memastikan bahwa siapa pun yangmengembangkan Semantic Web akan menggunakan kosakatayang sama. Jika tidak ada kosakata standar, maka semua orangakan menggunakan kosakata yang berbeda untuk menyatakanhal yang sama. Ini akan mengurangi kekuatan Semantic Web.



Untuk menggunakan kekuatan Semantic Web, setiap situsharus menggunakan kosakata yang sama

V. KESIMPULAN

Sistem Informasi Kesehatan (SIK) sangat membantu,karena digunakan dalam pengumpulan data, manajemen, dananalisis sehingga keputusan yang tepat dapat dibuat untukmemecahkan masalah. Namun masih ada kelemahan padaSIK, karena perkembangan SIK masih didesentralisasikan.

Hal ini menyebabkan kesulitan dalam pertukaran data.Selain itu, data dilaporkan menggunakan bentuk kertas dandikirim melalui fax atau surat. Untuk mengatasi masalah ini,maka teknologi yang diusulkan menggunakan teknologiSemantic Web teknologi. Semantic Web adalah representasidata pada World Wide Web (www). Semantic Web dapatdigunakan untuk pertukaran data karena menerbitkan data padaWeb yang dapat diakses oleh orang lain. Data dapat diaksesdengan menghubungkan ke URI. Semantic Web terdiri daritiga lapisan: XML, RDF, RDF Skema, dan Ontologi. XMLsingkatan dari Extensible Markup Language. XML merupakanmetabahasa universal dalam mendefinisikan markup. ResourceData Framework (RDF) adalah bahasa untuk pemodelan data.Data dimodelkan menggunakan tiga subjek - properti - objek.Data adalah setiap sumber data yang akan dimodelkan.Sumber data diwakili oleh URI. RDF Schema adalah ekstensisemantik RDF. RDF memberikan sistem tipe dasar, sepertiClass dan subClassOf, yang akan digunakan dalam modelRDF. Ontologi menyediakan fitur yang tidak disediakan oleh

RDF Schema seperti ruang lingkup properti, joint kelas,pembatasan kardinalitas, dll

DAFTAR PUSTAKA

[1] Antoniou, G. and Harmelen, F. v.,2004, A Semantic WebPrimer, MIT Press

[2] Bra, J., Monterio, E., and Sahay, S., 2004, Networks of Action:Sustainable Health Information Systems Across DevelopingCountries, MISQ, vol. 28, no. 3.

[3] Carlson, Cindy, Health Management Information System, DFIDHealth Resource Centre, www.eldis.org/healthsystems/hmis/index.htm.

[4] Decker, Stefan, The Semantic Web – on the RespectiveRoles ofXML and RDF, http://www.ontoknowledge.org/down/IEEE00.pdf.

[5] Herman, Ivan, 2009, Introduction to the Semantic Web(tutorial), 3rd Chinese Semantic Web Symposium, Nanjing,China.

[6] Public Health Data Standards Consortium, 2007, Building aRoadmap for Health Information Systems Interoperability forPublic Health.

[7] Silberschatz, Abraham, Henry F. Korth dan S. Sudarshan, 2002,Database System Concept, Fourth Edition, McGraw Hill

[8] WHO Indonesia, 2011, Health Information System,http://www.ino.searo.who.int/en/Section4/Section36.htm

[9] W3C, 2004, RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDFSchema, http://www.w3.org/TR/2004/REC-rdfschema-20040210/



Prototipe AUTOCRACY

(Automatic Transjakarta Security System)

Muhamad Iqbal1), Chaerul Rozikin2), Syifa Nuraini3), Yusuf A Permana4), Massus Subekti5)

1,2,3,4,5)Diploma III Elektronika, Fakultas Teknik, Universitas Negeri JakartaJakarta, Indonesia

[email protected]

Abstract— The TransJakarta transport infrastructure is aims toreduce traffic jams in Jakarta by diverting private vehicle users toTransJakarta. But most of people are reluctant to move to theTransjakarta, because it can’t assure the travel time and sometimeslonger than personal vehicles. Attempts to sterilize TransJakartalane has been done, but still less effective. Autocracy is a prototypeof latest security system by using the RFID system combined withthe Roadblocker. The use of RFID aims to differentiate betweenTrasnjakarta and other vehicles, while the use of Roadblocker aimsto keep inaccessible by other vehicles. With that combination andcontrolled by a microcontroller system, the lane or bus-way canonly be used for TransJakarta. The stages are done in thisresearch include the study of literature, observation, designing,manufacturing, testing, and refinement. With the Smoothness ofbus-way, TransJakarta can run with optimum speed on the laneand more faster. If TransJakarta could be run faster and cheaper,the people who use personal vehicles will move to TransJakartaand it will reduce the traffic jams in Jakarta.

Keywords : Autocracy, Transjakarta, Traffic Jams, RFID,RoadBlocker

I. PENDAHULUAN

A. Latar BelakangSebagai kota metropolitan, Jakarta memiliki banyak

masalah, salah satunya adalah kemacetan lalu lintas di jalanraya. Kemacetan ini timbul dikarenakan tidak seimbangnyaantara kapasitas jalan dengan jumlah kendaraan yangmelewatinya. Hal ini terjadi karena semakin banyaknya mobil-mobil pribadi serta kurangnya rasa kedisiplinan para penggunajalan. Dampak ekonomi yang timbul akibat kemacetan inisangat besar, mulai dari tingginya konsumsi bahan bakar,keterlambatan distribusi barang, maupun kerugian materiallainya. Menurut Dr. Heru Sutomo dari Pusat Studi Transportasidan Logistik (Pustral) menyatakan bahwa saat ini kerugianakibat kemacetan telah mencapai hampir Rp 35 triliun pertahun, baik dari konsumsi bahan bakar yang mencapai Rp 12triliun per tahun maupun biaya operasional kendaraan yangmencapai Rp 23 triliun tiap tahunya.

Guna mengatasi masalah tersebut Pemprov DKI Jakartatelah memiliki route map transportasi masal dalam bentukTransjakarta Busway, Subway, Monorail, maupun Mass RapidTransport (MRT). Dari sekian alternatif angkutan masaltersebut, baru Transjakarta busway yang dapat direalisasikan.Sebagai trasnportasi masal, transjakarta diharapkan mampu

menjadi transportasi yang aman, terpadu, tertib, lancar,nyaman, ekonomis, efisien, efektif, dan terjangkau olehmasyarakat luas. Angkutan ini dilengkapi jalur daninfrastruktur yang dibangun khusus agar dapat menjaminwaktu tempuh yang lebih cepat.

Namun pada kenyataanya jalur bus Transjakarta yangseharusnya diperuntukan untuk bus Transjakarta acap kali“diserobot“ oleh pengguna jalan lain. Menurut data dinasperhubungan, jumlah pelanggaran di jalur busway mencapai11.859 pelanggaran. Upaya penyerobotan tersebut selainmemperlambat waktu tempuh bus Transjakarta juga dapatberakibat fatal dalam bentuk kecelakaan. Berdasarkan data SubDirektorat Penegak Hukum Ditlantas Polda Metro Jaya,menunjukan tingkat kecelakaan yang cukup serius yakni 145kasus pada tahun 2009 dan 303 kasus pada tahun 2010.

Oleh Karena itu, upaya mensterilkan jalur buswaymerupakan PR besar yang harus segera dicarikan jalankeluarnya. Upaya yang telah dilakukan, diantaranya sepertipeninggian separator busway, penjagaan petugas danpemasangan portal otomatis, hingga penindakan tegas dalambentuk penilangan ternyata belum sepenuhnya efektif. Haltersebut disebabkan karena, para petugas dan pengguna jalanbelum disiplin dalam menegakan aturan dan sistem yang dibuatmasih memungkinkan pengguna jalan merobos jalur busTransjakarta.

Upaya yang harus dilakukan adalah membuat alat yangsecara sistemik memaksa para pengguna jalan selaintransjakarta tidak dapat memasuki jalur bus Transjakarta.Upaya tersebut dapat dilakukan dengan memanfaatkanteknologi RFID sebagai akses jalan dam pemasanganroadblocker sebagai penghalang dalam bentuk teknologiAutocracy.B. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka perumusanmasalah dalam PKM KC ini adalah

“Bagaimana merancang dan membangun prototipeAutocracy (automatic transjakarta security system) yang dapatmensterilkan jalur bus Transjakarta dari penyerobotanpengguna jalan lain?”C. Tujuan

Tujuan yang diharapkan dalam Program PKM-KC iniadalah mensterilkan jalur busway dari penyerobotan olehpengguna jalur lain.D. Manfaat



Manfaat yang diharapkan dari pembuatan PrototipeAutocracy ini adalah dapat memberikan kepastian waktutempuh perjalanan Transjakarta, mengurangi resiko kecelakaandi jalur bus Transjakarta, serta mendorong masyarakat untukberalih ke transportasi umum.E. Potensi

Teknologi Autocracy merupakan terobosan baru yangsangat cocok untuk di aplikasikan di semua koridor jalurbusway jika dibandingkan dengan semua penerapan sterilisasijalur bus Transjakarta yang telah diterapkan. Pemanfaatanteknologi RFID mengakibatkan jalur bus Transjakarta tidakdapat dilalui oleh kendaraan selain bus Trasnjakarta, kombinasiroadblocker menjadikan jalur bus Transjakarta steril dari upayapenerobosan secara paksa oleh kendaraan lain. Dengan begitubus Transjakarta dapat berjalan dengan kecepatan optimumpada jalurnya sehingga waktu tempuh lebih cepat. Apabila busTransjakarta dapat berjalan lancar dan biaya yang dikeluarkanlebih murah, maka masyarakat pengguna kendaraan pribadiakan beralih menggunakaan Transjakarta dan hal itu akanmengurangi kemacetan di Jakarta.

II. METODE

Metode dalam Pelaksanaan PKM-KC ini adalaheksperimen dengan tahapan sebagai berikut :A. Study literatur

Tahap ini melakukan kajian terhadap literatur dari berbagaisumber baik dari media cetak maupun media elektronik untukdapat menelaah secara mendalam permasalahan kemacetan dikota-kota besar termasuk Jakarta, serta berbagai penerapanteknologi yang telah dilakukan untuk mengurai kemacetantermasuk diantaranya upaya mensterilkan jalur busTransjakarta dari upaya penyerobatan paksa yang dilakukanoleh kendaraan lain.B. Survey Lapangan

Tahap ini melakukan survei langsung ke lokasi denganmelakukan pengamatan secara langsung/visual berbagaikejadian dan permasalahan yang muncul di sepanjang jalur busTransjakarta.C. Perancangan alat

Tahap ini melakukan perancangan terhadap Autocracyyang akan dibangun, perancangan dilakukan denganmempertimbangkan hasil kajian literatur dan survei lapanganyang telah dilakukan pada tahap sebelumnya. Perancangan jugamemperhatikan detail kelanjutan sistem saat akan diaplikasikanlangsung di lapangan kelak termasuk berbagai kemungkinanyang terjadi di lapangan seperti kebanjiran, listrik padam,maupun upaya pengrusakan sistem.D. Pembuatan alat

Pembuatan prototipe Autocracy di laksanakan diLaboratorium Mesin Listrik, Pengukuarn dan Kalibrasi JurusanTeknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Negeri Jakartadengan memakan waktu selama 5 bulan dimulai daripertengahan bulan Februari sampai dengan pertengahan bulanJuli.E. Uji Coba Alat

Tahap ini melakukan uji coba terhadap prototipe Autrocacyyang telah dibangun, ujicoba dilakukan dengan melakukanpengukuran terhadap parameter pada setiap blok, hal inidilakukan untuk memastikan bahwa sistem yang dibangun

memiliki tingkat kehandalan yang memadai saat akandiaplikasikan di lapangan termasuk melakukan pengujiankekuatan alat dengan uji tumbukan dengan mobil dengan skalayang sama.F. Penyempurnaan

Tahap ini melakukan penyempurnaan terhadap prototipeyang telah dibangun, upaya penyempurnaan dilakukan denganmempertimbangan berbagai kemungkinan yang bisa timbul dilapangan.


A. Studi literaturHasil studi literatur menunjukan bahwa berbagai penerapan

teknologi yang dilakukan seperti penjagaan petugas,pemasangan palang otomatis hingga tindakan tegas penilangandari pihak kepolisian belum mampu secara efektif mensterilkanjalur bus Tranjakarta. Studi juga menunjukkan bahwa secaraekonomi kerugian karena kemacetan Jakarta telah menembusangka Rp. 35 Triliun per tahun (berdasarkan data KADIN DKIJakarta). Pada aspek kesehatan dampak buruk akibatkemacetan dapat menggangu kesehatan.

Hasil literatur menunjukkan bahwa penyerobotan jalur bustrasjakarta selain berakibat pada lamanya waktu tempuh bustransjakarta juga beresiko timbulnya kecelakaan. Berdasarkandata Sub Direktorat Penegak Hukum Ditlantas Polda MetroJaya, menunjukan tingkat kecelakaan yang cukup serius yakni145 kasus pada tahun 2009 dan 303 kasus pada tahun 2010.

Studi literatur yang dilakukan mengarahkan pada satukesimpulan awal bahwa penerapan teknologi sterilisasi jalurbus Transjakarta yang telah dilakukan tidak efektif karena tidakmenggunakan sistem yang secara tidak langsung memaksapara pengguna jalan untuk tidak menyerobot jalur busTransjakarta.

B. Survei LapanganHasil survei lapangan menunjukkan bahwa semua jalur bus

Trasnsjakarta diserobot oleh pengedara lain baik sepeda motor,mobil pribadi maupun kendaraan umum, hal tersebutmengakibatkan kemacetan di jalur bus Transjakarta di semuakoridor. Hasil pengamatan langsung juga menunjukkan bahwapenyerobotan jalur bus Transjakarta telah mengaibatkanlamanya tunggu dan waktu tempuh bus transjakarta terutamapada jam-jam sibuk saat pagi dan sore hari waktu jam masukdan pulang kantor jika dibangkan dengan saat malam.

Hasil pengamatan langsung menunjukkan bahwa upayasterilisasi jalur bus Transjakarta dengan petugas kurang efektifkarena petugas terkadang mentolerir kendaraan lain masuk kejalur bus Transjakarta, termasuk masih ditemui petugas yangmalah mengarahkan kendaraan lain untuk masuk jalur busTransjakata saat jalur umum mengalami kemacetan parah.

C. Perancangan SistemBerdasarkan hasil kajian dan survei lapangan, prototipe

yang dibangun dirancang dengan skala 1 : 25, denganmenggunakan acuan persimpangan jalur bus transjakarta.Perancangan dibuat agar bus Transjakarta dapat melaju dengankecepatan normal ketika melewati persimpangan (tanpa harusberhenti) dengan memasang lampu lalu lintas untuk putar balikbagi pengendara jalur umum, lampu dirancang memberikan



tanda lampu hijau saat kendaraan di jalur umum bisa berbelokarah dan memberikan lampu warna merah yang menandakanbahwa pengendara di jalur umum untuk berhenti sebelum putarbalik.

Perancangan dibuat dengan memasang sistem RFID yangdikombinasikan dengan Roadblocker. Penggunaan RFIDbertujuan agar jalur Trasnjakarta dapat membedakanTransjakarta dengan kendaraan biasa. Sedangkan penggunaanRoadblocker bertujuan agar pintu jalur bus Tranjakarta tidakdapat diterobos secara paksa oleh kendaraan lain. Dengankombinasi keduanya yang di kontrol melalui sistemmikrokontroler, maka jalur hanya dapat digunakan untuk busTransjakarta.

D. Block Diagram SistemCara kerja sistem Prototipe Autocracy dapat dijelaskan

melalui diagram blok sebagai berikut.

E. Cara Kerja SistemBerdasarkan blok diagaram sistem prototipe Autocracy di

atas, rangkaian mendapat catu daya 5V DC, 9V DC, 220V AC,dan sumber angin. Catu daya 5V DC untuk mensupplay RF IDreader manual dan mikrokontroler, catu daya 9V DC untukmensupply RF ID reader buka dan tutup otomatis, sedangkankompresor untuk menggerakan roadblocker. Sistem bekerjadimulai ketika bus melewati sensor cahaya, kemudian lampuputar balik berubah menjadi kuning dan kemudian merah.Setelah bus melewati sensor reader RF ID lampu indikatorAutocracy menjadi hijau, kemudian valve mendapat pemicudari driver selenoid dan membuat angin dari kompresor bisamenggerakan roadblocker maka bus bisa melewatinya. Ketikasensor reader RF ID mendeteksi bus lewat, proses penutupanroadblocker terjadi seperti pembukaan roadblocker. Dan lampuindikator berubah menjadi merah kembali dan lampu lalu lintasmenjadi hijau. Sistem memungkinkan apabila sensor otomatistidak terbaca, dapat dilakukan secara manual denganmenempelkan kartu RF ID ke sensor RF ID manual.

F. Flowchart ProgramKeterangan Flowchart:LtH = Lampu lalu lintas HijauLtK = Lampu lalu lintas KuningLtM = Lampu lalu lintas MerahLi M = indikator Roadblocker MerahLi H = indikator Roadblocker HijauRB = Raodblocker

G. Prototipe

Gambar. 1

Pada gambar 1 diatas terlihat foto prototipe Autocracydengan ukuran panjang 3 meter dan lebar 1 meter. Denganskala 1: 25 dari keadaan aslinya.

H. Hasil pengukuran

Pengukuran Catu DayaData hasil pengukuran 2 catu daya menunjukan bahwa

tegangan input yang diberikan ke sistem sebesar 223V ACtegangan tersebut sesuai dengan spesifikasi catu daya yang dibuat yakni sebesar 200 V- 250 V AC. Sedangkan teganganyang dihasilkan sebesar 9,13 V DC dan 4,98 VDC, tegangantersebut sudah sesuai dengan tegangan yang di butuhkan olehsistem yakni 9- 12 VDC dan 4,5- 5V DC.

RF IDData hasil pengukuran tersebut menunjukan bahwa ketika

sensor RF ID membaca tegangan keluaranya sebesar 4,75VDC dan ketika tidak membaca menghasilkan tegangan keluaransebesar 5,75V DC. Sedangkan sensor RF ID manualmenghasilkan tegangan keluaran sebesar 2,81V DC ketikamembaca dan 3,37V ketika tidak membaca. Selanjutnya

Driver SelenoidDriver selenoid mendapat dua buah sumber tegangan,

4,98V DC dan 223V AC. Dengan kedua sumber tegangan inidriver slenoid dapat bekerja. Input driver ini berasal darikeluaran port mikrokontroler dengan tegangan 4,83V DCketika berlogika high dan sebesar 0,05V DC ketika berlogikalow.

MikrokontrolerBerdasarkan data pengukuran diatas, mikrokontrol

mendapat sumber tegangan sebesar 4,98V DC tegangantersebut sudah cukup memenuhi tegangan kerjamikrokontroler. Sedangkan tegangan keluaran mikrokontrolersebesar 0,01 - 0,05V DC untuk logika low, dan sebesar 4,82 -4,96V DC untuk logika high.

Pengukuran Lampu Lalu LintasBerdasarkan data pengukuran diatas, tegangan masukan

pada lampu sebesar 4,95V DC ketika meyala dan 0,03 - 0,04VDC ketika mati.



Pengukuran Jarak Pembacaan Sensor RF IDBerdasarkan data hasil pengukuran, jarak optimal

pembacaan sensor RF ID sejauh 4,5cm.

Pengukuran Keseluruhan SistemBerdasarkan data pada tabel diatas, ketika mobil biasa dan

bus melewati jalur busway reader RF ID tidak merespon,sehingga roadblocker masih dalam kondisi tertutup, namun saatbus transjakarta melewati busway, RF ID merespon danroadbloker dapat bekerja (membuka dan menutup).Berdasarkan dari semua data diatas Prototipe Autocracy dapatmensterilkan jalur bus Transjakarta karena dengan pemasanganalat ini, jalur bus Transjakarta hanya bisa di buka dan ditutupoleh transjakarta saja.

IV. KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan diatas dapat maka dapatdisimpulkan bahwa saat bus transjakarta mendekatipersimpangan sistem sensor telah berhasil mendeteksikeberadaan bus, dan merubah lampu lalu lintas bagi jalurumum dari hijau menjadi berwarna merah, sehingga pada saatbus transjakarta akan melewati persimpangan semua kendaraanpada jalur biasa yang akan memutar balik dipaksa berhenti. Haltersebut menunjukan bahwa sistem telah berhasil melakukanpengamanan dari kemungkinan kecelakaan bagi kendaraan dijalur umum, pada saat akan melakukan putar balik dipersimpangan jalur bus Transjakarta.

Pada saat bus transjakarta mendekati roadblocker(penghalang), sistem sensor RF ID telah berhasil mendeteksikeberadaan bus, untuk kemudian membuka roadblocker danmerubah lampu indikator dari warna merah menjadi warnahijau. Sistem juga berhasil memberikan akses bagi bustrasnjakarta untuk memasuki jalur busway denganmenggunakan kartu manual saat sensor otomatis tidakberfungsi.

Selain itu, prototipe yang telah dibagun juga telahmemperhitungkan faktor faktor lain, seperti kebanjiran,

kemungkinan pengrusakan fisik, pemadaman fisik, serta responsistem terhadap kecepatan busway pada jalur persimpangan.

.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terimakasih diberikan kepada pihak pihak yangtelah berkontribusi baik langsung maupun tidak langsung,selama proses studi, survei, perancangan, pembuatan prototipeautocracy : (1) Dirjen Dikti, kementrian pendidikan dankebudayaan, (2) Civitas Universitas Negeri Jakarta, (3)Orangtua dan Dosen Pembimbing serta berbagai pihak yangtidak dapat disebutkan satu persatu

.

REFERENCES

[1] Akhmad, Al Antoni. 2009. Perancangan Simulasi SistemPergerakan Dengan Pengontrolan Pneumatik Untuk MesinPengamplas Kayu Otomatis. Jurnal Sriwijaya, Vol 18 no : 3.

[2] Murdiono, Jatmiko. 2006. Persepsi Konsumen TerhadapPelayanan "Busway" TransJakarta. Jurnal Ekubak 3.

[3] Perdana, M. Andi. 2013. Macet Terus, Jakarta Rugi Rp 65Triliun per Tahun.http://www.tempo.co/read/news/2013/03/24/214468984/Macet-Terus-Jakarta-Rugi-Rp-65-Triliun-per-Tahun. Diakses padatanggal 20 Oktober 2013

[4] Prabaswara, C. P., Christyono, Y., & Setiyono, B. 2012.Perancangan Sistem Keamanan Akses Pintu MenggunakanRadio Frequency Identification (Rfid) Dan Sms (Short MessageService). TRANSIENT, Vol 1 no: 4.

[5] Sulistyanto, Nanang. 2008. Pemrograman MikrokontrolerR8C/13. Jakarta : PT. Elex Media Komputindo

[6] Unit Pengelola Transjakarta Busway. 2013. Kinerja JumlahPendapatan.http://transjakarta.co.id./publikasi.php?q=1pXPwtjR4g==.Diakses pada tanggal 21 Agustus 2013.

[7] VIVAnews.com.2010. Setiap Hari Ada 3 Kecelakaan di JalurBusway. http://log.viva.co.id/news/read/204257-setiap-hari-ada-3-kecelakaan-di-jalurbusway. Diakses pada tanggal 19 Oktober2013



Analisis Kinerja Motor Induksi Tiga Fasa padaTegangan Tidak Seimbang dan Dampak Ekonominya

pada Industri

A. SyarifuddinJurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Ujung PandangMakassar, Indonesia

[email protected]

Hammada abbas dan Rafiuddin SyamJurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik


[email protected]

Abstract— Penelitian ini bertujuan menentukan persentasepenurunan daya poros dan torsi poros yang disebabkan tegangantidak seimbang, menentukan persentase peningkatan rugi daya dansuhu isolasi , dan persentase penurunan kecepatan putaran padategangan tidak seimbang, dan menentukan kerugian industri yangdisebabkan motor induksi tiga fasa beroperasi pada tegangan tidakseimbang. Dalam pengujian laboratorium, dibuat simulasitegangan tidak seimbang sebagai masukan motor induksi tiga fasa.Pada beban nominal konstan, tegangan tidak seimbang dibuatbervariasi dengan persentase ketidakseimbangan mulai dari 0hingga 5 %. Data yang diperoleh dari pengujian laboratoriumberupa data arus rotor tidak seimbang, daya masukan dankecepatan putaran, dan data dari industri berupa data teganganmasukan, daya keluaran, efisiensi dan kecepatan putaran. Datategangan dan arus tidak seimbang dianalisis dengan menggunakanmetode komponen simetri. Hasil penelitian menunjukkan padaketidakseimbangan tegangan 1 %, rugi daya meningkat 5,01 %,suhu isolasi meningkat 2º C; kecepatan putaran, daya poros, dantorsi poros menurun masing-masing 0,7, 6,89 dan 6,92 %, danumur isolasi berkurang dari 86000 jam menjadi 75000 jam. Padaketidakseimbangan tegangan 5 %, rugi daya meningkat 34,26 %,suhu isolasi meningkat 50º C; kecepatan putaran, daya poros dantorsi poros menurun masing-masing 4,79, 29,07 dan 29,14 %, danumur isolasi berkurang menjadi 2500 jam. Padaketidakseimbangan tegangan 0,61 % di industri pakan ternak ayamPT.Charoen Pokphand Indonesia Makassar, rugi daya motormeningkat 2,65 kW, biaya tenaga listrik meningkat Rp11.938.070 per tahun, hasil produksi berkurang 612 ton dankerugian akibat berkurangnya hasil produksi Rp 306.000.000 pertahun.

Kata kunci---industri, ketidakseimbangan tegangan, motorinduksi tiga fasa.

I. PENDAHULUAN

Diperkirakan 80 % motor listrik yang digunakan industridiseluruh dunia pada saat ini merupakan motor induksi tigafasa [1]. Motor induksi tiga fasa ini banyak digunakan sebagaipenggerak alat-alat produksi, memutar pompa, fan, konveyordan lain-lain, karena mempunyai konstruksi sederhana, kokoh,harga lebih murah, dan mudah pemeliharaannya [2]. Padaumumnya motor induksi tiga fasa di industri di Indonesiamemperoleh pasokan daya listrik dari sumber tegangan tigafasa PLN. Sumber tegangan tiga fasa ini dimanfaatkan baikuntuk mengoperasikan beban satu fasa seperti lampu

penerangan, pemanas dan lain-lain, maupun beban tiga fasaseperti motor induksi tiga fasa secara bersama-sama. Bebansatu fasa ini cenderung menyebabkan sistem pembebanan tidakseimbang karena beban-beban satu fasa mempunyaikarakteristik, faktor daya dan waktu pengoperasian yangberbeda-beda [1]. Akibatnya terjadi ketidakseimbangantegangan pada beban tiga fasa, yaitu tegangan pada ketiga fasatidak seimbang atau tidak sama besar. Ketidakseimbangantegangan ini berpengaruh secara langsung terhadap kinerjamotor induksi tiga fasa, seperti kecepatan putaran, daya porosdan torsi poros menjadi menurun, konsumsi daya listrik dansuhu isolasi motor menjadi meningkat [3].

Mengingat tegangan tidak seimbang pada motor induksitiga fasa ini menimbulkan dampak yang merugikan, baiksecara teknik maupun ekonomi, NEMA (National ElectricalManufacturers Association) memberikan batasan, yakniketidakseimbangan tegangan yang diizinkan hanya sampaidengan 1 % tanpa derating (penurunan daya keluaran motor)dan maksimum 5 % dengan derating [4].


Berdasarkan standar IEC (International ElectrotechnicalCommission), persentase ketidakseimbangan tegangan, Fv (%)dari tegangan tiga fasa tidak seimbang ditentukan denganmetode komponen simetri, dan dinyatakan sebagaiperbandingan antara tegangan urutan negatif, Va2 (V) dengantegangan urutan positif, Va1 (V) [1], yaitu :

%100)/()( 12 xVVF aav (1)

Tegangan urutan negatif dan tegangan urutan positifditentukan berdasarkan data tegangan pada fasa a, Va (V),tegangan pada fasa b, Vb (V), dan tegangan pada fasa c, Vc

(V), yaitu :

)(3/1 21 cbaa VaaVVV

)(3/1 22 cbaa aVVaVV

dengan :

a = 1 120 = -0,5 + j 0,866



a2 = 1 240 = -05 - j 0,866

Tegangan masukan tidak seimbang pada motor induksi tigafasa menyebabkan timbulnya arus rotor urutan positif danurutan negatif. Jika arus rotor pada masing-masing fasadinyatakan dengan Ira, Irb dan Irc, arus rotor urutan positif, Ir1

(A) dan arus rotor urutan negatif, Ir2 (A) ditentukan sebagaiberikut :

)(3/1 21 crbrarr IaaIII

(2)

)(3/1 22 crbrarr aIIaII

Motor induksi tiga fasa yang dioperasikan pada tegangantidak seimbang ini akan menghasilkan daya poros dan torsiporos urutan positif dan urutan negatif secara bersama-samadan saling berlawanan [1]. Jika dinyatakan daya poros urutanpositif adalah Psh1, daya poros urutan negatif adalah Psh2, torsiporos urutan positif adalah Tsh1, torsi poros urutan negatifadalah Tsh2 dan resistansi rotor per fasa adalah R2 (Ω) , makadaya poros total, Psh (kW) dan torsi poros total Tsh (N-m)ditentukan sebagai berikut :

21 shshsh TTT (4)

)]2/(/[)/3( 22

212 sIsIRw rrs

Slip s pada (3) dan (4) diperoleh dari perbedaan relatif antarakecepatan putaran sinkron, ns (rpm) dengan kecepatan putaranrotor, nr (rpm), yaitu :

)/1( sr nns

Jika frekuensi sumber tegangan disimbolkan dengan f (Hz)dan jumlah kutub adalah p, maka kecepatan sudut sinkron ws

(rad/sec) pada (4) dinyatakan dengan :

)/(42 pfnw ss

Pada kondisi tegangan tidak seimbang ini komponentegangan urutan negatif membangkitkan fluks medan putaryang melawan putaran rotor, sehingga kecepatan putaran dantorsi poros menjadi menurun [5]. Akibatnya arus yangmengalir menjadi lebih besar dibandingkan arus nominalkarena seolah-olah motor mendapat beban tambahan. Arusyang lebih besar ini menyebabkan rugi daya dan suhu isolasimenjadi meningkat, sedangkan efisiensi motor menjadimenurun.

Salah satu bagian dari tujuan yang ingin dicapai dalampenelitian ini adalah membandingkan daya poros dan torsiporos yang dihasilkan motor pada tegangan tidak seimbangdengan daya poros dan torsi poros yang dihasilkan motor padategangan seimbang. Pada tegangan seimbang, tidak terdapat

komponen urutan negatif, dan daya poros Psh (kW) serta torsiporos Tsh (N-m) yang dihasilkan dinyatakan dengan :

])()/[(

)/()(3

)/()'(3

22

2

2

rthrths

rth

rrs

sh

XXsRRw

sRV

sRIw

T

(6)

Pada (5) dan (6), Ir’ (A) adalah arus rotor per fasa dilihat darisisi stator, Rr (Ω) dan Xr (Ω) adalah resistansi dan reaktansirotor per fasa dilihat dari sisi stator. Jika dinyatakan teganganmasukan per fasa dengan V1 (V), resistansi stator per fasadengan R1 (Ω), reaktansi stator per fasa dengan X1 (Ω), danreaktansi magnetisasi dengan Xm (Ω), maka tegangan ekivalenThevenin, Vth (V), resistansi ekivalen Thevenin, Rth (Ω), danreaktansi ekivalen Thevenin, Xth (Ω) ditentukan sebagaiberikut :

111 )(

VXXjR

jXV

m

mth

ththm

mth jXR

XXjR

jXRjXZ

)(

)(

11

11

Daya keluaran, Po (kW) yang diberikan kepada bebanmekanik adalah selisih antara daya poros dengan rugi rotasi,Pfw (kW), yaitu :

Po = Psh - Pfw

Jika dinyatakan Pi (kW) adalah daya masukan, nm (%)

adalah efisiensi nominal, Pls (kW) adalah peningkatan rugidaya, maka faktor pembebanan motor, Lf, dan efisiensi, (%)

ditentukan sebagai berikut :

nmo

i

P

PLf

/

%100)]/(1[%100)/( xPPxPP ilsio

Jika dinyatakan ls (%) adalah efisiensi akibat peningkatan

rugi daya, maka peningkatan rugi daya listrik atau peningkatankonsumsi daya listrik motor, Pls (kW) sebagai akibatpenurunan efisiensi dinyatakan dengan :

)/100/100( nmlsols LfPP (7)

Peningkatan kerugian tenaga listrik, Hls (kWh) karenaefisiensi menurun selama waktu operasi dalam satu tahun, top

(hours) adalah :

21 shshsh PPP (3)

22

2

2

)()/(

)/()1(3

)/()')(1(3

rthrth

rth

rrsh

XXsRR

sRVs

sRIsP

(5)



oplsls xtPH (8)

Jika biaya tenaga listrik dinyatakan dengan Rp/kWh,peningkatan biaya tenaga listrik per tahun, CSTls (Rp)adalah :

kWhxRpHCST lsls / (9)

Hubungan empiris antara persentase ketidakseimbangantegangan, Fv (%) dengan peningkatan suhu isolasi motor, ( ) dinyatakan sebagai berikut :

2)(2 vFx (10)

Peningkatan suhu ini sangat mempengaruhi umur isolasimotor, terutama pada waktu motor beroperasi pada bebanpenuh. Pada umumnya motor induksi tiga fasa yangdioperasikan di industri mempunyai isolasi belitan kelas B dankelas F. Hubungan grafis antara umur isolasi motor (dalamribuan jam) dengan peningkatan suhu motor (dalam ºC)ditunjukkan pada gambar 1 berikut ini.

Gambar 1. Hubungan grafis antara umur isolasi

Gambar 1. Hubungan grafis antara umur isolasi dengan peningkatan suhuisolasi motor.

Pada gambar 1, dapat dilihat bahwa setiap peningkatansuhu isolasi 10 oC, umur isolasi motor berkurang 50 %. Padaketidakseimbangan tegangan 3 %, suhu isolasi meningkat 18oC dan umur isolasi motor berkurang hampir 75 %dibandingkan umur isolasi motor pada saat beroperasidengan tegangan seimbang nominal.

Jika hasil produksi berkaitan langsung dengan kecepatanputaran motor, maka dalam rentang waktu tertentu penurunankecepatan putaran menyebabkan penurunan hasil produksi.Jika dinyatakan kecepatan putaran pada tegangan seimbang(balance) nominal adalah nbl` (rpm), kecepatan putaran padategangan tidak seimbang (unbalance) adalah nub (rpm), danhasil produksi pada tegangan seimbang adalah PRDbl (kg),maka hasil produksi pada tegangan tidak seimbang, PRDub

(kg) adalah :

blblubub xPRDnnPRD )/( (11)

Jika harga hasil produksi dinyatakan dengan Rp/kg, kerugianyang terjadi karena proses produksi berlangsung padategangan tidak seimbang, CSTub (Rp) ditentukan sebagaiberikut :

kgxRpPRDPRDCST ubblub /)( (12)


Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium dan industri.Dalam penelitian laboratorium didesain suatu simulasitegangan tidak seimbang sebagai tegangan masukan motor.Diagram blok penelitian laboratorium ditunjukkan padagambar 2 berikut ini.

Gambar 2. Diagram blok penelitian

Tegangan masukan motor induksi tiga fasa (motor belitan)1 kW ini merupakan tegangan variabel dari masing-masingfasa keluaran tiga buah ototransformator satu fasa yangterhubung secara bintang. Tegangan keluaran masing-masingototransformator diatur sedemikian rupa sehingga diperolehbeberapa variasi ketidakseimbangan tegangan masukanmotor sesuai dengan kebutuhan penelitian tanpa mengabaikankondisi keamanan motor. Tegangan masukan ototransformatorper fasa 220 V, dan tegangan keluarannya per fasa 0 – 250 V.Adapun simulasi beban motor diatur dengan mengatur settingskala 0 – 5 kg pada torsi pengereman hingga mencapai bebannominal motor, dan setting beban nominal ini dijaga konstanselama pengujian motor, baik pada tegangan seimbangnominal maupun pada tegangan tidak seimbang. Data yangdiperoleh dari pengujian laboratorium ini berupa datategangan masukan seimbang nominal, beberapa variasitegangan masukan tidak seimbang, arus rotor, daya masukandan kecepatan putaran.

Dalam penelitian laboratorium ini dilaksanakan jugapengujian tanpa beban, pengujian rotor tertahan dan pengujianmetode volt-amper untuk memperoleh data parameter motordan rugi daya konstan. .

Dalam penelitian ini tegangan masukan motor yang tidakseimbang dikonversi menjadi persentase ketidakseimbangantegangan, arus rotor tidak seimbang dikonversi menjadi arusrotor urutan positif dan urutan negatif untuk menentukan dayaporos dan torsi poros dengan menggunakan metode komponensimetri.

Adapun data yang diperoleh dari penelitian industri adalahdata tegangan masukan, daya keluaran nominal, faktor daya,efisiensi dan kecepatan putaran dari keseluruhan motorinduksi tiga fasa yang beroperasi dalam proses produksi. Dataini digunakan untuk menentukan dampak ekonomi yang

Teganganmasukan

Torsibeban

Motorbelitan

InstrumenInstrumen



dialami industri apabila motor induksi tiga fasa beroperasipada tegangan tidak seimbang.


Parameter listrik motor induksi tiga fasa 1 kW per fasamasing-masing adalah resistansi stator 7,241 Ω, resistansirotor 0,795 Ω, reaktansi bocor stator 8,95 Ω, reaktansi bocorrotor dilihat dari sisi stator 8,95 Ω, resistansi rotor dilihat darisisi stator 5,14 Ω dan reaktansi magnetisasi 111,85 Ω. Rugirotasi 0,036 kW, daya keluaran konstan 1 kW dan kecepatanputaran sinkron 1500 rpm.

A. Persentase Ketidakseimbangan TeganganBerdasarkan data tegangan masukan per fasa, ditentukan

persentase ketidakseimbangan tegangan motor induksi tigafasa dengan menggunakan (1) sebagaimana ditunjukkan padatabel 1 berikut ini.

Tabel 1 Persentase ketidakseimbangan tegangan

Tegangan masukanper fasa (V) Va1

(V)Va2

(V)Fv

(%)Va Vb Vc

220 220 220 220,00 0 0223 220 215 219,33 2,33 1225 215 210 216,67 4,41 2205 207 225 212,33 6,36 3200 200 225 208,33 8,33 4190 200 225 205,00 10,1 5

B. Arus Rotor Urutan Positif dan NegatifBerdasar data arus rotor per fasa pada setiap persentase

ketidakseimbangan tegangan, ditentukan arus rotor urutanpositif dan urutan negatif dengan menggunakan (2)sebagaimana ditunjukkan pada tabel 2 berikut ini.

Tabel 2 Arus rotor urutan positif dan urutan negatif

FV

(%)

Arus rotor per fasa( A ) Ir1

( A )Ir2

( A )Ira Irb Irc

0 4,90 4,90 4,89 4,90 0,001 5,33 5,31 5,20 5,28 0,042 5,89 5,81 5,49 5,73 0,123 6,28 6,26 5,70 6,08 0,194 6,64 6,73 5,95 6,44 0,255 7,31 7,58 6,44 7,11 0,34

C. Daya Poros dan Torsi PorosDaya poros dan torsi poros pada tegangan tidak seimbang

dengan ketidakseimbangan 0 sampai dengan 5 % `(persentaseketidakseimbangan tegangan maksimum yangdirekomendasikan NEMA), ditentukan dengan menggunakan(3) dan (4) berdasarkan data kecepatan putaran dan arus rotor

pada tabel 2. Hasil analisis daya poros dan torsi poros padategangan tidak seimbang ini disajikan pada tabel 3 berikut ini.

Tabel 3 Daya poros dan torsi poros padategangan tidak seimbang

Fv (%) nr (rpm) Psh (kW) Tsh (N-m)

0 1421 1,031 6,921 1411 1,054 7,132 1399 1,085 7,403 1389 1,103 7,584 1377 1,107 7,685 1353 1,110 7,83

Pada kecepatan putaran yang sama, daya poros dan torsi porosyang dihasilkan motor pada tegangan seimbang nominal yangditentukan dengan menggunakan (5) dan (6) ditunjukkan padatabel 4 berikut ini.

Tabel 4 Daya poros dan torsi poros padategangan seimbang

Hasil analisis pada tabel 4 dan tabel 5 diatas menunjukkanbahwa pada ketidakseimbangan tegangan 1 %, daya poros dantorsi poros masing-masing 1,054 kW dan 7,13 N-m padakecepatan putaran 1411 rpm. Pada kecepatan putaran yangsama pada tegangan seimbang nominal, daya poros dan torsiporos yang dihasilkan motor masing-masing 1,132 kW dan7,66 N-m, atau terjadi penurunan daya poros dan torsi porosmasing-masing 6,89 dan 6,92 %. Pada ketidakseimbangantegangan 2 %, daya poros dan torsi poros menurun masing-masing 12,50 dan 12,63 %, dan pada ketidakseimbangantegangan 5 %, daya poros dan torsi poros menurun masing-masing 29,07 dan 29,14 %. Dengan demikian, makin tinggiketidakseimbangan tegangan, daya poros dan torsi poros yangdihasilkan motor makin menurun.

D. Peningkatan Rugi Daya dan Penurunan Efisiensi.Persentase peningkatan rugi daya dan penurunan efisiensi

motor pada tegangan tidak seimbang dengan daya keluaranmotor 1 kW konstan, ditunjukkan pada tabel 5 berikut ini.

Tabel 5 Persentase peningkatan rugi daya dan efisiensi

Fv

(%)Pi

(kW)Pls

(kW)Peningkatan

rugi daya (%)ls (%)

0 1,359 0,359 0 73,5841 1,377 0,377 5,01 72,6222 1,396 0,396 10,31 71,6333 1,418 0,418 16,16 70,522

nr (rpm) Psh (kW) Tsh (N-m)

1421 1,035 6,951411 1,132 7,661399 1,240 8,471389 1,322 9,091377 1,412 9,791353 1,565 11,05



4 1,446 0,446 24,23 69,1565 1,482 0,482 34,26 67,476

Pada tabel 5 terlihat, pada ketidakseimbangan tegangan 1 %,rugi daya meningkat dari 0,359 kW menjadi 0,377 kW ataumeningkat 5,01 %, dan efisiensi menurun 0,962 % dari73,584 % menjadi 72,622 %. Pada ketidakseimbangantegangan 5 %, rugi daya meningkat 34,26 % dan efisiensimenurun 6,108 %. Jadi makin tinggi ketidakseimbangantegangan, rugi daya makin meningkat dan efisiensi motormakin menurun.

E. Peningkatan Suhu, Umur Isolasi dan DeratingPeningkatan suhu isolasi motor pada setiap persentase

ketidakseimbangan tegangan ditentukan dengan menggunakan(10), dan umur isolasi ditentukan secara grafis berdasarkangambar 1.

Dalam penelitian ini, motor induksi tiga fasa yangdigunakan mempunyai isolasi kelas B dengan suhumaksimum yang dizinkan 130 ºC. Dalam operasi normal padabeban nominal, suhu operasi motor 80 ºC dan suhu sekeliling(ambient) sekitar 30 ºC, sehingga suhu isolasi motor 110 ºCdan umur isolasi motor 86000 jam

Peningkatan suhu, suhu isolasi dan umur isolasi motor padasetiap persentase ketidakseimbangan tegangan ditunjukkanpada tabel 6 berikut ini.

Tabel 6 Peningkatan suhu, suhu isolasi dan umur isolasi

Fv

(%)Peningkatansuhu (º C)

Suhu isolasi(ºC)

Umur isolasi(jam)

0 0 110 860001 2 112 750002 8 118 480003 18 128 220004 32 142 90005 50 160 2500

Pada tabel 6 terlihat pada ketidakseimbangan tegangan 1 %,suhu isolasi meningkat 2 ºC menjadi 112 ºC, dan umurisolasi motor berkurang dari 86000 jam menjadi 75000 jam;dan pada ketidakseimbangan tegangan 5 %, suhu isolasimeningkat 50 ºC menjadi 160 ºC dan umur isolasi motorberkurang menjadi 2500 jam. Jadi makin tinggiketidakseimbangan tegangan, suhu isolasi makin meningkatdan umur isolasi motor makin berkurang.

Berdasarkan rekomendasi NEMA, pada ketidakseimbangantegangan hingga 1 %, tidak perlu dilakukan derating terhadapdaya keluaran motor, karena pengaruh peningkatan arus tidaksignifikan terhadap peningkatan suhu motor. Tetapi padaketidakseimbangan tegangan lebih dari 1 sampai dengan 5 %sebagai batas toleransi ketidakseimbangan tegangan, NEMAmerekomendasikan dilakukan derating (penurunan dayakeluaran). Pada ketidakseimbangan tegangan 2 %, dayakeluaran motor diturunkan menjadi 95 %, dan padaketidakseimbangan 5 % , daya keluaran motor diturunkanmenjadi 77 % [7].

F. Persentase Penurunan Kecepatan Putaran

Pada tegangan tidak seimbang, kecepatan putaran motorlebih rendah dibandingkan dengan kecepatan putaran motorpada tegangan seimbang nominal. Persentase penurunankecepatan putaran motor dari kecepatan putaran nominal padasetiap persentase ketidakseimbangan tegangan ditunjukkanpada tabel 7 berikut ini.

Tabel 7 Persentase penurunan kecepatan putaran

Fv (%) nr (rpm) Penurunan putaran (%)0 1421 01 1411 0,702 1399 1,553 1389 2,254 1377 3,105 1353 4,79

Pada tabel 7 terlihat pada ketidakseimbangan tegangan 1 %,kecepatan putaran menurun dari 1421 rpm menjadi 1411 rpmatau menurun 0,7 %, dan pada ketidakseimbangan tegangan 5%, kecepatan putaran menurun 4,79 %. Jadi makin tinggiketidakseimbangan tegangan, kecepatan putaran motor makinmenurun.

G. Dampak Ekonomi pada IndustriDampak ekonomi sebagai akibat ketidakseimbangan

tegangan masukan motor induksi tiga fasa yang secaralangsung dapat dialami industri adalah meningkatnya biayatenaga listrik dan berkurangnya hasil produksi.

Ketidakseimbangan tegangan di industri pakan ternak ayamPT. Charoen Pokphand Indonesia Makassar relatif kecil, yaknihanya 0,61 %, artinya hanya 61% dari persentaseketidakseimbangan tegangan 1 %.

Pada tegangan nominal seimbang, daya keluaran total darikeseluruhan motor induksi tiga fasa yang beroperasi dalamproses produksi di industri ini 1084,670 kW dan efisiensinominal rata-rata 92,600 %, jadi daya masukan total 1171,350kW dan rugi daya total 86,680 kW.

Pada ketidakseimbangan tegangan 0,61 %, rugi dayameningkat 3,056 % dari 86,680 kW menjadi 89,330 kW danefisiensi menurun dari 92,600 % menjadi 92,391 %, atau rugidaya listrik meningkat 2,650 kW dan efisiensi menurun 0,209%. Apabila ketidakseimbangan tegangan 0,61 % di industri inimerupakan ketidakseimbangan tegangan rata-rata dalam satutahun, rugi tenaga listrik selama motor beroperasi dalamwaktu 6000 jam per tahun adalah 15900 kWh. BerdasarkanPeraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 8 Tahun 2011,tarif dasar listrik untuk industri ini adalah Rp.1020/kWh padawaktu beban puncak dan Rp.680/kWh diluar waktu bebanpuncak. Waktu beban puncak berlangsung selama 5 jam(20,83 %) dan waktu diluar beban puncak selama 19 jam(79,17 %). Dengan menggunakan (9), diperoleh peningkatanbiaya tenaga listrik akibat ketidakseimbangan teganganmasukan motor induksi tiga fasa di industri ini, yakni Rp11.938.070 dalam satu tahun.

Hasil produksi industri ini sama dengan kapasitas produksimixer, yaitu 25 ton per jam atau 150000 ton per tahun padaputaran nominal 1470 rpm. Pada ketidakseimbangan tegangan0,61 %, kecepatan putaran menurun 0,427 % menjadi 1464



rpm, dan dengan menggunakan (11), diperoleh hasilproduksi dalam satu tahun 149388 ton, atau terjadi penurunan612 ton. Apabila diasumsikan keuntungan industri 10 % dariharga jual rata-rata produknya, yaitu 10 % dari Rp 5000 perkg, maka dengan menggunakan (12) diketahui kerugianindustri akibat penurunan kecepatan putaran adalah Rp306.000.000 dalam satu tahun.

.


Berdasarkan pemaparan diatas, dapat disimpulkan bahwamakin tinggi ketidakseimbangan tegangan masukan;kecepatan putaran, daya poros dan torsi poros yang dihasilkanmotor induksi tiga fasa makin menurun, rugi daya listrik dansuhu isolasi motor makin meningkat.

Ketidakseimbangan tegangan 0,61 % di industri pakanternak ayam PT. Charoen Pokphand Indonesia Makassarmenyebabkan peningkatan biaya tenaga listrik Rp11.938.070 dan kerugian akibat berkurangnya hasilproduksi Rp 306.000.000 dalam satu tahun.

Disarankan beban-beban satu fasa didistribusikan secaramerata pada ketiga fasa saluran pelayanan agarketidakseimbangan tegangan menjadi lebih rendah; danapabila ketidakseimbangan tegangan masukan cukup besar,disarankan daya keluaran motor induksi tiga fasa diturunkandengan cara menurunkan beban, agar peningkatan arus dansuhu isolasi motor menjadi lebih rendah.

DAFTAR PUSTAKA

[1] K.S. Shandu and V. Chaudhary. (2009, February). Steady StateModelling of Induction Motor Operating With Unbalanced SupplySystem. WSEAS Trans. Circuits and Systems. [Online]. 8(2).pp. 197-205. Available: http://www.wseas.us/elibrary/transaction/

circuit/2009/28843.pdf.[2] B.L.Theraja and A.K. Theraja, Electrical Technology. New

Delhi: Nirja Construction & Development Co, 1991, pp.866-925.[3] I.Plummer, “Asymmetry In Distribution Systems: Causes,

Harmful Effects and Remedies,” M.S.thesis, Dept. Electrical andComputer Eng., Louisiana State Univ., Louisiana, USA, 2011.[Online]. Available: http:eds-isu.edu/doc/etd-04292011-090330/unrestricted/plummer_thesis.pdf.

[4] Schneider Electric. (2006, April). Monitoring Induction Motor ForPower Quality (part 1). [Online]. 8 (1). pp. 1-5.Available: http://www.ops-ecat/3000HO0602_part1.pdf

[5] A. von Jouanne and B.Banerjee. (2001, Oktober). Assessment ofVoltage Unbalance. IEEE Trans. Power Delivery. [Online]. 16(4).pp.782-789. Available: http://www.cpdee.ufmg.br/-selenios/artigo4.

pdf.[6] C.F. Wagner and R.D. Evan, Symmetrical Components. New York: Mc

Graw – Hill Book Company, 1933, pp. 13-21, 345-351.[7] G.A. McCoy, T.Litman and J.G.Douglass. (1993, January).

Energy-Efficient Electric Motor Selection Handbook, Revision 3.[Online]. pp. 15-41. Available: http://wetbook.net/ freestuff/

motor_selection.pdf .[8] A.E.Fitzgerald, C.Kingsley dan S.D. Umans, Mesin–Mesin Listrik.

Edisi Keempat. Terjemahan oleh Djoko Achyanto.Jakarta:PenerbitErlangga, 1990, hal. 439-466.

[9] Sen, P. C.. Principles Of Electric Machines And Power Electronics.New York: John Wiley & Sons, 1997, pp. 222-237.



Rancang Bangun Sistem Penangkapan EnergiMaksimum pada Solar Cell

Wisnu BrotoProdi Elektro Fakultas Teknik Universitas PancasilaSrengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan 12640

[email protected]

Abstract— Penulisan ini membahas tentang sebuahkonsep pencarian algoritma optimasi untuk menentukanmaksimum daya yang dapat dicapai oleh 15 blok solarcell yang disusun menjadi satu kesatuan secara serisehingga akan menghasilkan kurang lebih 300 volt DCdengan arus maksimum yang dapat dicapai adalah 3 Ampere.Secara sederhana dapat dijelaskan proses sistem ini adalahdengan mengubah masukan tegangan analog menjadi datadigital yang kemudian oleh mikrokontroler akan diolahuntuk mendapatkan pergerakan motor rotator kearah dayayang paling maksimal pada saat solar cell mengikutipergerakan atau perpindahan posisi matahari.

Kata kunci : optimasi, daya maksimum, rotator

Abstract— This Paper discuss about searching optimumalgorithm to determine maximum power can be reach by 15solar cell blok that are arranged in array to producethereabout 300 volt dc with 3 amper maximum current.Simplify, can be explained that the system process changeanalog input voltage and then by microcontroller will beprocessed to get rotator movement toward where does thesunlight position. Certainly maximum voltage could bereached when solar cell following position of sun movement.

Key words: optimum ,maximum voltage, rotator

I. PENDAHULUANPemanfaatan solar cell merupakan salah satu alternative

sumber energi yang secara luas sudah dapat digunakan dandiaplikasikan. Pemanfaatnya sendiri disamping sebagaibackup atau cadangan dari suplay listrik utama misalnyaPLN (Perusahaan Listrik Negara) dapat juga dimanfaatkansebagai sumber energi utama dan bukan sebagai cadangan.Dalam kaitanya sebagi sumber energi utama maka investasiyang dikeluarkan menjadi sangat besar karena memanghasil dari solar cell ini tidak cukup besar untuk diman-faatkan sebagai penyuplay utama listrik rumah tangga.Namun dalam kasus khusus seperti tempat dengan aksesjalan yang sulit, daerah kepulauan, rambu-rambu lepaspantai ataupun stasiun ruang angkasa meliputi satelit danbenda buatan manusia yang mengorbit ke bumi maka tidakada jalan lain selain memanfaatkan solar cell sebagaialternative energi utamanya.

Pemasangan solar cell di banyak tempat dipasang dengankondisi tetap tanpa mampu bergerak mengikuti posisimatahari. Ini dikarenakan memang membuat sebuah sistemsolar cell yang dapat bergerak dan mengikuti pergerakanmatahari masih tebilang cukup mahal. Namun untuk

menghasilkan daya ataupun energi maksimum dari solar cellhal ini perlu dilakukan.Untuk merealisasikan maksudtersebut maka pada tulisan ini disusun suatu “RancangBangun Sistem Penangkapan Energi Maksimum Pada SolarCell.” Tidak seperti biasanya sistem yang akan dirancangmenggunakan suatu metode scanning terhadap titik-titiktegangan tertentu sampai diperoleh suatu keadaan maksimumdari tegangan solar cell dan proses pencariannya meng-gunakan algoritma optimasi. Sistem ini memfungsikan solarcell sendiri berlaku sebagai sensor sehingga diharapkanakan lebih optimal dalam pencapaian energi matahari.

II. DASAR TEORIOptimasi adalah salah satu disiplin ilmu dalam

matematika yang fokus untuk mendapatkan nilai minimumatau maksimum secara sistematis dari suatu fungsi, peluang,maupun pencarian nilai lainnya dalam berbagai kasus.Ada juga yang menyebut optimasi merupakan aktivitasuntuk mendapatkan hasil yang terbaik dari pilihan yangtersedia. Tujuan dari setiap keputusan adalah untuk me-minimumkan usaha yang dilakukan atau memaksimumkankeuntungan yang diperoleh. Usaha atau keuntungan ter-sebut secara praktek dinyatakan sebagai fungsi denganvariable keputusan yang akan dicari nilai optimumnya.Dalam kehidupan sehari-hari, baik disadari maupun tidak,orang selalu melakukan optimasi untuk memenuhikebutuhannya. Optimasi yang dilakukan oleh masyarakatawam lebih banyak dilandasi oleh intuisi daripada teorioptimasi.

Optimasi sangat berguna di hampir segala bidang dalamrangka melakukan usaha secara efektif efisien untuk men-capai target hasil yang ingin dicapai. Tentunya hal ini akansangat sesuai dengan prinsip ekonomi yang berorientasikanuntuk senantiasa menekan pengeluaran untuk menghasilkanoutput yang maksimal. Optimasi ini juga penting karenapersaingan saat ini sudah benar benar sangat ketat. Bidangpersaingan tersebut antara lain arsitektur, data mining,jaringan komputer, signal and image processing, tele-komunikasi, ekonomi, transportasi, perdagangan, pertanian,perikanan, perkebunan, perhutanan, dan sebagainya.

Sebagai contoh implementasi teknik optimasi ini, kitalihat dengan mengambil cara mudah untuk mengoptimalkanperformance komputer pada saat memakai suatu programagar berjalan lebih lancar, adalah dengan mematikanprogram-program yang running namun sebenarnya tidakdiperlukan. Jika komputer kita tidak sedang membutuh-kan koneksi dengan jaringan, sebaiknya semua service



yang mendukung ataupun berhubungan dengan jaringan,ada baiknya dimatikan. Selain itu jika kita pun tidakterkoneksi dengan jalan masuknya virus, ada baiknyasekalian mematikan anti virus yang sedang bekerja.Hal ini akan membuat performance komputer kita lebihoptimal, dengan mematikan program-program yang tidaksedang dipakai dan memakan memori.

Bidang optimasi memberikan banyak pilihan bagipengguna untuk menentukan teknik yang mana yang akandipakai untuk membentuk persaman modelnya. Metodeoptimasi yang akan digunakan adalah metode optimasinumeris yang hanya berlaku untuk suatu fungsi yangmempunyai satu puncak (maksimum) atau satu lembah(minimum) atau biasa disebut unimodal. Kaitannya dengantema bahasan tugas akhir ini yang mencari titik maksimumtegangan solar cell, juga tidak lepas dari metode optimasi.Disebut demikian sebab fungsi yang dicari adalah tegangansolar cell yang akan selalu berubah nilainya terhadap sudutyang dibentuk seperti ilustrasi grafik dibawah ini.

Gambar 2.1 Ilustrasi Grafik Volt vs SudutKet: f(x1), f(x2), f(x3), f(x4) adalah tegangan solar cell pertama,kedua, ketiga dan keempat

Gambar 2.1 Ilustrasi pencarian titik maksimum.

Ket: D, D1-D5 = waktu pergerakan motorD3 = 60% × D2D4 = 60% × D3D5 = 60% × D4

III. PERANCANGAN SISTEM

A. Prinsip kerja sistem

Perancangan system memberikan gambaran umumbagaimana sistem ini dibangun.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem

Untuk memahami diagram blokdiatas berikut diberikanpemaparan maksud dan tujuan masing-masing blok:1. MikrokontrolerAT89S52,

Microkontroller ini bertugas sebagai pengendali utamaRangkaian driver penggerak relay baik yang diperuntuk-kan sebagai pembuka brake, penggerak motor forwardatau maju maupun penggerak motor reverse atau mundur.Selain itu AT89S52 ini juga mengolah data masukan dariADC yang digunakan untuk mencari titik maksimum.

2. Mikrokontroler AT89S51Pada prinsipnya sistem ini tidak berjalan terus menerusuntuk mencari titik maximum namun untuk beberapasaat berhenti sampai saat tertentu sistem akan bergerakkembali untuk melaksanakan tugasnya. Fungi jeda ter-sebut pada AT89S51 bertugas sebagai pewaktu atautimer.

3. LCD display, Bertugas menampilkan informasi sesuaidengan keinginan user ataupun pengguna sistem ini.

4. ADC 0804, Mengkonversi nilai tegangan analog menjadidata digital yang dapat diolah oleh mikrokontroler.

5. Sensor tegangan (voltage Sensing), Tugasnya adalahmengukur tegangan Solar Cell sehingga dapat dibacaoleh ADC 0804.

6. Solar Cell (Solar Photovoltaic Power Modules), Sebagaipengumpul energy matahari yang akan diubah menjaditegangan DC.

7. Driver Relay, Terdiri dari rangkaian transistor NPN danresistor pull up yang bertugas untuk memberi penguatanterhadap logika 1 (satu) dari mikrokontroler.

8. T-2XX Tailtwister Bertugas sebagai penggerak utamakonstruksi solar cell yang dikontrol oleh driver relay.

B. Realisasi Perangkat keras

Kontruksi Solar cellPerangkat keras disusun atas dasar lebar dan panjang

solar cell module dengan panjang 63,9cm dan lebar 65,2cmdengan besar permodulenya 4166,28 cm2, disusun menjadi 3-



baris 5-kolom sehingga panjang total menjadi 319,5cm danlebar 195,6cm seperti tampak pada gambar 3.2. Bebanpermodul solar cell mencapai 5kg sehingga total menjadikurang lebih 75kg. Atas dasar itulah maka disusun suatukonstruksi yang dipertimbangkan seringan mungkin na-mun mampu menahan beban sebesar 75Kg. Alasan seringanmungkin dikarenakan beban akan melayang atau berdiridiatas motor rotator sehingga beban akan bertumpu padamotor rotator itu sendiri seperti tampak pada gambar 3.2sebagai hasil akhir konstruksi. Disamping itu dirancangpula bracket atau tempat kedudukan motor dc sepertidiperlihatkan pada gambar 3.2 yang akan dipakai sebagaipenggerak solar cell.

Gambar 3.2. Kontruksi akhir Solar Cell

Perangkat ElektronikaUntuk membangun sistem ini maka diperlukan

beberapa komponen penyusun diantaranya:1. Power supply, terdiri atas tegangan +12Volt, -12Volt,

GND, dan +5 Volt.2. Sensor tegangan dan system ADC, bertugas sebagai

penerima atau pembaca nilai tegangan dan selanjut-nya menkonversinya menjadi data digital.

3. Rangkaian Penggerak relay, terdiri dari transistor danrelay yang dikontrol oleh mikrokontroler AT89S52.

4. Mikrokontroler, bertugas sebagai pengolah data utamayaitu terdapat pada AT89S52 dan penghitung waktujeda antara pengambilan data sekarang dan berikut-nya yaitu pada AT89S51.

Penggerak utama solar cell berupa sebuah transistordan relay yang bekerja secara sinergi dan dikontrollangsung oleh mikrokontroler. Untuk menentukannyamaka perlu diperhatikan hal-hal berikut :1. Menentukan Arus Beban ( Ic beban )

Arus beban ini adalah arus dengan beban berupa relay.Dalam kasus ini dimisalkan didapat arus bebannya adalah34.6mA. arus beban ini nantinya dijadikan acuan untukmemilih transistor yang akan dipakai.

2. Menentukan TransistorTransistor yang digunakan pada rangkaian driver relayini dijadikan switch untuk memutus dan menyambung-kan aliran arus yg menuju ke relay, dengan syarat:

Ic beban < Ic max

Ic beban

Hfe > 5 ×Icmax

Sebagai contoh, dipakai Transistor jenis TIP31 yangmempunyai Icmax=3A. dengan Hfe max pada nilai 50maka akan diperoleh nilai Ib (arus basis) dengan perhi-tungan seperti berikut ini:

Ic 3mAIb = = = 0.692mA

Hfe 50

3. Menentukan Resistor

Gambar 3.3. Resistor Basis dan Resistor Pull Up

R1 berfungsi sebagai pembatas arus basis TIP31, nilainyaadalah: Vb ∙ Vbe 5V ∙ 0,858V

R1 = = = 6,2 KΩIb 0,692 Ohm

R2 berfungsi sebagai pull up resistor, yaitu untuk menegas-kan tegangan 5Volt dan membantu menyalurkan arus keresistor basis. Ini dilakukan dikarenakan arus keluaran darimikrokontroler sangat kecil sehingga perlu adanya suatubantuan dari luar. Besarnya nilai R2 dibebaskan asalkanmasih mampu mensupplay arus basis yang besarnya0.692mA.

Gambar 3.4. Rangkaian Sensor tegangan dan ADC 0804

C. Realisasi perangkat Lunak

Bahasa pemrogramanya adalah BASCOM-8051 yangmerupakan program basic compiler berbasis Windows untuk



mikrokontroler keluarga 8051 yaitu AT89C51, AT89C2051,dan yang lainnya. BASCOM-8051 merupakan pemrograman

dengan bahasa tingkat tinggi basic yang dikembangkan dandikeluarkan oleh MCS Electronic.

D. Diagram alir pada AT89S52

Gambar 3.5 Flowchart pada AT89S52

E. Diagram alir pada AT89S51

Gambar 3.6 Flowchart pada AT89S52

Gambar 3.6 Flowchart sistem scanning solar cell (AT89S52)



IV. PENGUJIAN SISTEM

Pengujian dan pengolahan data Rancang bangun systempenengkap energy maksimum pada solar cell mengunakanperbandingan antara sudut dan tegangan ataupun sudut dannilai konversi ADC. Pada gambar 4.1 diperlihatkanindikator dari peralatan kontrol motor rotator yang jarumpenunjuknya akan bergerak kekanan maupun kekiri sesuaiarah pergerakan dari rotator.

Gambar 4.1 Meter kontrol rotator

Pada indikator meter juga terdapat penunjuk arah utara,selatan, timur dan barat. Penunjuk arah ini padakenyataannya di lapangan tidak sesuai dengan standarseperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1 dikarenakan padaproses pemasangan awal tidak mempertimbangkan factorkesamaan sudut dengan arah hadap solar cell. Untuk sudutdan arah yang saat ini berlaku ditunjukkan pada tabel 4.2yang proses penentuan arahnya membutuhkan bantuankompas.

Tabel 1 Sudut dan arah mata angin menurut standar berlaku

Sudut Arah

0 Utara

90 Timur

180 Selatan

270 Barat

Tabel 2 Sudut dan arah mata angin berdarsarkan penunjukan kompas.

Sudut Arah

0 Barat Laut

45 Utara

90 Timur Laut

135 Timur

180 Tenggara

225 Selatan

270 Barat Daya

315 Barat

Dari kedua tabel 1 dan table 2 dapat dilihat bahwasanya

terjadi perbedaan sebesar 450 dengan melihat sudut nolderajatnya. Dari tabel 4.2 pula dapat dilihat perkiraangerakan solar cell akan dimulai pada sudut 1350 di arahtimur dan berakhir di sudut 3150 di arah barat, artinya solarcell akan bergerak sejauh 1800.

A. Analisa Kinerja Voltage Sensing

Untuk menguji kinerja voltage sensing yang akandilakukan disini adalah membandingkan karakteristik grafikpengambilan data tegangan versus sudut secara manualdan nilai konversi ADC pada LCD display versus sudut.Artinya bila keduanya menunjukkan kecendrungan sifatyang sama maka dapat dikatakan bahwa sensor tegangansudah dapat berfungsi dengan baik. Hasilnya adalah padapemilihan waktu yang sama grafik karakteristiknya hampirmendekati kesamaan. Hal tersebut dapat dilihat pada posisisudut yang berada di rentang yang kurang lebih sama makabaik data pengambilan manual maupun otomatis bentukgrafiknya menyerupai.

Gambar 4.2 Persamaan karakteristik grafik pada saat systemdijalankan manual dan otomatis sekitar pukul 17.00

B. Analisa Kinerja Keseluruhan

Dengan menggunakan informasi grafik diatas laludibandingkan dengan posisi berhenti sistem pada saatdijalankan secara otomatis seperti yang ditunjukkan padatable 4.2 maka dapat dilihat bagaimana sistem yang dirancangini apakah dapat bekerja sesuai dengan diharapkan(optimum) atau tidak.

Matahari terbit dari arah Timur Laut (900) melintasiUtara hingga terbenam di Barat Daya (2700), inilah kisaransudut saat terjadi energy maksimum yang dapat diserap olehsolar cell.



Tabel 3 Tabel perbandingan system dijalankan otomatis dan manual

DataKe-

WaktuSudut Berhenti saat

Sistem OtomatisOptimasi (derajat)

Kisaran Sudut saatterjadi Energi

Maksimum-Manual01 08.00 1000 900 ~ 1050

02 08.15 1050 1050 ~ 1200

03 08.30 1100 1050 ~ 1200

04 08.45 1150 1050 ~ 1200

05 09.00 1150 1050 ~ 1200

06 09.15 1200 1200 ~ 1350

07 09.30 1250 1200 ~ 1350

08 09.45 1050 1200 ~ 1350

09 10.00 1300 1200 ~ 1350

10 10.15 1350 1350 ~ 1500

11 10.30 1400 1350 ~ 1500

12 10.45 1250 1350 ~ 1500

13 11.00 1450 1350 ~ 1500

14 11.15 1500 1500 ~ 1650

15 11.30 1550 1500 ~ 1650

16 11.45 1600 1500 ~ 1650

17 12.00 1600 1500 ~ 1650

18 12.15 1650 1650 ~ 1800

19 12.30 1700 1650 ~ 1800

20 12.45 1750 1650 ~ 1800

21 13.00 1750 1650 ~ 1800

22 13.15 1800 1800 ~ 1950

23 13.30 1850 1800 ~ 1950

24 13.45 1900 1800 ~ 1950

25 14.00 1900 1800 ~ 1950

26 14.15 1950 1950 ~ 2100

27 14.30 2000 1950 ~ 2100

28 14.45 1800 1950 ~ 2100

29 15.00 2050 1950 ~ 2100

30 15.15 2100 2100 ~ 2250

31 15.30 2150 2100 ~ 2250

32 15.45 2200 2100 ~ 2250

33 16.00 2200 2100 ~ 2250

34 16.15 2250 2250 ~ 2400

Dari hasil tabel 3 yang diambil dari mulai pukul 08.00sampai pukul 16.15 terdapat 3-data yang tidak sesuaidengan yang diharapkan ini berarti terjadi error ataukesalahan dengan besarnya adalah 8.8%. Namundemikian ini bukan suatu nilai mutlak kesalahan sebab jikadata diambil lebih dari satu hari maka tentunya errorkesalahan ini akan berubah. Dan kesalahan yang terjaditersebut juga dapat diakibatkan salah dalam pembacaansistem voltage sensing yang bias diakibatkan oleh solar cellyang tidak diam setelah rotator berputar, dan juga dapatdiakibatkan berubahnya kondisi pencahayaan mata-harikarena tertutup awan ataupun kondisi mendung.

Pergerakan arah dari rotator ketika dijalankan secaraotomatis. Nilai tegangan sudah dikonversi oleh ADC dikolom “Nilai Konversi ADC” jadi nilai tersebut bukanmencerminkan tegangan sesungguhnya sebab yangdilakukan system ini adalah hanya membandingkan lebihbesar dan lebih kecil sampai ditemukan titik maksimum.Sudut adalah posisi berhenti rotator setiap interval waktu

tertentu pada proses pencarian. Lalu arah putaran rotatormenggambarkan pergerakan sebagai hasil pengolahanalgoritma yang sudah ditentukan. Dan yang terakhir adalahfactor kali counter penghitung yaitu ketika pergerakanrotator harus berubah arah maka lama waktu counterpenghitung perputaran harus menjadi 60% dari lama waktusebelumnya.

V. KESIMPULANRancang bangun system penangkapan energi maksimum

pada solar cell dan juga pengolahan data hasil pengukuran dilapangan dapat disimpulkan :

1. Sistem solar cell ataupun photovoltaic yang dirancanguntuk penangkapan energy maksimum ini dapat berkerjaoptimum baik manual maupun otomatis bila posisinyategak lurus kearah matahari, Dengan asumsi Matahariterbit dari arah Timur Laut (900) melintasi Utara hinggaterbenam di Barat Daya (2700), inilah kisaran sudut saatterjadi energy maksimum yang dapat diserap oleh solarcell.

2. Untuk mengambil tegangan solar cell dari luar dan diolahpada ADC maka LM324 yang dibentuk menjadi differentialamplifier dapat diandalkan sebagai sensor tegangan.

3. Algoritma pencarian titik maksimum untuk penangkapanenergi maksimum berhasil diaplikasikan namun pada table4.3 pengujian terdapat error 8.8% ( tiga dari tiga puluhempat) dari posisi lintasan matahari.

REFERENSI

[1] Putra, E, Agfianto, 2002, Belajar MikrokontrolerAT89C51/52/55 (Teori dan Aplikasi), Gava Media,Yogyakarta.

[2] Wahyudin, Didin. Belajar Mudah MikrokontrolerAT89S52 dengan Bahasa BASIC MenggunakanBASCOM-8051.

[3] Luknanto, M.sc., Ph.D., Ir. Djoko, Mei 2000, PengantarOptimasi Nonlinier.

[4] Atmel Corporation (2000). AT89C51 Datasheet.Diakses 5 Mei 2012, dari Atmel. http://www.atmel.com

[5] Malvino,Paul,Albert, 1996, Prinsip-prinsip Elektronika,Erlangga, Jakarta.



OTOMATISASI DESAIN-ANALISIS AERODINAMIKA UNTUK MENDUKUNGDESAIN-ANALISIS STRUKTUR SAYAP PESAWAT TERBANG

I G. N. Sudira, Bambang K. Hadi, M. Agoes Moelyadi, Djarot W.Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung (ITB)

Jl. Ganesha 10 Bandung 40132 Jawa Barat – Indonesia

Abstrak

Makalah ini melaporkan metode desain sayap pesawat terbangdisingkat sayap, ditinjau dari dua aspek desain yaitu aerodinamikadan struktur. Aspek aerodinamika pada intinya adalah metode untukmembangun konfigurasi sayap dengan cepat untuk mendukungprogram analisis CFD (Computational Fluid dynamic) berbasismetode panel. Parameter planform sayap dan variabel desain lainnyabaik arah tali busur maupun arah bentangan sayap dapat diubahdengan cepat menggunakan program komputer. Keluaran programkomputer ini dapat menghasilkan data masukan yang dibutuhkan olehprogram CFD. Dengan metode ini, proses pembuatan geometri,pembuatan grid permukaan, persiapan data masukan CFD, dan prosesperhitungan karakteristik aerodinamika sayap dapat berjalan secarasimultan dan otomatis. Manfaatnya adalah penghematan waktu dantenaga yang dibutuhkan untuk proses desain dan analisisaerodinamika sayap. Keluaran program CFD berupa bebanaerodinamika dapat dijadikan masukan aspek struktur untukmenentukan bentuk dan dimensinya. Aspek struktur pada intinyaadalah memperkenalkan hasil pengembangan FEM kasus duadimensi dengan pemodelan yang dikerjakan secara otomatikmenggunakan program komputer yang dapat bekerja secara simultan.Kasus desain struktur yang diangkat dalam makalah ini adalahstruktur geodesik yang terdiri dari jaringan batang yang memenuhiplanform tertentu.

Kata kunci: Otomatisasi, optimasi, geodesik, AG , CFD, FEM

I. PENDAHULUAN

Aspek Aerodinamika

Pembuatan konfigurasi sayap, grid permukaan, daninput CFD biasanya menghabiskan sebagian besar waktu yangtersedia untuk desain-analisis sayap ditinjau dari aspekaerodinamika. Konfigurasi sayap yang biasanya dipersiapkandengan menggunakan program gambar komersial yangdioperasikan secara manual membutuhkan waktu cukup lamasampai pada hasil yang siap dieksekusi oleh program CFD.

(a) Grid permukaan sayap (b) Simulasi aliran hasilVSAERO

Gambar 1.1 Ilustrasi Titik-Titik Grid Pada Permukaan Sayap dansimulasi aliran pada konfigurasi penuh pesawat terbang, [Kroo Ilan]

Program CFD dalam hal ini VSAERO yang dibuatberdasarkan metode panel hanya membutuhkan gridpermukaan sayap atau sering disebut dengan surface grid.Koordinat (x,y,z) berupa grid permukaan sayap sebagaimanadilukiskan dalam Gambar 1.1a dapat dibuat secara otomatikoleh program NWDU. Metode ini dapat menggantikanprogram gambar komersial yang biasanya digunakan untukmembuat konfigurasi/geometri sayap untuk keperluan inputVSAERO dalam bentuk sistem paneling. Dengan programotomatisasi ini dapat menghemat waktu dan tenaga spesialisaerodinamika yang bekerja dengan program CFD. Makinkompleks sayap di desain atau makin banyak variabel desainyang dioptimasi maka efisiensi waktu yang diperoleh darimetode ini akan semakin besar. Dengan menggunakan metodeini, disamping efisiensi waktu yang diperoleh, jugamemberikan kemudahan bagi desainer sayap untukmenyiapkan geometri sayap yang diperlukan oleh programCFD. Dengan metode ini maka peran manusia dalam prosesmempersiapkan konfigurasi sayap sampai siap untukdieksekusi oleh program CFD akan menjadi berkurang.

Aspek Struktur

Penggunaan FEM untuk proses desain dan analisisstruktur juga menghabiskan banyak waktu pada tahappersiapan pembuatan modelnya. FEM komersial sepertiNastran membutuhkan persiapan model input yang cukuplama dengan menggunakan pre-processor Patran. Hal iniakan menyulitkan untuk proses optimasi desain strukturgeodesik karena dibutuhkan titik-titik grid pembentuk elemengeodesik secara otomatik sesuai dengan hasil pilihan yangditentukan oleh algoritma genetik.

Gambar 1.2 Skema Geodesic Wing Box [Urík, 2008]

Batang-batang pada permukaan wing box yang membentukjaringan geodesik sebagaimana tampak pada Gambar 1.2,harus dapat dibuat secara otomatik dengan program komputersebagai bagian dari perangkat optimasi desain struktur sayapyang terintegrasi. Program komputer pembentuk elemengeodesik dan juga FEM yang dapat beroperasi cepat perludibuat untuk mendukung proses optimasi. Kasus sayapsederhana tanpa taper, yang hanya terdiri dari strukturgeodesik yang dimodelkan sebagai bidang dua dimensiditampilkan dalam makalah ini. Hasil ini sebagai tahapanproses pengembangan metode dan perangkat optimasi desainstruktur sayap sekaligus memperkenalkan hasil pengembanganFEM dan pemodelannya secara otomatik.



Tujuan

Tujuan dari laporan ini adalah untuk menyampaikanmetode desain dan analisis sayap ditinjau dari aspekaerodinamika dan struktur. Desain dan analisis sayap aspekaerodinamika dilakukan dengan dukungan perangkat lunakgabungan NWDU dan VSAERO. Desain dan analisis strukturgeodesik sayap dilakukan dengan FEM yang didukung olehpemodelan secara otomatik.

II. METODE DESAIN-ANALISIS SAYAP

Aspek AerodinamikaLangkah otomatisasi dalam desain dan analisis

aerodinamika sayap adalah diawali dengan kemampuanperangkat lunak NWDU untuk mendefinisikan bentukplanform apakah dalam bentuk planform referensi atauplanform aktual sebagaimana dilukiskan dalam Gambar 2.1.Planform referensi dibutuhkan untuk mengantisipasiterjadinya modifikasi planform aktual ketika proses desainsayap sedang berlangsung. Beberapa parameter yang memilikibesaran sama antara planform referensi dan planform aktualyaitu sudut sweep di ¼ chord, luas planform (S), aspect ratio(AR) dan panjang chord di ujung (Ct), sementara panjangchord di root (Cr) bisa berubah.Formula yang diterapkan untuk menghasilkan koordinatplanform adalah,

AR =2

S

b(2.1)

TR =Cr

Ct

(2.2)

Setelah planform terdefinisi dan juga aerofoil telah ditentukansesuai dengan target performa yang diharapkan maka instalasiaerofoil ke dalam planform akan dikerjakan secara otomatisoleh NWDU yang sekaligus menciptakan panel input yangsiap dieksekusi oleh VSAERO. Pada waktu instalasi aerofoil

ini sudut dihedral dapat ditentukan di setiap segmen sayapsepanjang span. Dengan metode ini, pengguna dapat menelitipengaruh parameter atau variabel desain satu persatu secaraterisolasi dengan menetapkan parameter atau variabel desainyang lain sebagai konstanta. Sebagai contoh untuk menelitihanya pengaruh perubahan aspek rasio maka parameter yanglain yaitu luas planfrom, taper rasio, sudut sweep, dan lokasitekukan (kink) dapat dibuat berharga tetap sebagaimanadilukiskan dalam Gambar 2.2a. Begitu pula kalau menelitipengaruh parameter yang lain yaitu taper rasio (TR), sudutsweep, dan lokasi kink dapat dilakukan dengan cara yangsama, dan hasilnya dapat dilihat pada Gambar 2.2b, 2.3a, dan2.3b. Jumlah dan lokasi section sayap sepanjang span yangdiwakili oleh koordinat profil sayap dapat ditentukan sesuaikebutuhan, yang biasanya berbeda untuk setiap program CFD.Interpolasi arah chord dan span dapat dilakukan untukmenentukan jumlah titik koordinat yang membentuk grid padapermukaan sayap.

Distribusi twist, ketebalan dan lokasi apex profil sayapsepanjang span dapat ditentukan menurut kebutuhan desain.Pusat twist sepanjang chord untuk setiap profil sayap dapatditentukan sesuai dengan pertimbangan menyeluruh aspekdesain sayap. Ketebalan profil sayap dapat diubah berdasarkanreferensi garis chord dan garis camber

III. NWDU DAN VSAERO

NWDU adalah perangkat lunak yang dibuat olehpenulis dalam rangka mempercepat proses perancangan sayapdari aspek aerodinamika [Copy Right No. 022963].Permukaan sayap (wing surface) yang biasanya dibuat secaramanual menggunakan program gambar komersial digantidengan NWDU yang beroperasi secara otomatis untuk

8.60 9.00 9.40 9.808.40 8.80 9.20 9.60 10.00==> x

-0.15

-0.05

0.05

0.15

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

==>z

Fig.6.1c Apex Location Modification, Rear 10.%-C ApexUntwisted Wing, Profile = Naca0012, y=16.58312 (tip)

wing with Modified Apex Location

basic wing

Gambar1.5

ContohProfilSayapdenganLokasiApex

Berbeda,[Sudira,2011].

2 6 10 140 4 8 12 16

-2

2

6

10

-4

0

4

8

12

Planform Aktual

Garis sudut sweep (1/ 4 Chord Outboard)

Planform Referensi

Ctip

sudut sweep

Croot

Batas Inboard dan Outboard

Inboard

Outboard

Gambar 2.1 Hubungan Planform Aktualdan Referensi [Sudira, 2014]

2.00 6.00 10.00 14.00 18.000.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00==> b/ 2

-2.00

2.00

6.00

10.00

0.00

4.00

8.00

12.00

==>X

TR dihitung dari luasanTrapesium

AR= 8

AR= 10

AR= 12

Gambar 4.1b Perbandingan Planform Akibat Perubahan Aspect Ratio (AR)S = 110 Sq. M, TR = 0.35, Sweep(1/ 4C)=25 deg., Kink=6.25 M

2.00 6.00 10.00 14.00 18.000.00 4.00 8.00 12.00 16.00==> b/ 2

-2.00

2.00

6.00

10.00

0.00

4.00

8.00

12.00==>X

TR dihitung dari luasantrapesium

TR= 0.25

TR= 0.30

TR= 0.35

Gambar 4.1c Perbandingan Planform Akibat Perubahan Taper Ratio (TR)S = 110 Sq.M, AR = 10, Sweep(1/ 4C)=25 deg., Kink=6.25 M

2.00 6.00 10.00 14.00 18.000.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00==> b/ 2

-2.00

2.00

6.00

10.00

14.00

0.00

4.00

8.00

12.00

16.00

==>X

TR dihitung dari luasantrapesium

sweep = 20 deg.

sweep = 30 deg.

sweep = 40 deg.

Gambar 4.1d Perbandingan Planform Akibat Perubahan Sudut SweepS = 110 Sq. M, AR = 10, TR = 0.35, Kink=6.25 M

2.00 6.00 10.00 14.00 18.000.00 4.00 8.00 12.00 16.00b/ 2

-2.00

2.00

6.00

10.00

0.00

4.00

8.00

12.00

==>X

TRdihitung dari luasantrapesium

kink = 0. M

kink = 3. M

kink = 6.25 M

Gambar 4.1e Perbandingan Planform Akibat Perubahan Lokasi KinkS = 110 Sq. M, AR = 10, TR = 0.35, Sweep(1/ 4C)=25 deg.

(a) (b)Gambar 2.3 Perubahan bentuk planform akibat perubahanparameter ; (a) sudut sweep, dan (b) lokasi tekukan [Sudira,

2014]

(a) (b)Gambar 2.2 Perubahan bentuk planform akibat perubahanparameter ; (a) aspek rasio, (b) taper rasio, [Sudira, 2014]



menghasilkan data masukan program CFD VSAERO. Seorangspesialis aerodinamika dapat berinovasi dengan leluasa untukmengubah geometri sayap pesawat terbang sesuai pengalamandan sensitifitas-nya untuk menghasilkan bentuk sayap yangsesuai tanpa harus ketergantungan dengan program gambarkomersial. Dengan demikian seorang spesialis aerodinamikadapat dengan cepat menghasilkan konfigurasi sayap lengkapdengan hasil analisis aerodinamikanya. Manfaat lainmenggunakan NWDU adalah untuk menjaga konsistensi hasilpanelling dan menghindari kesalahan karena faktor kelelahanatau kejenuhan bagi pengguna CFD.

Aspek Struktur

Pengembangan FEM bidang dua dimensi yang didukungoleh pemodelan geometri secara otomatik adalah tahapanpengembangan perangkat optimasi desain struktur geodesik.Sebelum algoritma genetik dapat diterapkan dalam prosesoptimasi maka FEM dan geometri untuk pemodelan struktursecara otomatik perlu dipersiapkan terlebih dahulu.

Struktur geodesik dibuat dengan memanfaatkanpersamaan garis lurus untuk membangun jaringan batangdengan jarak dan sudut tertentu.Untuk mencari titik potongseperangkat garis dapat dilakukan dengan cara berikut;

Tinjau dua pasang garis g11 dan g12 dengan sudut kemiringanα dan garis g21 dan g22 dengan sudut kemiringan β.

g11 : y = a1 x + b11

g12 : y = a1 x + b12

g21 : y = a2 x + b21

g22 : y = a2 x + b22

Koordinat titik potong dari pasangan garis g11 dan garis g21dapat dihitung dengan operasi matriks di bawah danmenghasilkan titik potong x1 dan y1.

[− a1 1− a2 1](x1

y1)=(b11

b21)

(x1

y1)=[− a1 1− a2 1]

−1(b11

b21)

Secara lebih umum operasi tersebut di atas dapat diperluasmenjadi:

(x i

y i)=[− a1 1− a2 1]

− 1(b1i

b j1)

dimana i adalah indeks kelompok garis dengan kemiringan a1

dan j adalah indeks kelompok garis dengan kemiringan a2 .Setelah titik potong semua garis yang menjadi batang geodesikdihitung selanjutnya dilakukan langkah penentuan titik potongbatang-batang geodesik dengan planform yang mewakilibentuk permukaan sayap. Langkah akhir adalah prosesidentifikasi titik (node) dan juga identifikasi elemen batangsebagai model struktur yang menjadi input program FEM.Program pemodelan struktur geodesik dan FEM dibuat dalamversi MatLab dengan pertimbangan bahwa program ini akandigunakan untuk proses optimasi algoritma genetik yang jugamenggunakan versi MatLab.

Pengembangan program FEM bidang dua dimensi(diberi nama FEM-S3), dilakukan dengan kombinasi modelelemen bar dan Simple plane beam element, sebagaimanadilukiskan pada Gambar 2.4.

dimana,I : momen inesia penampangA : luas penampangE : modulus elastisu & : displacement arah x dan yF &M : gaya dan momen

Kombinasi axial stiffness (bar element) dan simple planebeam element, diperoleh persamaan dalam bentuk matrik dibawah ini, [ Liu Y., 2003].

f = kuu = k-1f

dimana,

(a) Bar element (b) Simple plane beam element

Gambar 2.4 Model struktur pengembangan FEM 2D, [Liu y., 2003].g21

g22

d

α

x

yg11 g12

β

d

b11

b12

b22

b21




Aspek Aerodinamik

Dengan keterbatasan media penyampaian hasil terutamadalam bentuk gambar, dalam laporan ini tidak semua performaNWDU dapat dibahas. Para pembaca dipersilahkan membacaperforma NWDU dalam referensi yang lain sebagaimanatercantum dalam Daftar Pustaka. Dua konfigurasi sayapdengan bentuk planform yang berbeda menjadi contoh kasusdalam laporan ini. Konfigurasi sayap WS01 (Gambar 3.1a)dan WS02 (Gambar 3.1b) memberikan ilustrasi bahwakonfigurasi sayap yang kompleks dan sederhana dapat dibuatdengan NWDU, yang sekaligus secara simultan dapatterhubung dengan VSAERO untuk menghasilkan karakteristikaerodinamikanya.

Untuk kasus pergantian profil sayap WS01 di bagianpangkalnya, ini memberikan perbedaan koefisien tekananyang siginifikan sebagaimana dilukiskan pada Gambar 3.2a.Walaupun profil sayap yang diganti hanya pada bagianpangkalnya saja, tetapi pengaruhnya terhadap distribusitekanan dialami sepanjang span sayap tersebut. Hal inidibuktikan oleh Gambar 3.2b yang diambil pada lokasi 2y/b =0,68 masih menunjukkan perbedaan koefisien tekanan yangcukup signifikan. Akibat dari perubahan distribusi tekanansepanjang span, menyebabkan distribusi beban aerodinamikaCl dan Cl*c/CL*cavg juga mengalami perubahan sebagaimanaditunjukkan pada Gambar 3.3a dan 3.3b.

Untuk kasus sayap sederhana tanpa taper dengan profilsama sepanjang span memberikan koefisien tekanansebagaimana dilukiskan pada Gambar 3.4. Sudut serang yanglebih besar menghasilkan distribusi Cl dan Cl*c yang lebihbesar sepanjang span, (lihat Gambar 3.5). Distribusi Cl inimenunjukkan kecenderungan hasil yang sama dengan teoriyang ada sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 3.6.

0.20 0.60 1.000.00 0.40 0.80==> x

-1.00

-0.60

-0.20

0.20

0.60

-1.20

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

==>

Cp

2y/b=0,03 ; CL=0,5

W2SC_TW (perubahan twist)

W2SC_SEC (perubahan profil inboard)

0.20 0.60 1.000.00 0.40 0.80==> x

-1.40

-1.00

-0.60

-0.20

0.20

0.60

-1.60

-1.20

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

==>

Cp

2y/b=0,68 ; CL=0,5


W2SC_SEC (perubahan profil inboard)

2.00 6.00 10.00 14.000.00 4.00 8.00 12.00==> Y

0.10

0.30

0.50

0.70

0.90

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

==>

Cl

Spanload pada CL=0.5

W2SC_TW(perubahan twist)

W2SC_SEC (perubahan profil sayap)

2.00 6.00 10.00 14.000.00 4.00 8.00 12.00==> Y

0.20

0.60

1.00

1.40

1.80

0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

==>

Cl*c

/CL*

CB

AR

Spanload pada CL=0.5


W2SC_SEC (perubahan profil sayap)

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00===> X (Arah Chord)

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

===>

Cp

Sepa

njan

gSp

an

Hasil VSAERO Sayap WS02 Alp=4 deg.

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00===> X (Arah Chord)

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

===>

Cp

Sepa

njan

gSp

an

Hasil VSAERO Sayap WS02, Alp=8 deg

0.00 2.00 4.00 6.00===> y (Arah Span)

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

===>

ClS

epan

jang

Span

Hasil VSAERO sayap WS02 Alpha 4 deg. dan 8 deg.

Aplha = 4 deg.

Alpha = 8 deg.

0.00 2.00 4.00 6.00===> Y (Arah Span)

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

===>

CL*

cSe

panj

ang

Span

Alpha = 4 deg.

Alpha = 8 deg.

Hasil VSAERO sayap WS02, Alpha 4 deg. dan 8 deg.

Aspek Struktur

(a) 2y/b = 0,03 (b) 2y/b = 0,68Gambar 3.2 Perbandingan koefisien tekanan kasus pergantian

profil sayap di bagian pangkalnya.

(a) (b)Gambar 3.3 Distribusi: (a) Cl dan (b) Cl*c/CL*Cavg sepanjang span

kasus pergantian profil sayap di bagian pangkalnya

(b) WS01 (b) WS02Gambar 3.1 Gambar tiga dimensi potongan sayap

hasil NWDU.

Rootwing

(a) Alpha=4 deg. (b) Alpha=8 deg.Gambar 3.4 Perbandingan koefisien tekanan sepanjang span sayap

WS02.

(b) Cl (b) Cl*cGambar 3.5 Perbandingan beban sepanjang span sayap WS02.

Gambar 3.6 Distribusi Lift Pada CL=1 untuk Sayap Lurus denganVariasi Taper Ratio dari 0.0 sampai dengan 1.0, [Torenbeek, 1982]



FEM yang telah dikembangkan untuk kasus bidangdua dimensi yang didukung oleh pemodelan struktur geodesiksecara otomatik merupakan hasil menuju tahapan lebih lanjutyaitu pengembangan perangkat optimasi untuk kasus tigadimensi berupa wing box. Perangkat optimasi struktur geodesikuntuk kasus wing box diharapkan dapat dipresentasikan padakesempatan yang lain.

Gambar 3.7 dan 3.8 menunjukkan elemen batangyang dibuat tetap atau dipegang pada titik-titik (0,0); (1,0);dan (2,0), sementara titik-titik yang lain dapat bergerak bebas.Penampang elemen dimodelkan berbentuk segiempat dengansisi yang sama sebesar 0.02, modulus elastis, E=1e11, danPoisson’s ration, Nu=0,3. Pada titik (2,1) diberikan gayasebesar 1e7 pada arah x dan y dan hasilnya memberikandisplacement masing-masing seperti ditunjukkan pada Gambar3.7 dan 3.8 di atas. Jumlah batang yang terbatas sengajadipilih untuk memudahkan dalam proses analisis serta untukmemastikan bahwa pengembangan FEM-S3 ini telahmemberikan hasil yang sesuai dengan yang diharapkan. FEM-S3 dan program Grid Generation (GG) sama-sama dibuat

dalam versi MatLab sehingga hasil GG secara simultan dapatterhubung dengan program FEM-S3.

Gambar 3.7 Displacement element setelah diberi gaya Fx sebesar 1e7pada titik (2,1). Titik (0,0); (1,0); dan (2,0) dibuat tetap.

Fx

Penampang elemen berupa segiempatdengan sisi yang sama sebesar 0.02;E=1e11 dan Nu=0,3

Gambar 3.8 Displacement element setelah diberi gaya Fy sebesar 1e7pada titik (2,1). Titik (0,0); (1,0); dan (2,0) dibuat tetap.

Gambar 3.9 Displacement element setelah diberi gaya Fx sebesar 1e5pada titik (4,6). Titik (0,0); (1,0); (2,0); (3,0); dan (4,0) dibuat tetap.

Fx

Penampangelemen berupasegiempatdengan sisiyang samasebesar 0.02;E=1e11 danNu=0,3

Gambar 3.10 Displacement element setelah diberi gaya Fy sebesar1e7 pada titik (0,6); (1,6); (2,6); (3,6) dan (4,6);. Titik (0,0); (1,0);

(2,0); (3,0); dan (4,0) dibuat tetap.

Penampangelemen berupasegiempatdengan sisiyang samasebesar 0.02;E=1e11 danNu=0,3

Fy

FyPenampang elemen berupa segiempatdengan sisi yang sama sebesar 0.02;E=1e11 dan Nu=0,3

Gambar 3.11 Perbandingan Displacement element antara hasil FEM-S3 dan FEM-Toolbox, [Anton,2014].



Model struktur yang mewakili luas dan bentuk planformsayap tanpa taper adalah seperti tampak pada Gambar 3.9 dan3.10. Bidang dua dimensi planform dibagi menjadi batang-batang pendek yang setiap titik sambungannya dapat diberikanbeban sesuai dengan keperluannya. Dalam kasus ini, (Gambar3.9), gaya sebesar 1e5 pada titik (4,6) arah x diberikan, danhasilnya menunjukkan displacement yang cukup signifikan.Untuk kasus beban merata disetiap titik pada ujung planform,(Gambar 3.10), memberikan displacement yang merata pulasepanjang sumbu y. Pengembangan FEM ini telah divalidasidengan FEM-Toolbox, [Anton, 2014], dan hasilnyamenunjukkan nilai displacement yang sama sebagaimana dapatdilihat pada Gamabr 3.11.

V. KESIMPULAN

Proses otomatisasi dalam pembuatan konfigurasi/geometrisayap untuk input program CFD dapat mempercepat prosesdesain dan analisis aerodinamika.

Pengembangan FEM kasus bidang dua dimensi yangditunjang oleh pemodelan geometri secara otomatik untukkasus struktur geodesik menjadi tahapan proses optimasikasus tiga dimensi (wing box).

Proses otomatisasi pembuatan konfigurasi sayap danpemodelan struktur geodesik dapat bekerja secarasimultan, masing-masing dengan program CFD VSAEROdan FEM-S3.

UCAPAN TERIMAKASIH

Kepada bapak Wawan Hermawan dan Suprayitno,serta Burhanudin dan Andi Erawan, penulis sampaikan banyakterima kasih atas usahanya dalam mendukung terciptanyaperangkat lunak NWDU dan FEM-S3. Semoga hasil karya iniberguna untuk perkembangan ilmu pengetahuan dibidangkedirgantaraan Indonesia.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anton Z, 2014, FEM Toolbox for Solid Mechanic: TechnicalDocumentation, Version 2.0, 10 Mei [email protected], www.codevelopment.net.

[2] Kroo Ilan, Applied Aerodynamics, A Digital Textbook, StanfordUniversity, [email protected], P.O. Box 20384, Stanford,CA 94309, (650) 424-8588 (Phone);

[3] Liu Y., 2003, Introduction of the Finite Element Method, CAEResearch Laboratory, Mechanical Enginering Department,University of Cincinnati, USA, [email protected],http://urbana.mie.uc.edu/yliu.

[4] Sudira IG.N., 2014, Otomatisasi Proses Desain Dan AnalisisAerodinamika Sayap Pesawat Terbang Dengan Perangkat LunakNwdu-Vsaero

[5] Torenbeek E., 1982, Synthesis of Subsonic Airplane Design,Delft University Press, Martinus Nijhoff Publishers;

[6] Urík T., Mališ M., (2008), Innovative Composite Structures ForSmall Aircraft, Brno University of Technology, Institute ofAerospace Engineering, Technická 2896/2, Brno, 616 69, CzechRepublic, ICAS 2008;



ANALISIS KEKUATAN TARIK KOMPOSITSERAT PELEPAH AKAA

(CORIPHA) DENGAN PERLAKUANAWAL ALOE VERA

Ir. H. Ilyas Renreng, MTJurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin,

Jl. P. Kemerdekaan Km 10 Makassar 90245e-mail: [email protected]

Abstract— This test is aim to determine how theeffect of increasing extracts Aloe Vera to a single Akaa fibertensile strength and the strength of composite material byusing the Akaa and macro fractures. The specimens is usedin this study is an Akaa fiber sheath and resin matrix withan elongated fiber directions. The variation treatment forAloe Vera is given without treatment, 1 hour treatment, 2hours treatment, and 3 hours submersion treatment. Thecomposition variants are, 20 % of fiber: 80 % of resin, 30 %of fiber: 70 % of resin, and 40 % of fiber: 60 % of resin.Overall specimens are tested by tensile testing method.

The research results have shown, for a single fiberthe best results obtained on specimens with 3 hours AloeVera treatment, reached 11.65 N tensile loads. As for tensiletesting of composite materials , where each variation tested 3times, the best result obtained on the composite specimenswith 40 % fiber composition: 60% resin with 3 hours fiberpre- treatment. Maximum tensile load reaches 5050 N inaverage. And the observation after tensile testing fracturecan be seen that the fault that occurred is pull out shaped.

Kata Kunci : Akaa Fiber Sheath, Aloe Vera, Tensile Test, MacroFractures

I. PENDAHULUAN

Indonesia termasuk negara yang kaya akan hasil-hasilbuminya. Daerahnya yang beriklim tropis memungkinkanberbagai macam tumbuhan untuk berkembang dengan baik.Ini menjadikan Indonesia sangat berpotensi untuk membuatberbagai macam terobosan baru dalam hal pemanfaatan hasil-hasil tumbuhan yang digunakan dalam pengembanganteknologi. Salah satu tumbuhan yang banyak terdapat diIndonesia adalah lidah buaya (Aloe Vera). Ini dikarenakanbanyaknya zat-zat yang terkandung dalam tumbuhan ini yangmemungkinkan untuk digunakan.

Perkembangan teknologi material telah melahirkan suatumaterial jenis baru yang dibangun secara bertumpuk daribeberapa lapisan. Material inilah yang disebut materialkomposit. Material komposit terdiri dari lebih dari satu tipematerial dan dirancang untuk mendapatkan kombinasi

karakteristik terbaik dari setiap komponen penyusunnya. Padadasarnya, komposit dapat didefinisikan sebagai campuranmakroskopik dari serat dan matriks. Serat merupakan materialyang (umumnya) jauh lebih kuat dari matriks. Sedangkanmatriks berfungsi untuk melindungi serat dari efek lingkungandan kerusakan akibat benturan.

Adapun beberapa aplikasi lain yang menggunakan bahankomposit ini ada pada kendaraan yang kita gunakan sepertipada dashboard, bumper, body sepeda motor dan lainsebagainya. Penciptaan bahan-bahan ini bertujuan untukmenghasilkan suatu bahan dengan karakteristik mekanik yangbaik seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan terhadap panas,ketahanan terhadap korosi, lebih ringan dan sifat lainnya yangdibuat dengan pemrosesan yang mudah, harga yangrelatif lebih murah dan bersifat inovatif. Peningkatanunjuk kerja bahan merupakan suatu kebutuhan padarekayasa material teknik.

Serat merupakan material atau jenis bahan berupapotongan-potongan komponen yang mmbentuk jaringanmemanjang yang utuh, berfungsi untuk memberikan kekuatantarik dan penahan beban yang diterima oleh material komposit,sehingga sifat-sifat mekaniknya lebih kuat, kaku, tangguh danlebih kokoh jika dibandingkan dengan tanpa serat penguat.

Banyaknya manfaat yang terkandung dalam Aloe veramembuat penulis tertarik untuk mencoba memanfaatkannyakedalam penggunaan serat. Apa lagi sampai saat ini belum adapenelitian yang bisa memberikan referensi terhadap manfaatkandungan Aloe vera terhadap kekuatan serat.

Atas dasar inilah penulis tertarik untuk mengkajisebagai penelitian tugas akhir dengan judul “Analisiskekuatan tarik komposit serat pelepah akaa (Coripha)dengan perlakuan awal Aloe vera”.


1. Penyiapan bahan bakua. Serat akaa

Pemilihan serat aka dengan cara direndam selama kuranglebih 1 sampai 3 hari sampai membusuk. Hal ini dilakukanuntuk memisahkan zat lilin dengan serat. Setelah serat berpisah



dengan zat lilin maka dilakukan perendaman dengan larutanalkali selama satu jam untuk mendapatkan serat yang bersih.b. Ekstrak Aloe Vera

Pengambilan ekstrak gel Aloe Vera dengan cara memilihAloe Vera yang kemudian dibelah kulit bagian luarnya. Lalumemisahkan ekstrak gel lidah buaya terhadap kulitnya.2. Proses pembuatan cetakan

Pembuatan cetakan spesimen dimulai dengan membentukkaca 5 mm sebagai cetakan sesuai dengan dimensi spesimen.Kemudian kaca dilem dengan lem kaca agar menyatu danmembentuk wadah cetakan yang sesuai dengan dimensispesimen.

3. Metode Kerja

a. Mempersiapkan bahan penyusun komposit yaitu seratakaa dan resin.

b. Persiapkan serat akaa sesuai dengan panjang dimensi.c. Membuat cetakan spesimen dari kaca.d. Rendam serat akaa kedalam larutan alkali selama 1

jam untuk dibersihkan. Kemudian keringkan seratpada suhu kamar selama 3 jam. Lalu rendam seratkedalam ekstrak lidah buaya selama 1 jam, 2 jam, dan3 jam.

e. Mengukur densitas serat dengan menggunakan gelasukur dan timbangan digital.

f. Hitung volume spesimen, serat dan matriks.g. Tuang resin setengah dari total volume keseluruhan

resin, kemudian masukkan serat akaa dengan arah lurusdan tuangkan kembali sisa resin keatas serat yang telahdimasukkan sebelumnya. Sebelum resin dituang,terlebih dahulu seluruh permukaan dalam cetakandilapisi dengan grease agar spesimen mudahdikeluarkan.

h. Susunan bahan komposit terdiri atas resin dan seratakaa. Dimana perbandingan fraksi volume antara resindengan serat akaa adalah 80% : 20%, 70% : 30%, dan60% : 40%. Dimana terdapat variasi perendamanekstrak lidah buaya yakni 1 jam, 2 jam, dan 3 jam.

i. Setelah spesimen mengering, keluarkan dan bersihkandari sisa-sisa grease yang menempel. Kemudianlakukan perbaikan pada spesimen jika bentuk spesimenbelum rata seutuhnya dengan menggunakan amplas.

j. Melakukan uji tarik untuk semua spesimen, dilakukandi Laboratorium jurusan Mesin Akademi TeknikIndustri Makassar (ATIM).

k. Melakukan pengambilan foto makro pada spesimenyang telah melalui pengujian tarik untuk mengetahuitipe patahan yang terjadi.

4. Foto Patahan Mikro

Pengambilan foto makro bertujuan untuk mengetahuijenis/bentuk patahan dan pola kegagalan yang terjadi padaspesimen komposit akibat pengujian tarik dan bending.Objek yang diambil dari penampang patahan dan dari sampinguntuk pengujian tarik dan bending.Adapun langkah-langkahpengambilan foto patahan makro adalah sebagai berikut:

1. Nyalakan lampu sebagai sumber cahaya.2. Letakkan spesimen pada “Stage Plate”.atau meja objek.

3. Memasang lensa repro pada kamera dan atur perbesaranyang diinginkan.

4. Lihat gambar pada “LCD” yaitu pada layar kamera.5. Fokuskan gambar.6. Untuk melakukan pemotretan:

a. Dilakukan dengan kamera digital 12 Mega pixeluntuk menghasilkan foto makro yang diinginkan.

b. Tekan “Expose” untuk melakukan pemotretan.7. Melihat hasil pemotretan.

Perencanaan Pembuatan Spesimen

1. Gambar spesimen uji tarik

Gambar spesimen uji tarik berdasarkan American SocietyFor Testing and Materials (ASTM) D 3039. Dimana dimensispesimen seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

Pengujian Tarik

1. Uji Tarik Serat TunggalPengujian tarik serat unggal dilakukan dengan

menggunakan mesin uji tarik khusus serat tunggal yaituMaterial Testing Machine LR 10 K Plus.

Prosedur pengambilan data serat tunggal adalah sebagaiberikut :



a. Siapkan serat tunggal yang akan diuji. Dimana serat inisebelumnya sudah diberikan perlakuan Aloe Vera.

b. Hidupkan mesin.c. Pasang specimen serat pada pencekam.d. Operasikan mesin.e. Lihat kondisi specimen . Jika sudah putus matikan mesin

dan lepaskan specimen dari pencekam.f. Ulangi prosedur c – e pada specimen yang lainnya.

2. Pengujian Tarik Material KompositPengujian tarik dilakukan dengan menggunakan mesin uji

tarik. Adapun mesin uji tarik yang digunakan adalah UniversalTesting Machine Type Hydrolic WS 100 KN / 10 ton

Prosedur pengambilan data uji tarik adalah sebagai berikut :a. Siapkan spesimen dengan bentuk yang sudah

disesuaikan dengan dimensi yang ditentukan.

b. Berikan label pada tiap spesimen agar pengambilan databisa terstruktur dengan baik.

c. Hidupkan mesin uji tarik.d. Pasang spesimen pada pencekam kemudian kunci

pencekam.e. Memilih kecepatan aliran oli, kemudian mesin

dioperasikan.f. Catat besarnya beban yang ada hingga spesimen patah.g. Setelah spesimen patah, lepaskan spesimen dari pencekam.h. Ulangi prosedur d – g untuk spesimen dengan komposisi

yang berbeda.


Hasil Penelitian

1. Hasil uji Tarik Serat Tunggal akaa Dengan Perlakuan awalAloe Vera

Tabel 1. Hasil pengujian tarik serat tunggal akaa

2. Hasil Pengujian Tari Material Resin

Berikut perhitungan untuk menentukan tegangan danregangan tarik resin dengan beban 2150 N.



3. Hasil Pengujian Tarik Material komposit

Berikut contoh perhitungan untuk menentukan tegangandan regangan tarik komposit serat akaa 40% dengan beban5440 N.

Luas penampang : A = W x T (mm2)= 29 (mm) x 7 (mm)= 203 (mm2)

Dimana ,W = Lebar penampang melintang (mm)

Dimana,F = beban yang diperoleh pada saat pengujian

Tabel 7. Perbandingan kekuatan tarik dalam variasi komposisidengan perlakuan Aloe Vera 3 jam

Tabel 8. Perbandingan kekuatan tarik dengan komposisi 40%serat : 60% resin dengan variasi perlakuan aloe vera

Pembahasan

TABEL 9. Hasil perbandingan serat tunggal Akaa

Dari tabel 9 diatas dapat dilihat bahwa perendaman seratkedalam ekstrak Aloe Vera sangat besar. Ini terbukti dari hasilpengujian tarik serat tunggal akaa dimana pada specimen 1,serat yang diberikan perlakuan awal Aloe Vera selama 1 jammempunyai beban tarik sebesar 5,88 N. ini lebih kecildibanding kekuatan tarik serat tunggal specimen 2 yangmencapai 10,08 N. Dan pada specimen 3 dimana seratdiberikan perlakuan awal perendaman selama 3 jam memilikibeban tarik paling besar dengan nilai 11,65 N. Inimembuktikan bahwa adanya pengaruh ekstrak Aloe Vera padapeningkatan kekuatan tarik serat dimana semakin lamaperendaman maka kekuatan tariknya juga semakin besar pula.

a. Menganalisa Kekuatan Tarik KompositDalam pengujian tarik untuk material komposit sifat dan

karakteristik dapat dilihat pada grafik berikut ini :



Pada grafik 1 di atas dapat dilihat tegangan tarik materialkomposit serat akaa dengan variasi perlakuan dengan lamaperendaman 3 jam serta dengan komposisi serat masing-masing 20 %: 80 %, 30 % : 70 %, dan 40 % : 60 %. Dimanamasing-masing komposisi dilakukan pengambilan datasebanyak 3 kali. Setelah keseluruhan pengambilan data, dapatdilihat rata-rata kekuatan komposit tiap variasi komposisi. Padamaterial komposit tanpa perlakuan dengan komposisi 40 % : 60%, terlihat tegangan tarik yang dicapai sebesar 14,71 MPadengan panjang regangan tarik mencapai 0,008 mm padabeban tarik rata-rata 2986,6 N. Pada material kompositdengan perlakuan Aloe Vera dimana komposisinya 20 % : 80%, tegangan tarik yang didapat sebesar 22,578 MPa denganpanjang regangan tarik mencapai 0,022 mm pada beban rata-rata 4583,3 N. Pada material komposit komposisi 30 % : 70 %,tegangan tarik yang diperoleh sebesar 23,76 MPa denganpanjang regangan 0,0216 mm pada beban rata-rata 4823,3 N.Dan pada komposisi 40 % : 60 %, tegangan tarik yang didapatmencapai 24,87 dengan panjang regangan tarik rata-ratasebesar 0,0223 pada beban tarik rata-rata 5050 N. Hasil diatasmenunjukkan bahwa penambahan serat akaa pada seratkomposit dengan perlakuan Aloe Vera memberikan dampakyang baik pada kekuatan tarik komposit. Semakin lamaperendaman dilakukan, maka kekuatan tarik serat semakinbesar pula. Dimana pada komposisi 40 % : 60 % denganperlakuan selama 3 jam, menjadi serat komposit yang palingbesar kekuatan tariknya.

b. Analisa patahan material komposit dengan menggunakanfoto makro Serat yang tampak setelah patah (pull out)

Pada pengamatan patahan setelah pengujian tarik dapat dilihat bahwa patahan yang terjadi berbentuk pull out (patahanakibat penarikan dimana tampak serabut serat). Karena padaumumnya serat komposit secara praktis elastis terpengaruholeh tarikan. Yang menyebabkan terjadinya pull out padamatriks komposit adalah apabila pada interface antara matriksdan serat memiliki nilai tegangan geser yang kecil. Arah dariperambatan retak adalah tegak lurus dengan arah tegangan tarikyang bekerja dan menghasilkan permukaan yang relatif rata.Cacat lubang yang terlihat pada gambar diatas disebabkankarena adanya sejumlah udara yang terperangkap pada saatpembuatan spesimen,cacat seperti ini dapat mempengaruhikekuatan dari suatu material.

IV. KESIMPULAN

1. Dari pengujian awal serat tunggal akaa dapat dilihat bahwaadanya pengaruh yang diberikan oleh ekstrak Aloe Verayang diberikan pada serat tunggal. Dimana semakin lamaperendaman dilakukan maka semakin besar pula kekuatantarik serat. Dengan perbandingan kekuatan serat yangdirendam selama 3 jam kedalam Aloe Vera lebih kuatdibanding yang direndam selama 1 dan 2 jam. Padaperendaman 1 jam beban tariknya sebesar 5,88 N.Sedangkan pada perendaman 2 jam beban tariknya bernilai10,08 N. Dan pada perendaman 3 jam beban tarik serattunggal akaa mencapai 11,65 N.

2. Pada hasil pengujian tarik serat komposit akaa denganvariasi perendaman Aloe Vera dapat dilihat bahwa,semakin lama perlakuan diberikan maka semakinbertambah pula kekuatan tarik material komposit. Initerbukti dimana kekuatan tarik material dengan perlakuanawal serat perendaman Aloe Vera selama 3 jam memilikikekuatan tarik terbesar dibanding yang tanpa perlakuan, 1jam perendaman maupun 2 jam perendaman. Padamaterial dengan lama perendaman 3 jam dengankomposisi 40 % : 60 %, beban tarik maksimumnya rata-rata mencapai 5050 N dengan tegangan tarik rata-rata24,87 MPa dan regangan tarik rata-ratanya 0,0223 mm.Nilai ini lebih kuat dibanding dengan specimen laindengan perlakuan yang lebih cepat. Ini membuktikanbahwa, penambahan serat akaa yang disertai denganperlakuan awal Aloe Vera yang paling lama memberikankekuatan tarik yang lebih baik bagi material komposit.

3. Pada pengamatan patahan setelah pengujian tarik dapat dilihat bahwa patahan yang terjadi berbentuk pull out(patahan akibat penarikan dimana tampak serabut serat).

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bambang Kismono Hadi. 2000. Mekanika StrukturKomposit. ITB. Bandung.

[2] Callister, W, D.2007. Material Science and Engineering,An Introduction. Seven Edition. Departement ofMetalurgical Enginering, The University of Utah, JohnWilly and Sons, Inc., USA.

[3] Gibson. 1994. Principle Of Composite Material Mechanics.Mc Graw Hill, Inc., New York.



[4] http://adenholics.blogspot.com/. Diakses pada 4 Maret2013 http://id.wikipedia.org/wiki/Epoksi. Diakses pada 7Maret 2013 http://id.wikipedia.org/wiki/Katalis. Diaksespada 8 Maret 2013

[5] Patandean, Fernandel. 2013. Karakteristik MekanikKomposit Hibrid yang Diperkuat Serat Liana dan SeratAgave. Tugas Akhir Jurusan Mesin Fakultas TeknikUniversitas Hasanuddin. Makassar.

[6] Prasad, I, B. 2000. Strength of Materials. KhannaPublishers, New Delhi, India. Ramamrutham, S., andNarayanan,R., 2002. Strength of Materials. Dhanpat RaiPub., Co., (P) Ltd, New Delhi, India.



Jarak Pengereman Sepeda Motor

Dengan Kampas Rem BeralurJarak pengereman kampas rem beralur

I.D.G Ary Subagia1,*, I.M.D. Eko Putra1

Teknik Mesin, Fakultas TeknikUniversitas Udayana (UNUD)

Kampus Bukit Jimbaran, [email protected]

Abstract-Sistem rem berperan utama sebagai penghambatlaju kendaraan. Dalam meningkatkan fungsi rem tersebutdilakukan pemberian alur pada kampas rem, yang bertujuanuntuk menambah gaya gesek bidang drum dengan kampasrem. Pemberian alur berfungsi untuk memberi ruang udaraketika terjadi proses pengereman. Metode penelitiandilakukan dengan metode eksperimen. Parameter Pengujiandilakukan terhadap variabel kecepatan dan transmisikendaraan sepeda motor. Hasil penelitian diperoleh bahwapemberian alur pada kampas rem mampu menurunkan jarakpengereman. Jarak pengereman dari kampas rem denganvariasi lebar alur 2 mm efektif untuk kendaraan transmisimatik, sedangkan untuk kampas rem variasi alur 4 mm efektifuntuk kendaraan transmisi manual.

Index Terms—Component, formatting, style, styling, insert.(key words)

I. PENDAHULUAN

Sepeda motor merupakan salah satu alat angkut yangtidak asing lagi bagi seluruh masyarakat penggunatransportasi. Kendaraan jenis ini digerakkan dengan mesindan ditumpu oleh dua roda. [1]. Keamanan pada kendaraantidak terlepas dari peran sistem rem. Rem merupakan pirantikeselamatan kendaraan yang sangat penting keberadaannya.Kinerja sistem pengereman menjadi sangat penting dalammembantu mengendalikan laju kendaraan khususnya untukmenghentikan laju pada saat diperlukan secara sempurnatanpa mengalami skid [2]. Selain itu, sistem pengeremanharus mampu menghentikan kendaraan dari kondisikecepatan yang tinggi dengan jarak pengereman (stoppingdistance) yang sempit sehingga kecelakaan dapatdihindarkan [3].

Secara umum, pada kendaraan roda dua terdapat dua tipemekanisme sistem rem yang dipergunakan pada kendaraanroda dua yaitu sistem rem dengan mekanisme drum (drumbrake mechanisme) dan sistem plat (disk brake mechanism).Sistem rem pada kendaraan roda dua adalah terjadi karenaperubahan tenaga kinetik/gerak dari kendaraan tersebutmenjadi tenaga panas akibat gesekan antara komponenbergerak yang dipasangkan pada roda sepeda motor dengankampas rem yang memiliki ketahanan panas yang tinggi.Kegagalan dari fungsi rem, disamping karena kecilnyagesekan yang dihasilkan antara kampas rem dengan bidang

berputar pada sistem, adalah juga disebabkan karena jarakpengereman yang terjadi terlalu panjang. Disamping ituakibat skid yang terjadi saat roda mengalami lock ketikadirem.

Banyak penelitian telah dilakukan dalam upaya untukmeningkatkan kinerja rem pada sepeda motor. Ditinjau darijenis dan merek kampas rem untuk sistem rem tromoldengan menguji tingkat keausan kampas rem telahdilakukan oleh Ahmad Multazam [4]. Ian hardianto at.al [5]melakukan kajian berkaitan dengan fungsi dan kinerjaantara rem tromol dan rem cakaram pada sepeda motor.Diperoleh hasil bahwa rem cakram memiliki effektifitaspengereman yang lebih effektif dibanding rem drum terkaitdengan jarak pengereman. Kekerasan permukaan kampasrem, koefiesien gesekan yang tinggi, dan ketebalan kampasrem merupakan faktor yang menentukan kualitaspengereman kendaraan roda dua [6].

Dalam upaya untuk meningkatkan kualitas jarakpengereman kendaraan roda dua untuk mekanisme remtromol di rancang kampas rem dengan alur. Tujuanpemberian alur adalah untuk meningkatkan bidang kontakantara kampas rem dan bidang berputar pada sistim remtromol. Dalam eksperimen ini diuji effektifitas jarakpengereman untuk kendaraan dengan sistem transmisiautomatik dan manual untuk masing - masing kecepatan40km/jam, 60km/jam, 80km/jam dan 100km/jam. Pengujiandilakukan pada lintasan lurus kering dengan koeffisiengesekan sebesar μ = 0.6.

II. DINAMIKA SEPEDA MOTOR

A. Rem tromol dan sepatu rem

Gambar 1 rem tromol sepeda motor



Rem merupakan bagian kendaraan yang sangat pentingdalam mendukung aspek keamanan berkendaraan. Secaraumum kinerja dari sistem rem sangat ditentukan olehgesekan yang dihasilkan antara kampas rem (lining brake)dan bagian yang berputar pada sistim [7]. Gambar 1menunjukkan komponen dan konstruksi jenis rem tromolpada kendaraan roda dua. Jenis rem tromol pada kendaraanyang roda dua adalah jenis simplek dengan konstruksi sepertipada gambar 2.

Gambar 2. Skematik komponen utama rem tromol

B. Dinamika pengereman

Gambar 3. Gaya-gaya pada kendaraan saat pengereman

Gambar 3 menunjukkan pengaruh gaya luar yang bekerjapada kendaraan roda dua pada kondisi bergerak lurus di jalandatar. Gaya pengereman Fb [6], bila gaya adesi antarapermukaan jalan dan ban lebih besar dari pada gaya remmaka untuk menentukan gaya pengereman digunakanpersamaan sebagai berikut [8];

r

IMF anb

b

(1)

denganr

Van dan

2

2rmI

Dengan gerakan kendaraan juga dipengaruhi oleh ketahanroll ban (tire rolling resistance) dan ketahanan aerodinamis(Aerodynamics resistance), dan grade resistance. Dengandemikian diperoleh persamaan pengereman sebagai berikut;

tssbres RWWfrFF sincos (2)

dengant r aR R R dan

2,5

0 100r s

Vf f f

dengan tekanan

ban ≤ 20 psi maka nilai dari f0 = 0.017 dan fs = 0.014

Pada kondisi nyata untuk proses pengereman darikendaraan roda dua akan dipengaruhi juga oleh adanyaperpindahan beban dari sumbu belakang ke sumbu depan.Selanjutnya, dengan memperhatikan kesimbangan momendapat tentukan besarnya gaya normal sebagai berikut;

saf WRa

g

WhlW

LW sin

12

(3)

sar WRa

g

WhlW

LW sin

11

(4)

fda AVaCR 2

2

1 (5)

Dalam penelitian ini, diasumsikan bahwa pengeremanhanya dilakukan pada roda belakang (menggunakan sistimrem tromol), dengan demikian pengaruh tahana transmisisaat pengereman diabaikan dan tahanan aerodinamisdiasumsikan bekerja pada titik pusat kendaraan. Selanjutnya,dengan menggunakan hukum kesetimbangan gaya dapatdirumukan sebagai berikut:

sinb bf br r cg a sF fr W F F f W F R W (6)

dengancg

WF a

g

melalui substitusi persamaan (3) ke persamaan (4) dan (6)dan karena proses pengereman hanya untuk roda belakangmaka berat normal pada bagian belakang didapat sebagaiberikut;

2

1f b rW W l h F f W

L (7)

1

1r b rW W l h F f W

L (8)

Gaya rem maksimal yang dapat didukung oleh ban sangattergantung pada koeffisien gesekan dan gaya normal padaban. Untuk pengereman kendaraan roda dua dengansepenuhnya pengereman terjadi pada roda belakang makadapat dihitung dengan persamaan berikut [8]:

1max

r

r r

W l h fF W

L

(9)

Dari persamaan (9) untuk ban belakang lock penuhsehingga perlambatan terjadi dalam "g" ditentukan denganpersamaan;

1 1br br b bf b bf r

aF K F K F K W f

g

(10)

1 1

1

bf

bf

lK fra Lf

hg KL

(11)

C. Stoping distance

Jarak pengereman (stopping distance) adalah salah satuparameter kinerja pengereman yang dipergunakan untuk



melihat secara keseluruhan kinerja dari pengereman suatukendaraan. Hubungan antara jarak pengereman, gayapengereman, berat kendaraan dan kecepatan kendaraan rodadua ditunjukkan melalui persamaan deferensial sebagaiberikut [8]:

b

m

F Ra ds ds Vdv

Wg

(11)

dimana 1.04m

2

1

vm

vb

W VdvS

g F R

(12)

dengan:cos sinb b r s s aF R F f W W R (13)

substitusi persamaan (120 ke persamaan (11) menjadi;

2

1 cos sin

vm

vb r s s a

W VdvS

g F f W W R

(14)

dimana tahana aerodinaik seperti ditunjukkan sepertipersamaan (5). Sehingga persamaan (14) menjadi:

212

2

cos sin

2 cos sinm b r s ae

ae b r s ae

W F f W W C VS Ln

g C F f W W C V

(15)

211

2 cos sinm ae

ae r s

W C VS Ln

g C W f W W

(17)

Secara aktual akan selalu terjadi keterlambatanpengereman tergantung pada respon pengendara.Pengereman aktual akan selalu lebih besar dari hasilperhitungan yang dirumuskan sebagai berikut;

1t dS t V (18)

III. METODE

A. Spesifikasi kendaraan uji

TABEL 1. Spesifikasi kendaraan ujiItem Matik Manual

Berat Kosong [kg]Berat pengemudi [kg]Jarak Sumbu roda [m]Jenis Rem tromolTekan Ban [psi]Jenis ban

99.365

1.273Simplek

≤ 2090/90-

14M/C40P

99,465

1.234Simplek

≤ 2080/90 - 17M/C

44P

B. Prosedur dan Langkah Penelitian

Gambar 4. diagram alir penelitian

C. Model Alur Kampas Rem

ba c ba c

Gambar 5. Skematik alur 180 , 45˚ dan lubang pada kampasrem kendaraan roda dua transmisi otomatis dan manualdengan ; (a) ukuran 2[mm], (b) ukuran 4[mm]

Gambar 6. Kampas rem uji a. standar, b. berlubang, c. alur180˚, d. beralur 45˚



Gambar 7 Skematik lintasan uji jarak pengereman

TABEL 2. Jarak pengereman pada transmisi otomatik

Lubang 180° 45° Lubang 180° 45°

40 19.04 21.03 18.73 14.87 15.18 12.72 14.38

60 38.37 58.29 39.44 33.63 38.03 29.01 32.48

80 95.01 100.95 79.59 60.41 72.70 55.74 61.61

Ukuran 4 mm

Stopping Distance (m)Kecepatan(km/jam) Standar

Ukuran 2 mm

TABEL 3. Jarak pengereman pada transmisi manual

Lubang 180° 45° Lubang 180° 45°

40 15.69 14.48 14.05 12.76 12.48 12.16 13.43

60 29.11 27.69 27.85 25.73 28.85 26.77 26.94

80 46.95 45.59 49.68 46.18 48.87 46.20 49.66

Ukuran 4[mm]

Stopping Distance (m)Kecepatan[km/jam] Standar

Ukuran 2[mm]

IV. HASIL DAN DISKUSI

A. Jarak pengereman kendaraan matik

Gambar 8. Hubungan jarak pengereman dan kecepatankendaraan transmisi automatik matik dengan ukuran variasialur kampas rem 2mm

Gambar 8 menunjukkan hubungan jarak pengereman dankecepatan kendaraan dengan pemberian alur dan lubangberukuran 2[mm]. Hasil pengukuran jarak pengeremanditunjukkan seperti pada Tabel 2. Dapat dilihat bahwa

dengan pemberian alur dan lubang pada kampas rem terjadiperpendekan jarak pengereman terhadap kampas remstandar. Dalam hal ini disebabkan karena bidang gesek tidakmengalami pelapisan oleh udara sehingga secara menyeluruhkampas rem melakukan kontak dengan permukaan yangberputar pada sistem rem tromol. Disamping itu, semakintinggi kecepatan kendaraan melaju jarak pengereman yangdihasilkan semakin panjang.

Dengan memperbesar dimensi alur yaitu menjadi 4[mm]secara signifikan mempengaruhi jarak pengereman. Dalamhal in semakin besar dimensi alur maka semakin pendekjarak pengereman yang dihasilkan untuk kendaran dengansistem tranmisi otomatik seperti ditunjukkan pada Tabel 2dan pada gambar 9.

Kemudian, membandingkan hasil jarak pengeremanantara geometri lubang dan dan alur dengan sudut 180˚ dan45˚, diperoleh hasil bahwa untuk geometri lubang baikberukuran 2[mm] maupun 4[mm] masih lebih panjang jarakpengereman yang dihasilkan untuk kecepatan, dibandingdengan geometri alur. Akan tetapi, jarak pengereman untukkampas rem beralur dengan ukuran 4[mm] arah 180˚memiliki jarak pengereman lebih pendek dari pada denganarah 45˚. Perilaku ini disebabkan oleh adanya pembiasanlapisan udara pada permukaan kampas rem yang tidakmerata sehingga memperkecil koeffiesien gesekan yangterjadi sehingga energi kinetik kendaraan tidak secaramaksimal dapat diperlambat. Secara keseluruhan untukpemberian alur dan lubang pada kampas rem untukkendaraan dengan transmisi otomatik telah memberikanpengaruh yang besar pada pengurangan jarak penegeremansehingga sangat mungkin untuk diaplikasi sebagai usahamodifikasi yang murah dan effektif.

B. Jarak pengereman kendaraan manual

Gambar 9. Hubungan jarak pengereman dan kecepatankendaraan transmisi automatik dengan ukuran variasi alurkampas rem 4mm

Hubungan jarak pengereman dengan kecepatankendaraan untuk kendaraan dengan transmisi manual yang



kampas remnya diberikan variasi alur dan lubang adalahditunjukkan seperti pada gambar 10 dan 11. Sedangkanuntuk data hasil pengujian ditunjukkkan seperti pada Tabel3. Seperti yang dapat kita amati bahwa pemberian alursangat mempengaruhi jarak pengereman yang dihasilkanoleh kendaraan dengan sistem tranmissi manual untuk setiaptingkat kecepatan. Perpendekan jarak pengereman yangdihasilkan tidak terlalu berbeda dengan yang dihasilkan padakendaraan dengan sistem transmisi otomatik. Akan tetapisecara keseluruhan untuk jarak pengereman dari kendaraanroda dua dengan transmisi otomatis jauh lebih pendekdengan dari kendaraan dengan transmisi otomatik karenapada saat pengereman untuk kendaraan transmisi manualgaya kinetik yang dimiliki oleh kendaraan juga dihambatsecara tidak langsung dengan perlambatan traksi dari rodagigi seain gesekan yang dihasilkan [8].

Gambar 10. Hubungan jarak pengereman dan kecepatankendaraan transmisi manual dengan ukuran variasi alurkampas rem 2mm

Gambar 11. Hubungan jarak pengereman dan kecepatankendaraan transmisi manual dengan ukuran variasi alurkampas rem 4mm

C. Effisiensi pengereman kendaraan roda dua

Effisiensi pengereman sebagai besaran yangmenunjukkan kinerja pengereman, atau dengan kata laineffisiensi pengereman menunjukkan kemampuan kendaraandalam memanfaatkan koeffisien adhesi jalan yang tersediaselam pengereman. Dari hasil pengujian dan analisa yangtelah dilakukan dalam penelitian ini dengan memberikanvariasi alur da lubang pada permukaan kampas rem baikdengan dimensi 2[mm] maupun 4[mm] didapat Untukkendaraan matik, pada kecepatan 40 km/jam pada kondisikampas standar diperoleh efisiensi pengereman sebesar33,08%. Sedangkan efisiensi pengereman terbaik untukkecepatan 40 km/jam didapat pada alur 180° 4 mm denganefisiensi sebesar 49,53%. Pada kecepatan 60 km/jam padakondisi kampas standar diperoleh efisiensi pengeremansebesar 36,94%. Efisiensi pengereman terbaik untukkecepatan 60 km/jam didapat pada alur 180° 4 mm denganefisiensi sebesar 48,85%. Untuk kecepatan 80 km/jam padakondisi kampas standar diperoleh efisiensi pengeremansebesar 26,52%. Efisiensi pengereman terbaik untukkecepatan 80 km/jam didapat pada alur 180° 4 mm denganefisiensi sebesar 45,20%.

Untuk kendaraan manual, pada kecepatan 40 km/jampada kondisi kampas standar diperoleh efisiensi pengeremansebesar 40,15%. Efisiensi pengereman terbaik untukkecepatan 40 km/jam didapat pada alur 180° 4 mm denganefisiensi sebesar 51,81%. Pada kecepatan 60 km/jam padakondisi kampas standar diperoleh efisiensi pengeremansebesar 48,69%. Efisiensi pengereman terbaik untukkecepatan 60 km/jam didapat pada alur 45° 2 mm denganefisiensi sebesar 55,09%. Untuk kecepatan 80 km/jam padakondisi kampas standar diperoleh efisiensi pengeremansebesar 53,67%. Efisiensi pengereman terbaik untukkecepatan 80 km/jam didapat pada alur lubang 2 mm denganefisiensi sebesar 55,26%.

V. KESIMPULAN

Penelitian jarak pengereman kendaraan beromotor rodadua untuk transmisi otomatik dan manual menggunakankampas rem beralur telah terlaksana. Sebagai kesimpulandari penelitian ini ditunjukkan bahwa pemberian alur padakampas rem kendaraan transmisi matik terjadi penurunanstopping distance rata-rata sebesar 8,65 m dengan effisiensipengereman rata-rata 38,44 %. Kemudian pemberian alurpada kampas rem untuk kendaraan dengan transmisi manualterjadi penurunan stopping distance rata-rata sebesar 1,17 mdengan efisiensi pengereman rata-rata 50,89 %.

Jarak pengereman dari kampas rem dengan variasi lebaralur 2 mm efektif untuk kendaraan transmisi matik,sedangkan untuk kampas rem variasi alur 4 mm efektif untukkendaraan transmisi manual. Pemberian alur pada kampasrem dapat menurunkan jarak pengereman sepeda motordisebabkan karena udara yang melapisi permukaan gesektersalurkan pada alur yang diberikan.



ACKNOWLEDGMENT

Mengucapkan terima kasih kepada Teknik MesinFakultas Teknik Uiversitas Udayana dan semua pihak yangtelah mendukung terwujudnya peper ini sehingga dapatdiseminarkan pada SNMME-2014.

REFERENCES

1] I Ketut Adi Atmika, I D G Ary Subagia, I NyomanSutantra and Agus Sigit Pramono, Simulation ofMotorcycle Smart Handling with Addition GyroscopicComponent. IPTEK, The Journal for Technology andScience, Vol. 20, No. 2, (2008) 57-62.

[2] Joni Dewanto and Marta Sanjaya, Studi ExperimenDan Teoritik Sistem Pengereman Tanpa Skid. JurnalTeknik Mesin Vol. 3 No. 2 (2001) 35-40.

[3] Bambang Teguh Barata, Martinus Heru Palmiyantoand Arif Setyo Nugroho, Modifikasi Rem TerintegrasiDepan Dan Belakang Dengan Mekanisme AbsPneumatik Untuk Meningkatkan Kinerja PengeremanYang Optimal Pada Sepeda Motor. Jurnal TeknikaAkademi Teknologi Warga (ATW), Edisi.06 12-25.

[4] Ahmad Multazam, Achmad Zainuri and Sujita, AnalisaPengaruh Variasi Merek Kampas Rem Tromol DanKecepatan Sepeda Motor Honda Supra X125 TerhadapKeausan Kampas Rem. Vol. 2 No.2 (Juli 2012) 39-46.

[5] Ian Hardianto Siahaan and Hoo Yung Sen, "KinerjaRem Tromol Terhadap Kinerja Rem CakramKendaraan Roda Dua Pada Pengujian Stasioner," inTeknosim, ed Yogyakarta: Jurusan Teknik Mesin danIndustri FT UGM, 2008, pp. 391-397.

[6] Wibowo, Aplikasi Kampas Rem Berlapis Dan BeralurUntuk Mendapatkan Efek Pengereman Antilok PadaSepeda Motor. MEKANIKA, Vol.10 No. 2, (2012).

[7] Masato abe, Vehicle Handling Dynamics, First ed.Great Britain: Elsevier Ltd, 2009.

[8] I Nyoman Sutantra, Teknologi Otomotif, pertama ed.Surabaya: Guna Widya, 2001.

NOMENCLATURE

m = massa kendaraan [kg]mt = massa total (kendaraan + beban) [kg]L = wheel base [m]mw = massa roda [kg]rw = jari-jari roda [m]W = berat kendaraan [N]Wr = berat belakang kendaraan [N]Wf = berat depan kendaraan [N]Wfθ = berat depan kendaraan dengan sudut θ [N]θs = Sudut kemiringan [˚]l1 = jarak titik pusat massa ke roda depan [m]l2 = jarak titik pusat massa ke roda belakang [m]h = tinggi titik pusat massa kendaraan [m]ht = tinggi titik pusat massa total [m]

hL = tinggi titik pusat beban [m]WL = berat muatan [N]I = momen inersia roda [kg.m2]Ra = hambatan aerodinamikCd = koefisien gaya hambat dragρ = densitas udara [kg/m3]Va = kec. relatif angin terhadap kendaraan [m/dt]Rt = hambatan transmisifr = koefisien hambatan rollingS = stopping distance [m]V = kecepatan kendaraan [m/dt]a = perlambatan [m/dt2]α = perlambatan sudut [rad/dt2]Mb = torsi pengereman [kgf.m]Fres = resultan gaya pengereman [N]Fbr max= gaya pengereman maksimum ban [N]μ = adhesi jalang = perlambatan gravitasi [m/s2]

η = efisiensi pengereman [%]Kbf = proporsi dari gaya rem depanKbr = proporsi dari gaya rem belakangFbf = gaya rem depan [N]Fbr = gaya rem belakang [N]

analisis total preventive maintenance dalam meminimasi ... · pdf filebagian dari suatu tempat...

Documents