Proposal Tugas Akhir

16

BAB IPENDAHULUAN

1.1. JUDUL TUGAS AKHIRRancang Bangun Rangka Kendaraan Urban Concept Untuk Kompetisi Shell Eco Marathon.1.2. LATAR BELAKANGShell Eco Marathon adalah ajang tahunan yang menantang siswa SMA dan Mahasiswa dari seluruh dunia untuk mendesain, membuat dan menguji kendaraan yang memiliki efisiensi tinggi.

Gambar 1.1. Desain kendaraan dikelas prototype untuk kompetisi Shell Eco Marathon

Pada kompetisi tahun 2012 Event Shell Eco Marathon dilaksanakan Eropa (Rotterdam, Belanda) (3) , Amerika (Discovery Green Track, Houston,Texas) (4) , dan di Asia (Sepang Internasional Circuit, Malaysia) (5) . Kompetisi Shell Eco Marathon dibagi menjadi dua kelas utama. Kelas yang pertama adalah kelas Urban Concept. Pada kelas Urban Concept kendaraan diharuskan mengikuti desain kendaraan roda empat pada saat ini . Dimensi kendaraan untuk kelas Urban Concept sesuai dengan aturan yang berlaku harus memiliki tinggi 100-130 cm, lebar 120-130 cm. Kendaraan tersebut juga harus memiliki panjang 220-350 cm. Wheelltrack minimal 120 cm, Track Width minimal 100 cm (depan) dan 80 cm (belakang) dan bobot kendaraan tanpa pengemudi maksimal 205 kg (6). Sedangkan untuk kelas Prototype Vehicle desain kendaraan tidak harus memiliki empat roda, dan tidak harus mengikuti desain kendaraan roda empat saat ini. Pada kompetisi Shell Eco Marathon tahun 2011 tim dari Dhurakij Pundit University dari Thailand menjuarai kelas Prototype yang berbahan bakar Ethanol. Kendaraan tersebut mampu menempuh jarak 2213,4 km/l. Untuk kelas Urban Concept, tim dari Institut Teknologi Sepuluh Nopember menjuarai kelas tersebut dengan menggunakan bahan bakar gasoline (petrol). Kendaraan dari ITS mampu menempuh jarak 149.8 km/l (7). Berdasarkan prestasi yang telah ditorehkan oleh tim dari Dhurakij Pundit University (Thailand) dikelas prototype yang menggunakan bahan bakar Ethanol, dan tim dari ITS yang menjuarai kelas Urban Concept dengan bahan bakar gasoline (petrol). Kami memutuskan untuk melakukan pengembangan berdasarkan kedua hal tersebut, sehingga output yang diharapkan,yaitu kami dapat mengembangkan kendaraan untuk kompetisi Shell Eco Marathon dikelas Urban Concept. Kendaraan tersebut menggunakan bahan bakar ethanol E100 dan memiliki efisiensi tinggi.

1.3. RUMUSAN MASALAHPermasalahan yang dihadapi dalam pengembangan konsep sesain kkendaraan Urban Concept untuk kompetisi Shell Eco Marathon adalah:1. Bagaimana merancang dan membuat rangka kendaraan untuk kompetisi Shell Eco Marathon di kelas Urban Concept yang kaku dengan berat maksimal 30 Kg.

1.4. TUJUANTujuan dari tugas akhir ini adalah merancang dan membuat rangka kendaraan memiliki bobot maksimal 30 Kg untuk kompetisi Shell Eco Marathon dikelas Urban Concept.

1.5. BATASAN MASALAHAgar memudahkan dalam perancangan dan pembuatan, penulis membatasi pembahasan masalah antara lain :1. Rangka dibuat menggunakan material ASTM A36 Mild (low carbon ) Steel.2. Tipe rangka yang digunakan adalah Body on frame.3. Penyambungan komponen rangka menggunakan proses pengelasan.

1.6. METODOLOGI1. Identifikasi masalah.2. Pengumpulan data dari kendaraan yang telah dibuat di kelas Urban Concept untuk kompetisi Shell Eco Marathon.3. Perancangan rangka.4. Evaluasi dan pemilihan rancangan berdasarkan peraturan yang dikeluarkan oleh penyelenggara event Shell Eco Marathon5. Analisa rangka6. Prototyping.

1.7. MANFAATManfaat dari tugas Akhir ini adalah :Dapat membuat rangka kendaraan untuk kompetisi shell eco marathon di kelas urban concept.

BAB IIDASAR TEORI

2.1. KOMPETISI SHELL ECO MARATHON Shell adalah suatu group perusahaan energi dan petrokimia global dengan lebih dari 93000 karyawan di hampir 90 negara. Event Shell Eco Marathon adalah salah satu jenis corporate responsibility dari perusahaan Shell. Shell Eco Marathon adalah kompetisi yang menantang siswa SMA dan mahasiswa dari seluruh dunia untuk mendesain, membangun, dan menguji kendaraan yang memiliki efisiensi tinggi. Dengan event tahunan di Americas, Europe, dan Asia. Pemenang event Shell Eco Marathon adalah tim yang kendaraannya dapat menempuh jarak terjauh untuk konsumsi energi yang paling sedikit. Kompetisi ini bermula pada tahun 1939, dimana kedua orang ilmuwan dari laboratorium riset Shell berkompetisi untuk menguji kendaraan mana yang dapat menempuh jarak paling jauh dengan konsumsi 1 gallon bahan bakar (8).

Gambar 2.1. Kendaraan kelas Urban Concept Shell Eco Marathon

Dari sejarah yang sederhana ini, kompetisi Shell Eco Marathon digelar pada tahun 1985 di Prancis (8) .Kompetisi ini mulai menarik ribuan insinyur dan ilmuwan muda dari 20 negara di eropa. Pada tahun 2012 ini kompetisi ini diselenggarakan di 3 benua yang berbeda, yaitu Eropa (Rotterdam, Belanda) (3) , Amerika (Discovery Green Track, Houston,Texas) (4) , dan di Asia (Sepang Internasional Circuit, Malaysia) (5).

Grafik 2.1. Pembagian kelas utama pada kompetisi Shell Eco Marathon.Sebagaimana berjalannya suatu kompetisi, maka pemenangnya akan mendapatkan hadiah dan penghargaan. Hadiah yang akan diperebutkan pada kompetisi Shell Eco Marathon adalah :CategoryPrototypeUrban Concept

Combustion Grand PrizeWinner$1000Winner$1000

2nd place$8002nd place$800

Fuel Cell Grand PrizeWinner$1000 Winner$1000

2nd Place$8002nd Place$800

Plug-in Electricity Grand PrizeWinner$1000Winner$1000

2nd Place$8002nd Place$800

Solar Grand PrizeWinner$1000Winner$1000

CO2 AwardWinner$1000Winner$1000

Gasoline Fuel AwarWinner$800Winner$800

Diesel Fuel AwardWinner$800Winner$800

Alternative Gasoline Fuel AwardWinner$800Winner$800

Alternative Diesel Fuel AwardWinner$800Winner$800

Tabel 2.1. Grand Prizes dan Award untuk Pemenang kompetisi Shell Eco Marathon Asia.

2.1.1. PROTOTYPE Pada kelas ini design kendaraan dibuat sangat aerodinamis dan hemat bahan bakar. Desain kendaraan tidak terpacu pada desain kendaraan berpenumpang pada umumnya. Peraturan dasar untuk desain kendaraan kompetisi Shell Eco Marathon kelas prototype adalah :A. Dimensi Kendaraan1. Tinggi Maksimal kendaraan 100 cm2. Track Witdh minimal 50 cm3. Whellbase minimal 100 cm4. Lebar kendaraan maksimal tidak boleh melebihi 130 cm5. Panjang kendaraan tidak boleh melebihi 350 cm.6. Bobot maksimal kendaraan tanpa pengemudi adalah 140 kgDilihat dari beberapa aturan dasar mengenai mobil untuk kelas prototype pada kompetisi Shell Eco Marathon, dapat terlihat bahwa desain kendaraan cenderung sangat kecil apabila dibandingkan dengan kendaraan umumnya.

Gambar 2.1. Prototype Group pada kompetisi Shell Eco Marathon

2.1.2. URBAN CONCEPT Pada kompetisi Shell Eco Marathon dikelas Urban Concept, kendaraan yang dibuat harus menyerupai mobil penumpang pada umumnya. Desain kendaraan dikelas Urban Concept harus memiliki pintu dengan dimensi minimal 500 x 800 cm. Kendaraan dikelas Urban Concept juga harus memiliki fitur-fitur seperti mobil berpenumpang pada umumnya, seperti ; headlamp, lampu sign, rear lights dan brake lights.

Gambar 2.2. Urban Concept Car pada kompetisi Shell Eco Marathon

Beberapa peraturan dasar untuk kendaraan yang akan mengikuti kompetisi Shell Eco Marathon pada kelas Urban Concept adalah :

A. Desain KendaraanPada saat perencanaan proses desain ,konstruksi, dan perlombaan, semua peserta harus memperhatikan aspek keselamatan bagi pengendara dan penonton.1. Kendaraan pada kelas Urban Concept harus memiliki empat roda.2. Tidak boleh memiliki bagian tajam yang tidak memiliki radius minimal 5 cm.3. Interior kendaraan tidak boleh memiliki objek yang dapat membahayakan pengendara pada saat bertabrakan.4. Jendela tidak boleh dibuat dari material yang dapat robek apabila berbenturan dengan benda tajam.

B. Dimensi KendaraanBatasan dimensi kendaraan untuk kompetisi Shell Eco Marathon pada kelas Urban Concept adalah :1. Tinggi kendaraan harus berada diantara 100 cm 130 cm.2. Lebar kendaraan harus berada diantara 120 cm 130 cm.3. Panjang kendaraan harus berada diantara 220-350 cm4. Track Witdh harus memiliki panjang minimal 100 cm (depan) dan 80 cm (belakang)5. Driver Compartement harus memiliki ketinggian minimal 88 cm dan lebar 70 cm pada bahu pengendara6. Bobot kendaraan maksimum tanpa pengemudi 205 kg

C. Body Kendaraan1. Body kendaraan harus menutup semua komponen mekanis,kecuali roda dan suspensi. Kedua komponen tersebut harus tertutup apabila dilihat dari depan, belakang, samping kanan dan kiri, dan apabila dilihat dari atas.2. Roda dan suspensi harus tertutup oleh body apabila dilihat dari atas dan dari bagian depan atau belakang pada garis sumbu axle.3. Akses pengemudi menuju kendaraan haruslah dibuat dengan mudah seperti pada mobil berpenumpang umumnya.4. Bagasi yang memiliki dimensi 50 x 40 x 20 cm (p,t,l)5. Body kendaraan tidak boleh memiliki bagian yang memiliki radius kurang dari 5 cm (bagian yang tajam)

D. Chassis / Monocoque Solidity1. Kendaraan harus memiliki roll bar yang tingginya 5 cm melebihi helm pengemudi.2. Roll bar harus dapat menahan beban statis sebesar 700 N yang diaplikasikan secara horizontal dan vertical tanpa deformasi.

E. Vehicle Steering / Handling Turning Radius1. Vehicle Steering harus dapat digunakan oleh suatu sistem yang dioperasikan dengan kedua tangan dengan gerakan memutar.2. Turning radius harus kurang dari 6 m.

F. Wheels1. Rim yang digunakan harus memiliki ukuran diantara 13 17 inchi2. Lokasi roda harus berada didalam body dan tidak dapat diakses secara langsung oleh pengendara.

G. LightningKendaraan ini harus memiliki system penerangan yang berfungsi dengan baik, yang termasuk :1. Dua buah lampu depan utama2. Dua buah lampu indicator apabila akan berbelok.3. Dua buah lampu rem dibelakang4. Dua buah lempu belakang (dapat dikombinasikan dengan lampu rem)5. Lampu depan utama harus simetris , dan memiliki jarak minimal 30 cm dari garis tengah mobil yang membujur.

H. Braking System1. Kendaraan harus memiliki sistem pengereman disc brake pada keempat roda, dan memiliki luas bidang pedal rem minimal 25 cm22. Sistem pengereman akan diperiksa pada saat inspeksi kendaraan. Kendaraan harus tetap diam, apabila pedal rem ditekan sebesar 20 %.

I. Clutch dan Transmission1. Kendaraan dengan menggunakan mesin pembakaran dalam harus dilengkapi dengan sistem clutch (automatic or manual clutch).2. Disarankan untuk menggunakan sistem transmisi rantai atau sabuk.

2.1.3. SUMBER ENERGIKendaraan yang akan dikompetisikan dapat menggunakan bahan bakar sebagai berikut :a. Internal Combustion : Shell Fuel Save Unleaded 95 (Europe and Asia) / Shell Regular 87 (US) Petrol/ Gasoline.** Shell Fuel Save Diesel (Europe) / Shell Diesel (Asia and US).** Shell Gas to Liquids (100% GTL). Fatty Acid Methyl Ester (100% FAME). Ethanol E100 (100% Ethanol).

b. Electric Mobility: Hydrogen. Solar. Plug-in Electricity.

2.2. RANGKARangka atau frame adalah struktur utama dari sebuah sasis kendaraan. Semua komponen - komponen lain yang terpasang pada rangka ( engine, suspension, steering, body, etc ) Konstruksi jenis ini di sebut body on frame. Pada tahun 1920 setiap kendaraan bermotor khususnya mobil meniru konstruksi rangka pada motor. Sejak saat itu, beberapa kendaraan seperti bus dan truk menggunakan konstruksi rangka unibody dan masih digunakan hingga sekarang. Rangka jenis ini memberikan struktur yang kuat untuk body, serta titik tumpuan yang baik untuk sistem suspensi. Ada dua jenis frame : Integral Frame ( atau lebih dikenal dengan sebutan unibody ) dan Conventional Frame.

Gambar 2.3. Frame

Sebuah rangka konvensional pada dasarnya adalah sebuah atau dua buah frame yang disatukan. Ada tiga struktur utama pada rangka konvensional.

1. C - shaped2. Boxed3. Hat C -s hapedPada umumnya, C rails telah digunakan di hampir semua jenis kendaraan. C shaped ini terbuat dari sebuah pelat baja ( biasaanya memiliki ketebalan antara 1/8 inci sampai 3/16 inci ) dan di roll di kedua sisinya hingga melebihi ukuran panjang dari batang C shaped kendaraan.

BoxedSebenarnya, boxed frame terbuat dari dua buah c rails yang dilas bersamaan sehingga membentuk sebuah batang persegi. Pada teknik modern menggunakan cara yang hampir sama, yaitu dengan menggunakan sebuah baja yang di bengkokkan kedua sisinya hinnga bertemu lalu dilas. Untuk mendapatkan kekuatan lebih, box frame di las dari ujung batang hingga ujung batang yang lain ( contohnya pada kendaraan Land Rover seri pertama ).

Hat Hat frame menyerupai bentuk " U " dengan bidang terbuka menghadap keatas atau terbalik. Rangka jenis ini tidak disaran kan untuk struktur yang menerima beban berat dan cenderung mudah untuk berkarat, namun demikian rangka jenis ini ditemukan pada kendaraan chevrolet tahun 1936 - 1954 dan beberapa studebaker.Untuk sesaat rangka ini pernah terlupakan, namun hat frame ini kembali populer ketika perusahaan - perusahaan mulai mengelas hat frame ini di bagian belakang dari kendaraan yang menggunakan rangka unibody, dalam membuat boxed frame.

Gambar 2.4. frame of 1956 chevrolet 1/2 ton. Shaped crossmember in background, c shaped rails and crossmember in center, and a slight arch over the axle2.2.1. TIPE RANGKA BODY ON FRAMEBody on frame adalah jenis dari konstruksi kendaraan yang dimana body kendaraan dipasang secara terpisah dengan rangka. Kerangka tersebut terdiri dari sasis kendaraan, seperti komponen mekanik dan penggerak. Produksi masal pertama kendaraan menggunakan konstruksi body on frame, dengan kerangka menggunakan kayu. Namun setelah ditemukan nya pengelsan baja, kerangka kayu pun di ganti menggunakan baja. Konstruksi body on frame tidak sama seperti konstruksi monocoque, dimana kerangka monocoque ini memiliki konstruksi yang lebih ringan, pada saat ini. Akan tetapi konstruksi body on frame masih digunakan karena desain ini lebih flexsibel dan tahan lama.Konstruksi body on frame telah menjadi trend karena mampu dengan mudah mengikuti perubahan body kendaraan. Sejak sasis dan komponen mekanik terpisah dari body kendaraan, perusahaan manufaktur kendaraan mampu mengubah desain kendaraan tanpa terlalu khawatir dengan sasis dan penggerak. Karena ongkos desain yang murah dan konstruksi yang lebih kuat.

Gambar 2.5. Body on frame.

MONOCOQUEMonocoque berasal dari bahasa perancis mono single dan coque shell. Konstruksi dari monocoque ini adalah dengan menggunakan kulit luar untuk memberi kekuatan lebih untuk menahan beban. Beban dapat tersebar dengan baik pada seluruh rangka karena tidak ada lubang yang dapat mengakibatkan beban terkonsentrasi di bandingkan dengan konstruksi yang lebih kuno yaitu body di baut pada rangka. Namun konstruksi monocoque ini memiliki ongkos desain dan manufaktur yang lebih sulit dan mahal dibanding kan dengan konstruksi body on frame.

Gambar 2.6. Monocoque.

2.2.2. MATERIAL RANGKAMaterial yang akan digunakan dalam pembuatan rangka kendaraan urban concept untuk kompetisi shell eco marathon ini adalah ASTM A36. ASTM A36 merupakan baja dengan kandungan karbon rendah atau sering disebut mild steel. Material jenis ini memiliki sifat lunak namun kuat dan weldability yang baik.

ASTM A36 Mild ( low carbon ) Steel

Material PropertiesUltimate Tensile Strength, psi58,000 - 79,800

Yield Strength, psi36,300

Elongation20.0%

Chemical compositionIron (Fe)99%

Carbon (C)0.26%

Manganese (Mn)0.75%

Copper (Cu)0.2%

Phosphorus (P)0.04% max

Sulfur (S)0.05% max

2.2.3.

BAB IIIMETODOLOGI3.1. IDENTIFIKASI MASALAH1. Bagaimana membuat rangka kendaraan untuk kompetisi Shell Eco Marathon yang memiliki bobot seringan mungkin, namun tidak melanggar aturan.3.2. PENGUMPULAN INFORMASI1. Pengumpulan informasi dari berbagai sumber, baik itu dari pakar, Internet, Atikel Teknik, Jurnal.2. Wawancara dengan pakar, dalam hal ini wawancara dengan tim yang telah mengikuti kompetisi Shell Eco Marathon.3.3. PERANCANGAN RANGKAPerancangan rangka dilakukan mendapatkan rancagan rangka yang ringan dengan berat maksimal 30 Kg, namun tidak melanggar aturan yang berlaku pada kompetisi shell eco marathon.

3.4. EVALUASI DAN PEMILIHAN RANCANGANApabila perancangan rangka telah selesai, maka langkah selanjutnya adakah evaluasi dan pemilihan rancangan. Evaluasi dan pemilihan rancangan dilakukan untuk menentukan rancangan mana yang sesuai dengan konsep kendaraan dan yang memiliki berat yang ringan namun tidak melanggar peraturan.

3.5. ANALISA RANGKASetelah evaluasi selesai dan rancangan rangka telah disepakati, maka dilakukan analisa rangka. Analisa rangka mengunakan software Ansys. Software ini dipilih karena memiliki fitur fitur untuk analisa yang lengkap.

3.6. PROTOTYPINGSetelah semua langkah dalam perancangan dan pemilihan rangka selesai, langkah selanjut nya adalah prototyping. Prototyping adalah langkah dalam pembuatan rangka, sesuai dengan hasil dari rancangan yang telah dibuat.BAB IVPREDIKSI HASIL DAN PERKIRAAN BIAYA

Tugas akhir ini diupayakan dapat selesai dalam waktu 11 bulan4.1 RENCANA KEGIATAN

NOKEGIATANNOPDESJANFEBMARAPRMEI

1TK

2KR

3PR

4EK

5AR

6PT

7EV

8LP

Kegiatan :1. Tinjauan kendaraan peserta kompetisi Shell Eco Marathon untuk kelas Urban Concept. (TK) 2. Konsep rangka kendaraan. (KR)3. Perancangan rangka kendaraan (PR)4. Evaluasi dan pemilihan rancangan rangka kendaraan. (EK)5. Analisa rangka(AR)6. Prototyping (PT)7. Evaluasi (EV)8. Penulisan laporan ( LP )

4.2.PERKIRAAN BIAYAPerkiraan biaya yang dibutuhkan untuk merancang dan membangun rangka kendaraan Urban Concept untuk Kompetisi Shell Eco Marathon adalah sebagai berikut :Frame Rp. 1.500.000Biaya tak terdugaRp. 500.000Total biayaRp. 2.000.0004.3. PREDIKSI HASILHasil yang dapat kami prediksi setelah menyelesaikan tugas akhir ini adalah dapat membuat rangka kendaraan untuk event Shell Eco Marathon dikelas Urban Concept yang digelar di Sepang International Circuit, Malaysia.Teknik Mesin Universitas Pasundan16