Prototipe Dan Kinerja Sistem Penggerak Kendaraan Air Berbasis Getaran Struktur.

Abstract

Beberapa karakteristik fisika-mekanika hewan yang ada dimuka bumi telah menginspirasi dalam pengembangan sistem penggerak baik di air, darat, maupun udara. Salah satu konsep bio-mimetik yang menjadi pusat perhatian adalah sistem pergerakan ikan di dalam air yang dapat digunakan untuk sistem penggerak kendaraan air. Tujuan umum dari penelitian ini adalah merancang sistem penggerak kendaraan air menggunakan getaran (resonansi) dari struktur berbentuk plat tipis dan menguji kinerja dari sistem tersebut pada sebuah model kendaraan air. Alat dan bahan yang digunakan terdiri dari beberapa bagian, yaitu pembuatan sistem kelistrikan, pembuatan mekanisme sistem penggerak, pembuatan model kendaraan air, dan perlengkapan uji kinerja. Rancangan terdiri dari dua jenis yakni rancangan fungsional dan rancangan struktural. Fungsi dan struktur utama dari sistem yang dibuat adalah sistem kelistrikan akan menghasilkan daya listrik DC variabel yang stabil, mekanisme crank and rocker akan mengubah gerak rotasi menjadi gerak bolak balik, rancangan kendaraan air yang dapat bergerak lurus ke depan, dan instrumen untuk menampilkan putaran motor listrik dan daya listrik yang digunakan. Pengukuran dan pengujian meliputi validasi mekanisme crank and rocker, kalibrasi alat ukur, perhitungan luasan basah dan bobot kendaraan air, perhitungan kecepatan maju, gaya dorong, dan putaran serta daya listrik terpakai. Rancangan acak kelompok (RAK) dianalisis menggunakan perangkat lunak IBM SPSS 20.0. Kendaraan air memiliki dimensi panjang, lebar, dan tinggi berturut-turut 100 cm, 50 cm, dan 30 cm dengan dua jenis luasan basah yakni 0.32 m2 (bobot 12.5 kg) dan 0.57 m2 (bobot 17.5 kg). Mekanisme crank and rocker dapat digunakan pada sistem penggerak. Ukuran batang hubung R1, R2, R3, dan R4 dengan posisi sumbu yang tepat berturut-turut adalah 80 mm, 20 mm, 90 mm, dan 50 mm dan sudah memenuhi kriteria Grashof. Berdasarkan hasil simulasi, frekuensi pribadi mode ke-2 untuk masing-masing plat berada pada putaran motor listrik 202 rpm, sedangkan berdasarkan uji langsung nilai frekuensi pribadi yang dihasilkan plat 1, plat 2, plat 3, dan plat 4 pada kondisi luasan basah 0.32 m2 berturut-turut 313, 243, 233, dan 250 rpm. Perbedaan tersebut diakibatkan oleh kedalaman plat yang tidak sama dengan simulasi sehingga tekanan air juga berbeda. Berdasarkan uji kinerja, kecepatan maju kendaraan air berkisar antara 0.07 – 0.38 m/s, gaya dorong yang dihasilkan masing-masing plat berkisar antara 0.01 – 0.19 N/kg bobot kendaraan air, konsumsi daya listrik yang digunakan berkisar antara 1.75 – 75.13 watt, daya mekanis yang dihasilkan berkisar antara 0.02 – 0.90 watt, dan efisiensi daya mekanis berkisar antara 0.35 – 5.21 %. Nilai efisiensi tertinggi dihasilkan pada sistem penggerak plat 1 (panjang 500 mm, lebar 30 mm, dan tebal 1 mm) untuk kedua kondisi luasan basah kendaraan air dan secara umum memiliki nilai rataan tiap parameter yang berbeda nyata dengan plat 4 (panjang 500 mm, lebar 60 mm, dan tebal 1 mm).