BAB III PEMBAHASAN, PERHITUNGAN DAN ANALISA
3.1 Perancangan awal Perencanaan yang paling penting dalam suatu tahap pembuatan hovercraft adalah perancangan awal. Disini dipilih tipe penggerak tunggal untuk menggerakkan propeller thrust dan lift. Keuntungan
menggunakan tipe ini propeller akan terpusat pada
penggerak sehingga hasilnya daya yang dihasilkan lebih stabil. Design yang digunakan tercantum pada gambar dibawah ini
Gambar 3.1 Rancangan hovercraft
35
Gambar 3.2 Hovercraft
3.2 Metode penyelesaian masalah
Metoda yang dilakukan dalam penyelesaian tugas akhir ini dapat dilihat pada (flow chart) dibawah ini : Mulai
1
Pembuatan Gambar Tekhnik Latar Belakang Masalah
Pembuatan komponen
Alternatif Perancangan
Menganalisa Kesalahan
Perancangan Hovercraft
Perakitan/Assembly
Ya Tidak
Percobaan
Memenuhi Ya Tidak
Persiapan Pembuatan
Memenuhi
Penyediaan Alat Penulisan Laporan
1
Selesai
36
3.3 Bahan yang akan digunakan Bahan yang diperlukan untuk pembuatan hovercraft mengenai elemen mesinnya diantaranya: 1. Bearing 2. Puli 3. V-Belt 4. Gearbox
3.4
Metoda pengambilan data Dalam usaha memperoleh data yang diperlukan dalam pembuatan laporan tugas
akhir ini, penulis menggunakan tiga metode yaitu : a) Observasi (pengamatan) Penulis melakukan pengamatan terhadap hovercraft yang telah dibuat baik itu dari hasil penelitian orang lain maupun informasi di internet atau buku lainnya b) Library research (pencarian sumber buku) Untuk melengkapi data yang belum diperoleh, penulis mencari sumber atau buku yang dapat digunakan untuk merancang komponen pendukung dari hovercraft. Sumber buku ini penulis dapatkan dari internet atau di perpustakaan Universitas Mercubuana. c) Interview (wawancara) Untuk melengkapi data yang belum sempurna dan tidak dimengerti oleh penulis yang diperoleh dari hasil pengamatan, maka penulis menanyakan kepada dosen pembimbing I atau dosen pembimbing II, dosen yang lain, dan teman.
3.5
Masalah yang dihadapi dan penyelesaiannya Masalah yang dihadapi dari penyelesaian tugas akhir ini diantaranya adalah 1. Penggunaan Penggerak propeller yang tepat
37
Kesulitan dalam pencarian pengerak yang tepat untuk mesin hovercraft merupakan faktor vital dalam pembuatan hovercraft. Hal ini dapat mempengaruhi hovercraft berjalan dengan baik atau tidak. Ketentuan dari pencarian mesin yang digunakan untuk menggerakan propeller membutuhkan daya yang cukup serta putaran yang tinggi. Masalah mesin penggerak ini membutuhkan waktu sekitar dua bulan. Akhirnya mesin yang cocok untuk penggerak hovercraft menggunakan mesin 2 tak dengan kapasitas 110 cc karena mesin ini mempunyai putaran yang cukup tinggi dibanding mesin 4 tak. 2. Penentuan konstruksi rangka hovercraft Penentuan konstruksi yang merupakan rangka untuk komponen pendukung sebagi dudukan mesin, propeller serta komponen lainnya harus kuat untuk menahan beban serta bahan harus ringan karena akan membantu terangkatnya mesin hovercraft. Dudukan komponen ini dipusatkan terhadap pemilihan mesin karena rangka akan jadi seutuhnya setelah ada mesin tersebut. 3. Penentuan elemen mesin yang digunakan Elemen mesin kepentingannya tidak bisa diabaikan karena merupakan komponen yang akan menentukan mesin hovercraft jalan atau tidak. Contoh dari pemilihan elemen mesin ini seperti pemilihan belt, puli, gearbox, serta poros yang digunakan. Masalah yang dihadapi adalah perhitungan yang diperlukan harus terkait dengan kebutuhan daya dorong dengan daya angkat. Perhitungan juga tidak lepas dari design yang akan dirancang. Setelah semua itu dipenuhi maka perhitungan elemen mesin pun bisa dilaksanakan. 4. Pembuatan propeller yang akan digunakan Komponen utama yang harus teliti untuk dihitung dan dibuat. Perhitungan propeller ini membutuhkan data yang akurat terhadap kondisi alam di Indonesia. Hal ini diperlukan untuk mengetahui apakah hovercraft bisa mengangkat beban atau tidak.
38
3.6 Perhitungan Perhitungan merupakan hal yang paling penting dari suatu perancangan. Banyak kejadian dari suatu perancangan tidak berhasil dikarenakan dari kesalahan perhitungan.
3.6.1 Perhitungan transmisi sabuk V Transmisi di sini adalah pemindahan daya yang dibutuhkan hovercraft yang berupa propeller dari mesin. Transmisi yang digunakan adalah sabuk V-belt dengan penggerak puli. Keuntungan dari pemakaian transmisi ini adalah pemindahan daya cenderung stabil karena daya yang dihasilkan tidak terlalu dipengaruhi oleh rugi-rgi karena gesekan. Perhitungan transmisi V –belt dapat dilakukan dengan mengikuti spesifikasi mesin serta putaran yang dibutuhkan propeller. Mesin yang digunakan adalah mesin 2 tak yang berkapasitas 110 cc dengan daya 10,7 Hp pada putaran mesin 7500 Rpm. Dengan kapasitas mesin Yamaha F1ZR pada putaran maksimum maka kita bisa konversi ke putaran minimum yaitu: P (daya) = 10,7 hp = 7,98 kw Pada kecepatan 1500 Rpm dayanya adalah 1,6 kw Maka diketahui Karena diameter puli untuk n1 adalah 150mm dan diameter puli untuk n2 adalah 48mm Maka:
Dari data diatas dapat diketahui perbandingan putaran
39
Jarak antar sumbu poros Faktor koreksi untuk penggunaan penggerak propeller termasuk kategori beban sedang (lampiran 12) yaitu
Sehingga bisa diketahui daya rencananya Dari data diatas dapat dicari jenis penampang V-belt yang akan digunakan yang dapat dilihat di lampiran 10.
→ penampang V-belt
→ Penampang A
Pemilihan diameter puli Karena diameter puli sudah diketahui adalah 150mm (Dp) dan diameter puli minimum 48mm (dp) kita bisa mengetahui (lampiran 11) α(o) =34
(sudut kontak)
W = 11,95 Lo = 9,2 K = 4,5 Ko = 8,0 e = 15,0 f = 10,0 Dp = diameter lingkar jarak bagi 40
din
= dp - 2.ko =48 - 2. 8 = 32mm
dout
= dp +2.k = 48 + 2.4,5 = 57mm
Din
= Dp-2.ko = 150-2.8 = 134mm
Dout
= Dp +2.k = 150+2.4,5 =159mm
Jadi kecepatan beltnya adalah V
.dp.n 60 = 11,78 m/dt
Pengecekan C terhadap diameter puli
C
dout Dout 2
C =108 mm Kapasitas daya transmisi dari satu V-belt Po = 2.8 kw Sehingga sudut kontak yang didapat
1800
DP dp 0 .57 c
41
Dilihat lampiran 17 bahwa
=0,95
Jadi panjang V beltnya adalah
L 2.c
Dp dp 1 Dp dp2 2 4.c
Hasil perencanaan
Penampang V-belt tipe A
No.34
Dp = 150 mm
dp= 48 mm
N = 1 unit
Menghitung jarak penyetelan puli Untuk dapat memelihara tegangan yang cukup dan sesuai pada sabuk, jarak poros puli harus dapat disetel kedalam maupun keluar. Oleh sebab itu, panjang sabuk sebenarnya harus terlebih dahulu dihitung. Ls = 34 x 25,4mm = 864 mm b = 2Ls – π( Dp + dp) b = 2 x 864mm – π(150 +48) = 1105mm Dimana : Ls = panjang sabuk sebenarnya
42
C= 272,5 mm Mengacu pada lampiran 18 maka jarak penyetelannya Δci = 20 Δct = 25 Δci = Jarak penyetelan kedalam
Dimana :
Δct = Jarak penyetelan keluar Perhitungan tegangan yang terjadi pada sabuk –
–
–
–
–
Dimana :
tegangan pada sisi tarik sabuk tegangan pada sisi kendor sabuk
Setelah nilai pada persamaan diatas didapat. Dilanjutkan dengan menggunakan persamaan kedua. Nilai α diperolaeh dengan menggunakan persamaan : Selanjutnya persamaan 1 dimasukkan kedalam persamaan berikut , sehingga :
43
Kemudian
masing-masing
tegangan
dapat
diperoleh
nilainya
dengan
mensubtitusikan persamaan 1 kedalam persamaan 2. Maka nilai T 1 dan T2 adalah sebesar
= 0,17 kN
Berdasarkan perhitungan, tegangan sabuk yang terjadi adalah T1 = 309,3 N = 30,9 kg =309 N T2 = 173,3 N = 17,3 kg = 173 N T
ekivalen
= T - T = (30,9–17,3) kg = 13,6 kg =136 N 1
2
3.6.2 Perhitungan poros Pada poros sebagai penghubung putaran mesin hovercraft ke transmisi mendapat pembebanan utama berupa torsi. Karena pembebanan hanya pada ujung poros yaitu berbentuk puli bisa kejutan torsinya kecil, maka kemungkinan adanya pembebanan
44
tambahan tersebut perlu diperhitungkan sesuai faktor keamanan yang diambil. Hal-hal yang diperlukan untuk menghitung poros dengan pembebanan torsi diketahui daya (P) yang diambil dari daya motor pada mesin hovercraft dan putaran (n) sesuai dengan mesinnya. 200 mm
50 mm
A
B
Fa 50 mm
200 mm
Fa=156N
A
B
Fa = berat puli + tegangan tarik ekivalen puli = (13,6kg + 2 kg) = 15,6kg =156 N Gaya-gaya pada poros akibat RA dan RB : akibat gaya R : A
ΣMA=0 (Fa x 200) - (RB x 250) = 0 (+15,6 x 200) - (RB x 250) = 0
45
RB = +12,48 kg=124,8N ΣMB=0 (-Fa x 50) + (RA x 250) = 0 (-15,6 x 50) + (RA x 250) = 0 RA = +3,12 kg=31,2N Jadi gaya total akibat RA dan RB : RA = +124,8N RB = +31,2N MB = +(Fa x 50mm) = +(156N x 50mm) = +780N.mm MA = +(Fa x 250mm) = +(156N x 250mm) = +3900N.mm Jadi momen terbesar di titik A Mesin yang digunakan adalah mesin 2 tak yang berkapasitas 110 cc dengan daya 10,7 Hp pada putaran mesin 7500 Rpm. Dengan kapasitas mesin Yamaha F1ZR pada putaran maksimum maka kita bisa konversi ke putaran minimum yaitu: P (daya) = 10,7 hp = 7,98 kw Pada kecepatan 1500 rpm dayanya adalah 1,6 kw Maka diketahui Faktor koreksi adalah faktor keamanan yang akan digunakan agar daya yang dipindahkan akan maksimal. fc = 1,2
46
Dengan diketahuinya daya nominal dari motor penggerak dan faktor koreksi telah ditentukan 1,2 maka dapat kita hitung daya rencana (Pd). Pd = P. fc Pd = 1,6 kw. 1,2 Pd = 1,92 kw Daya rencana (Pd) sudah diketahui yaitu 1,92 kw dikonversikan menjadi 1,92x103 N.mm dapat diketahui momen puntir atau bisa disebut dengan momen rencana (T)
=12,22309 N.m
Bila momen puntir (T) dibebankan pada suatu diameter poros (d s) maka tegangan geser (τ) yang terjadi adalah Material poros yang digunakan S30C σu = 480 N/mm2 Sf1 = 6 Sf2 = 2
= Kemudian keadaan momen puntir harus ditinjau. Faktor koreksi dinyatakan
dengan Kt dipilih sebesar 1,5 karena beban yang dikenakan sedikit kejutan. Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terdiri dari momen puntir saja, perlu ditinjau pula adanya momen lentur yang terjadi. Bila momen lenturnya kecil maka faktor koreksi (Cb) dipilih sebesar 1. Kt = 1,5
47
Cb = 1 Karena poros yang digunakan adalah poros pejal, diameter porosnya (ds) yaitu
mm Dari perhitungan diatas diketahui bahwa diameter poros harus lebih besar dari
13,27 mm. Poros yang digunakan pada mesin hovercraft yaitu 20 mm jadi memenuhi faktor keamanan untuk digunakan.
3.6.3 Perhitungan bearing Beban radial yang ditumpu FR = RA = 3,12 kg =31,2 N Beban aksial yang ditumpu (beban motor)Fmotor = 40kg = 400 N Putaran poros (n) = 1500 rpm Faktor beban (fw = 1,1) putaran halus tanpa tumbukan (lampiran 4) Beban rencana FR = FR . fw = 3,12 x 1,1 = 3,4 kg = 3,4 N Fmotor = Fmotor. fw = 40 x 1,1 = 44 kg = 440 N Dipilih bantalan 6201 (C = 535kg dan Co = 305kg) berdasarkan lampiran 8
=1,4 N
= 129 N
Faktor V sama dengan 1 untuk pembebanan pada cincin dalam yang berputar Dari tabel (lampiran 8) didapatkan e = 0,33 dan ternyata nilai Sehingga diperoleh nilai X = 0,56 ; Y = 1,35 Beban ekivalen dinamis PR = X. FR + Y. Fa PR = (0,56x3,12) + (1,35 x 40)
= 55,75kg = 557,5 N 48
Faktor kecepatan fn = Faktor umur fh =
Umur bantalan LH = 500. LH = Kesimpulan : Nomor bantalan 6201 Lebar (b) = 10 Diameter dalam (d) = 12 mm Diameter luar (D) = 32 mm
3.6.4 Perhitungan gearbox Perhitungan gearbox merupakan hal yang penting untuk mendapatkan putaran dan torsi yang sesuai untuk propeller. Gearbox berfungsi untuk meneruskan putaran dari putaran motor menuju propeller. 5 Motor 1
1:10
Gearbox
49
nmotor = npuli1 = 1000 Rpm npuli2 = 5xnpuli1= 5 x 1000 Rpm = 5000 Rpm npropeller = 1/10 x 5000 Rpm = 500 Rpm Dengan menggunakan gearbox perbandingan 1:10 maka putaran yang dihasilkan oleh propeller yaitu 500 Rpm. Jadi bisa disimpulkan bahwa perbandingan putaran motor dengan putaran propeller adalah 1:2.
3.7 Analisa teknis Setelah melakukan perhitungan dan pembuatan komponen-komponen dari hovercraft ini, maka dilakukan perakitan dan pembahasan.
3.7.1 Hasil rancangan
Gambar 3.3 Hasil rancangan hovercraft
50
3.7.2 Hasil perakitan
1
3
2
4
Gambar 3.4 Hasil perakitan hovercraft
1. Poros
Gambar 3.5 Poros
Poros yang digunakan sebagai penerus putaran dari mesin ke puli. Berdiameter 20mm dan panjang 140mm.
51
2. Transmisi V-Belt
Gambar 3.6 Transmisi v-belt
Transmisi yang digunakan sebagai penerus putaran dari motor ke gearbox dengan penghubung sabuk V. Spesifikasi yang digunakan sabuk BANDO RED 2335 9,5x850 LA dengan puli besar berdiameter 150mm dan puli kecil 48mm
3. Bearing
Gambar 3.7 Bearing
Bearing digunakan untuk menopang poros dengan nomor 6201.
52
4. Gearbox
Gambar 3.8 Gearbox
Gearbox digunakan perbandingan 1:10 sesuai perbandingan propeller dan motor.
53
