INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN JURUSAN TEKNIK KELAUTAN
SIDANG TUGAS AKHIR P3
Integrasi Perangkat Lunak untuk Analisa Gelombang Acak dan Gaya Gelombang di Laboratorium Lingkungan dan Energi Laut, Jurusan Teknik Kelautan, FTK - ITS Oleh
Arief Nur Yuliarto 43 09 100 012 Dosen Pembimbing
Haryo Dwito Armono, ST, MEng, PhD Sujantoko, ST, MT
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN JURUSAN TEKNIK KELAUTAN AGUSTUS 2014
LATAR BELAKANG • Percobaan yang bersifat efektif, efesien, dan sederhana. • Pengujian fisik dengan menggunakan model untuk memberikan prediksi dari kondisi sebenarnya. • Perkembangan ilmu pengetahuan dan semakin dibutuhkannya struktur bangunan pinggir pantai. • Proses pengujian model yang tidak lepas dari bantuan laboratorium uji, memerlukan peralatan penunjang untuk mempermudah proses uji. • Masih
minimnya
perangkat
lunak
yang
terintegrasi
menyelesaikan permasalahan pada saat pengujian.
untuk
RUMUSAN MASALAH Bagaimana langkah – langkah dalam mambangun perangkat lunak yang terintegrasi, sehingga nantinya akan
mempermudah untuk menganalisa gelombang acak dan gaya gelombang.
TUJUAN Mendapatkan perangkat lunak yang terintegrasi sehingga dapat menganalisa dan merekam gelombang acak dan gaya
gelombang yang terjadi pada pengujian model fisik
MANFAAT Mempermudah analisa gelombang acak dan gaya gelombang pada Laboratorium Lingkungan dan Energi
BATASAN MASALAH • Pengujian perangkat lunak pada spektra gelombang acak yang dapat dibangkitkan di Laboratorium Lingkungan dan Energi laut khususnya spektrum P-M (Pierson-Moskowitz) dan JONSWAP (Join North Sea Wave Project). • Software yang digunakan untuk membuat program adalah MATLAB. • Pengujian perangkat lunak menggunakan sensor load cell Kyowa LUB 5 to 50 KB. • Input dari sensor diproses terlebih dahulu dengan menggunakan perangkat lunak akusisi data QCM. • Analisa yang dilakukan hanya pada uji kinerja perangkat lunak.
PERBANDINGAN PERANGKAT LUNAK • Penyusunan perangkat lunak terintegrasi ini berdasarkan referensi dari perangkat lunak yang pernah ada sebelumnya, yaitu WaReLab hasil penelitian dari Abdullah MR dan FORYS hasil penelitian dari Hidayat. • Pada program IWWF ini antara analisa gelombang acak dan gaya gelombang saling terintegrasi sehingga hanya dengan menggunakan satu program maka kedua hasil analisa akan didapat, selain itu tampilan yang disajikan juga lengkap dengan adanya grafik dan angka yang nantinya antara kedua analisa ini bisa dengan mudah dibandingkan hasilnya.
ALGORITMA PERANGKAT LUNAK Perhitungan varian (S2) dan standar variasi (s) untuk data y Identifikasi nilai X ( massa ) Y ( voltase )
Pengambilan data percobaan tahap 1
Mulai
Melakukan pendekatan tinggi gelombang dan zero crossing periode
Penyusunan perangkat lunak terpadu untuk analisa gaya yang terjadi, analisa gelombang acak dan spektra gelombang
Persamaan regresi linear untuk proses kalibrasi
Pengambilan data tahap 2
Data gelombang terekam (time history)
Simpan persamaan regresi linear untuk proses kalibrasi
cek korelasi linear (R = 1)
Perhitungan karakteristik spektra
Periode rata—rata Varian elevasi muka air Menyederhanakan rekaman data dari time domain menjadi frekuensi domain dengan FFT
Periode puncak rata—rata
0 Mean zero crossing period
Perhitungan gaya gelombang dengan hukum newton
END
Bab 3 H.28 Frekuensi rata—rata
Gambar 3.2
RMS
TAMPILAN PERANGKAT LUNAK
LANGKAH PENGGUNAAN • Persiapan - Install MCR Installer.exe pada komputer yang akan digunakan. - Ubah file mentah (*.TMH) menggunakan Refana.xls.
• Proses Pengkalibrasian • Proses Analisa
UJI PENGGUNAAN PERANGKAT LUNAK
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN JURUSAN TEKNIK KELAUTAN AGUSTUS 2014
Pengujian Kalibrasi Data • Pengujian kalibrasi data yang digunakan merupakan data berdasarkan hasil percobaan. • Persamaan yang digunakan adalah regresi linear dan korelasi linear untuk mengetahui tingkat keakuratan kalibrasi data. 2.2 2.4 2.3
2.1
• Pengujian kalibrasi untuk elevasi muka air. Regresi linear. y = -13,4945x + 2,4901 Korelasi linear. R = -0,9760 • Pengujian kalibrasi untuk massa. Regresi linear. y = 29,286x + -10,419 Korelasi linear. R = 0,978
• Kriteria Korelasi Korelasi positif, jika R > 0
Korelasi negatif, jika R < 0 Tidak ada korelasi, jika R = 0 Korelasi sempurna, jika R = 1 atau R = -1
R = -1 Korelasi sempurna
R<0 Korelasi negatif
Gambar 4.7 Grafik linier negatif kalibrasi elevasi muka air
R=1 Korelasi sempurna
R>0 Korelasi positif
Gambar 4.8 Grafik linier positif kalibrasi massa
Pengujian Proses Analisa • Proses pengujian analisa gelombang acak • Proses pegujian analisa gaya gelombang
• Proses pengujian analisa gelombang acak. Hasil berupa spektrum P-M dan JONSWAP serta karakteristik gelombang. 2.20
2.21
Gambar 4.10 Grafik time history elevasi muka air
Gambar 2.9 Contoh perbandingan Spektra JONSWAP dengan P-M (Petel & Witz, 1991)
Gambar 4.9 Panel analisa beserta input tinggi signifikan rencana, periode puncak, dan frekuensi maksimal
Teoritis
Pengukuran
Gambar 4.14 Hasil tinggi signifikan dan periode pengkuran
Hasil Spektrum Energi
Gambar 4.11 Spektra P-M
Gambar 4.12 Spektra JONSWAP
• Hasil pengujian karakteristik gelombang acak. 2.7
2.9
2.12 2.13
2.10
2.14 2.15
2.11
2.16
Gambar 4.14 Hasil tinggi signifikan dan periode pengkuran
Gambar 4.13 Tampilan analisa karakteristik gelombang
• Proses pengujian analisa gaya gelombang. Data pengujian didapatkan dari percobaan pengukuran menggunakan sensor load cell. Persamaan yang digunakan merupakan hukum Hewton I, dimana gaya aksi sama dengan gaya reaksi. T = w = m.g
2.24c
Hasil Analisa Gelombang
w = m.g
y = 29,287 x + -10,419 Gambar 4.15 Tampilan analisa gaya gelombang
x = tegangan
• Gambar 4.15 menampilkan hasil analisa gaya gelombang, besaran gaya yang di dapat berdasarkan hasil regresi linear, dimana untuk nilai x adalah tegangan, dengan memasukkan nilai tegangan pada x maka akan didapatkan nilai y yaitu massa, hal ini bisa terjadi dikarenakan penggunaan regresi linear untuk mengkorelasi antara massa dengan tegangan. Setelah mendapatkan nilai massa, dengan menggunakan persamaan Newton maka didapatkan gaya, hal ini terjadi karena besar tegangan yang terjadi pada tali juga merupakan besarnya gaya gelombang dikarenakan hubungan antara massa dengan tegangan berbanding lurus. Semakin besar gaya gelombang maka semakin besar pula tegangan yang terjadi pada tali.
Grafik Korelasi Gaya Gelombang dengan Elevasi Muka Air
Gambar 4.16 Grafik korelasi gaya gelombang dengan elevasi gelomabng permukaan
KESIMPULAN Setelah dilakukan pembahasan analisa dan pengujian
penggunaan
perangkat
lunak
terintegrasi, berdasarkan perumusan masalah bagaimana
langkah
–
langkah
dalam
mambangun perangkat lunak terintegrasi, maka dapat diambil kesimpulan.
• Sensor yang cocok untuk digunakan dengan perangkat lunak ini adalah sensor load cell yang terdapat di Laboratorium Energi dan Lingkungan Laut, Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS. • Proses penggunaan perangkat lunak terintegrasi ini dimulai dari persiapan, proses kalibrasi, dan dilanjutkan dengan proses analisa.
• Kinerja dari perangkat lunak berdasarkan pengujian yang telah dilakukan terbukti cukup berjalan dengan sebagaimana mestinya. Hal ini dibuktikan dengan pengujian analisa yang dilakukan telah
sesuai dengan persamaan – persamaan yang digunakan dalam perhitungan gelombang acak dan gaya gelombang.
SARAN Berdasarkan analisa yang telah dilakukan perangkat lunak ini masih dapat untuk dikembangkan dengan menggunakan persamaan dari berbagai macam analisa yang masih
berhubungan dengan gelombang acak dan gaya gelombang. Dimana nantinya pengembangan ini berguna untuk pengujian yang sering dilakukan oleh mahasiswa ataupun dosen di lingkungan Laboratorium Energi dan Lingkungan Laut, Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS. Selain itu pengembangan perlu
dilakukan untuk mencapai keakuratan pada hasil analisa.
Pengambilan data gelombang belum sempat dilakukan
karena wave tank yang masih dalam proses perbaikan, sehingga kedepannya perlu dilakukan pengembilan data real guna meningkatkan hasil dari analisa ada perangkat lunak. Selain itu langkah – langkah tera ulang pada perangkat keras yang digunakan untuk percobaan perlu
dilakukan. Keakuratan data dari perangkat keras ini sangat dibutuhkan untuk menunjang hasil yang maksimal dalam penggunaan perangkat lunak terintegrasi.
DAFTAR PUSTAKA • • • • • •
• • • • • • • •
Chakrabarti, SK. Hydrodynamics of Offshore Structures. London : Springer-Verlag. 1987. Chakrabarti, SK. Handbook of Offshore Engineering Volume 1. Elsevier, Plainfield, Illonois, USA, 2005. Chen, Yuan-Chen, et al, Wave Propagation at the Interface Of a Two-Layer Fluid System In The Laboratory, Journal of Marine Science and Technology, Vol. 15, No. 1, pp. 8-16. 2007. Djatmiko, E.B. Analisis Gelombang Acak, Materi kuliah Hidrodinamika II, Jurusan Teknik Kelautan ITS, Surabaya, 2012. Djatmiko, E.B. Perilaku dan Operabilitas Bangunan Laut di Atas Gelombang Acak, ITS Press, Surabaya, 2012. Harinaldi. Prinsip – Prinsip Statistika untuk Teknik dan Sains, Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Triatmojo, B. Perencanaan Bangunan Pantai, Yogyakarta, Beta Offset, 2006. Petel, Minoo H And Wits, Joel A. Compliant Offshore Structures, Butterworth Heinemann, 1991 Rahman, Matiur. Water Waves : Relating Modern Theory to Advanced Engineering Applications, Gloucestershire, Clarendon Press, 1995. Rageh, O. S. 2009. Hydrodynamic Efficiency Of Vertical Thick Porous Breakwaters. 13th International Water Technology Conference, h 1659-1670 Riduwan, Abdullah M. 2011. Perangkat Lunak Terpadu Pada Analisis Model Gelombang Acak di Saluran Gelombang Jurusan Teknik Kelautan - ITS. Surabaya: Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS Rini, Dian Palupi. 2006. Materi Kuliah: Algoritma, Pemrograman dan Bagan Alir St. Denis, M. And Pierson, W. J., On the Motion of Ships in Confused Seas, Transactions SNAME, 61:1-53, 1953. Zhang, Jun., Introduction to Ocean and Coastal Engineering – Ocean Environment and Waves, OCEAN 201,2009.
TERIMA KASIH
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN JURUSAN TEKNIK KELAUTAN AGUSTUS 2014
