Jurnal Mangrove dan Pesisir IX (1), Februari 2009: ISSN: PENGARUH ARUS TERHADAP TEGANGAN DAN BENTUK KELENGKUNGAN MODEL TRAMMEL NET

Jurnal Mangrove dan Pesisir IX (1), Februari 2009: 38-47 ISSN: 1411-0679

PENGARUH ARUS TERHADAP TEGANGAN DAN BENTUK KELENGKUNGAN MODEL TRAMMEL NET Gondo Puspito Lab. Teknologi Alat Penangkapan Ikan Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan, FPIK - IPB Diterima 17 Juli 2008

Disetujui 15 September 2008

ABSTRACT This study tried to find out the influence of current to tension and curve shape of a trammel net model. The tension of trammel net was mainly caused by tension of net and float line. The tension of net and float line were caused by hydrodynamic forces. Drag force F Dn of net was formulated by 1,64 2 1,63 FDn = - 0,000205 V ( -90) + 2,11 V . Lift force FLn of net was calculated by equation of F Ln = 1,97 o o 1,79 1,97 1,97 (0,243V /45)  for 0 45 , FLn = [(0,911V - 0,243V )/22,5 ]( - 45) + 0,243V o o 1,79 1,79 o o (45 67,5 ) and FLn = - (0,911V /22,5)( - 67,5) + 0,911V (67,5    90 ). While the 2 2 equations for determining hydrodynamic force of float line were FDf = FDf90 sin  + FDf0 cos  (FDf90 o and FDf0 are drag force of float line with attack angles  = 0 and 90 to current direction), FLf = 2,5 1,5 FLfmax (sin 90 /s - ) for 0    s and FLf = FLfmax (cos 90 /(90 - s)(  - s)) (s    90). Angles  and s were attack angle and maximum angle. Mathematical calculation by using these equations gave satisfactory result. The tension and curve shape of trammel net model obtained from calculation were almost similar with those of experiment. Key words: Tension, sinker line, net, float line, towing, drag force, lift force, attack angle, maximum angle, and hydrodynamic force.

PENDAHULUAN1 Trammel net yang dioperasikan secara aktif sangat dipengaruhi oleh 2 macam gaya, yaitu gaya hidrodinamika dan gesek. Gaya hidrodinamika disebabkan oleh gerakan jaring dan tali pelampung terhadap arus, sedangkan gaya gesek disebabkan oleh gesekan antara tali pemberat dengan permukaan dasar perairan. Penelitian ini mencoba memecahkan hanya pengaruh arus terhadap tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net. Penentuan tegangan pada kedua ujung model trammel net – diukur pada kedua ujung tali pelampung -- diperlukan untuk penyesuaian terhadap kekuatan perahu penarik, ukuran alat, jumlah jaring dan arah penarikan. Adapun penentuan bentuk kelengkungan model trammel net dapat digunakan untuk memperkirakan luas wilayah dasar perairan yang disapu jaring selama operasi penangkapan. Tegangan pada kedua ujung tali pelampung model trammel net akibat arus disebabkan oleh gaya hidrodinamika yang mengenai seluruh bagian alat, kecuali tali pemberat. Gaya hidrodinamika tersebut terdiri atas drag FD dan lift FL yang bekerja tegak lurus antara satu dengan lainnya. Telp:_______ Email:_______

Besarnya tegangan pada ke-2 ujung tali pelampung sangat tergantung pada sudut hadang  antara tali pelampung dengan arah arus, kecepatan arus V dan persentase penenggelaman Ps pelampung (Pode, 1951). Persentase penenggelaman merupakan perbandingan antara bagian pelampung yang berada di dalam air dengan badan pelampung secara keseluruhan. Peningkatan sudut hadang  akan menyebabkan nilai drag FD dan lift FL meningkat. Penelitian untuk menentukan drag FD atau lift FL yang disebabkan oleh pergerakan sebuah bidang telah dilakukan oleh Tauti (1934), Miyazaki (1964a) dan Miyazaki and Takahashi (1964a) serta Miyazaki (1964b). Penentuan gaya drag FD atau gaya lift FL seutas tali yang diletakkan menghadang arus diteliti oleh Miyazaki dan Takahashi (1964b) dan Miyazaki (1964c dan 1964d). Namun demikian, tidak ada informasi mengenai gaya drag FD atau gaya lift FL ketika suatu alat – terdiri atas banyak elemen -membentuk berbagai sudut hadang  terhadap arus. Penelitian ini bertujuan untuk: Menentukan persamaan-persamaan yang menerangkan tahanan jaring dan tali pelampung akibat arus untuk digunakan pada penentuan tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net secara

39 Pengaruh Arus Terhadap Tegangan dan Bentuk

matematis, dan membuktikan apakah perhitungan matematis dapat menggambarkan tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net yang sebenarnya.

PROSEDUR PENELITIAN Drag FDn dan Lift FLn Jaring. Gambar 1 menunjukkan jaring yang terpasang pada

kerangka dan posisi pengukurannya terhadap arah arus. Kerangka atas terbuat dari papan berukuran 143 × 15 × 1,5 (cm), sedangkan kerangka samping masing-masing terdiri atas papan berbentuk sayap pesawat model NACA 001 dengan panjang 91 cm, lebar 9 cm dan tebal terbesar 0,9 cm.

65 cm

Load cell Arus



Gambar 1: Posisi jaring pada Kerangka dan Posisinya Terhadap Arus

Jaring yang diuji -- pembentuk model trammel net - berukuran 120 × 46,5 (cm) dihubungkan ke papan kerangka dengan 2 utas benang jahit. Jaring yang digunakan terbuat dari benang PA multifilament 210D/2 dengan diameter benang 0,385 mm, tipe simpul Weaver’s knot, ukuran mata 16,4 cm, dan rasio penggantungan primer 29,3%. Jaring dialiri arus berbagai kecepatan dengan sudut hadang  = 90; 67,5; 45; 22,5; dan o 0 . Selanjutnya kerangka tanpa jaring dengan o sudut  = 0 dan 90 juga dialiri arus. Tegangan diukur dengan load cell. Drag FDf dan Lift FLf Tali Pelampung. Tali pelampung tersusun atas 12 pelampung karet

sintetis berbentuk elips. Panjang pelampung 7,60 cm,  sisi 2,94 cm,  tengah 3,65 cm dan  lubang 0,6 cm. Ke-12 pelampung dihubungkan dengan benang jahit dan dihubungkan ke papan dengan batang besi (Gambar 2). Jarak antar pelampung 2,20 cm. Pada pengujian, pelampung ditenggelamkan pada kedalaman 1,33 cm (36%), 1,83 cm (50%), 2,33 cm (64%), dan 3,65 cm (100%). Pengukuran drag dan lift tali pelampung o o o o dilakukan pada sudut hadang  = 0 , 15 , 30 , 45 , o o o 60 , 75 , dan 90 dengan kecepatan arus 30 cm/detik.

Load cell

Arus



Gambar 2: Posisi Tali Pelampung Pada Kerangka dan Sudut Hadang  Yang Dibentuk.

40 Jurnal Mangrove dan Pesisir, IX (1): 38-47

Puspito

Tegangan dan Bentuk Kelengkungan Model Trammel Net. Susunan peralatan di atas flume tank diilustrasikan pada Gambar 3. Adapun konstruksi model trammel net diterangkan pada Gambar 4. Pada bagian dalam kerangka dibentuk segititiga berukuran 120 × 120 (cm) dengan benang karet. Sisi segitiga yang sejajar arus menjadi sumbu y dan lainnya sumbu x. Pada sisi miring segitiga diberi tanda pada setiap jarak 20 cm sebagai titik pengukuran. Posisi titik ukur 1

berada pada ujung sumbu y. Lorong flume tank yang menjadi tempat ujicoba berukuran 15 × 2 × 1,20 (m) dengan ketinggian air 100 cm. Pada pengujian, ujung bergerak tali pelampung – terkait ke load cell yang berada di atas lori ditempatkan pada setiap titik pengukuran dan dialiri dengan arus berkecepatan 19,5 cm/detik. Tegangan diukur dengan load cell dan bentuk kelengkungan model direkam dengan kamera.

FLUME TANK Papan Titik ukur

Arus

Lori + load cell

Rel flume tank

Tali penarik

Rel Penampang atas model trammel net Tali karet

Motor penarik

Current meter Gambar 3:

Susunan Peralatan untuk Menentukan Tegangan dan Bentuk Kelengkungan Trammel Net

120 cm cm

46,5 cm

Gambar 4: Konstruksi Model Trammel Net

HASIL DAN PEMBAHASAN Drag FDn dan Lift FLn Jaring. Studi mengenai hubungan antara tahanan jaring

terhadap arus telah dipelajari oleh Miyatake (1927), Miyamoto et. all, (1952), Miyamoto dan Nomura (1953), dan Tauti (1934). Nilai tahanan


sangat ditentukan oleh sudut  antara jaring dengan arus. Persamaan yang menggambarkan

hubungan antara kecepatan arus V dengan tahanan dituliskan pada Tabel 1.

Tabel 1: Persamaan drag FDn dan lift FLn kerangka+jaring dan kerangka pada berbagai sudut hadang . Kerangka + jarring Kerangka  No (o) Drag FDn Lift FLn Drag FDn Lift FLn 1. 0 0,61 V1,55 0,082 V1,95 0,071 V1,66 0,0094 V2,51 2. 22,5 1,25 V1,64 0,100 V2,10 3. 45 1,46 V1,66 0,243 V1,97 1,61 1,79 4. 67,5 2,32 V 0,911 V 5. 90 1,99 V1,64 0,106 V2,10 0,108 V1,69 0,0184 V2,51

Drag FDn. Pada Gambar 5 – berdasarkan Tabel 1 didapatkan persamaan drag hasil perhitungan, yaitu 2 FDn= -0,0089( - 90) + 90,0 (10 cm/detik), 2 FDn= -0,0279( - 90) +278,7 (20 cm/detik), 2 FDn= -0,0543( - 90) +540,2 (30 cm/detik), 2 FDn= -0,0870( - 90) +863,7 (40 cm/detik), dan 2 FDn= -0,1260(- 90) +1243,2(50 cm/detik).

Penyederhanaannya menjadi FDn= - a ( -90) +b. Hubungan antara kecepatan arus V dengan a dan b digambarkan dengan persamaan 1,64 1,63 a = 0,000205 V dan b = 2,11 V . Oleh karena itu, persamaan untuk menghitung drag menjadi 1,64 2 1,63 FDn= - 0,000205 V ( -90) + 2,11 V . 2

Perhitungan Eksperimen

V = 50 cm/det.

V = 40 cm/det. V = 30 cm/det. V = 20 cm/det. V = 10 cm/det.

Gambar 5: Perbandingan Antara Drag Jaring Hasil Perhitungan dan Eksperimen

Lift FLn. Cara penghitungan lift sama dengan drag. o Nilai lift = 0 pada  = 0 dan 90 . Dari Gambar 6, ada 3 persamaan berdasarkan interval sudut . 1,97 o o FLn = (0,243V /45)  untuk 0 45 , 1,79 1,97 FLn = (0,911V - 0,243V )/22,5 ]( - 45) + 1,97 o o 0,243V (45 67,5 ) dan

FLn = - (0,911V o o (67,5    90 ).

/22,5)( - 67,5) + 0,911V

1,79

1,79


Puspito

Gambar 6: Perbandingan antara Lift Jaring Hasil Perhitungan dan Pengujian pada Kecepatan Arus V = 10, 20, 30, 40, dan 50 cm/detik.

Drag FDf dan Lift FLf Tali Pelampung. Gambar 7 memperlihatkan drag dan lift yang bekerja pada sebuah tali pelampung akibat dialiri oleh arus. Besarnya gaya-gaya ini tergantung pada sudut hadang , kecepatan arus V dan kedalaman pelampung. Dari hasil pengukuran didapatkan beberapa persamaan yang menerangkan hubungan antara kecepatan arus V dengan drag FDf dan lift FLf (Tabel 2).

36% 50% 64% 100%

Tabel 2: Persamaan Drag untuk Sudut  = 0o (fdf0) dan 90o (fdf90) pada setiap Persentase Penenggelaman ps. No.

Ps

FDf0

FDf90

1. 2. 3. 4.

36% 50% 64% 100%

0,00214 V2,20 0,00278 V2,20 0,00380 V2,20 0,00495 V2,20

0,0544 V1,88 0,1090 V1,88 0,1790 V1,88 0,2750V1,88

FDf



FLf Kisaran sudut s

52

62

Gambar 7: Drag dan Lift yang Bekerja pada Tali Pelampung Drag FDf. Persamaan yang menjelaskan hubungan antara drag dan kecepatan arus adalah b FDf = aV . Nilai a akan meningkat dengan bertambahnya persentase penenggelaman Ps dan sudut . Dari perhitungan didapatkan persamaan 2,20 1,88 …… FDf0 = aD0V dan FDf90 = aDf90V (Tabel 2). Hubungan antara Ps dengan aD0 dan aD90 digambarkan dengan persamaan aD0 = 0,000044 Ps + 0,000664 dan aD90 = 0,00343 Ps - 0,0601. Miyazaki (1964d) menuliskan rumus

untuk menentukan drag, yaitu FDf = FDf90 sin  + 2 FDf0 cos . Lift FLf. Persentase penenggelaman Ps 50% dijadikan acuan pada penentuan lift. Nilai aL dari ke-4 Ps harus dibagi dengan nilai aL pada Ps 50% 2,05 (aL50). Rumusnya menjadi FLf15 = 0,0039 V o 1,93 o untuk sudut = 15 , FLf30 = 0,0190 V ( = 30 ), 1,80 o 1,65 FLf45 = 0,0516 V ( = 45 ), FLf60 = 0,0911 V o 1,35 o ( = 60 ), dan FLf75 = 0,1420 V ( = 75 ). 2


Adapun hubungan antara aL/aL50 dan Ps dijelaskan dengan persamaan aL/aL50 = 0,0341 Ps – 0,686. Dari grafik yang menggambarkan hubungan antara sudut  dan nilai lift hasil penelitian, selanjutnya ditentukan sudut maksimum s (Tabel 3). Perubahan nilai sudut s hanya disebabkan oleh kecepatan arus V dan bukan persentase penenggelaman Ps. Hubungan antara sudut s dan V dituliskan dalam bentuk s = 61,3 - 0,157 V. Sudut s dipakai untuk menghitung lift FL secara teoritis 2,5 dengan persamaan FLf = FLfmax(sin 90/s-) untuk 0    s dan FLf = FLfmax (cos 90 /(90 - s)(  - s))1,5 ((s ( ( ( 90o). Penyederhanaan kedua rumus tersebut menjadi QUOTE . Hubungan antara aL dan sudut s dijelaskan pada Gambar 8. Persamaan yang didapatkan dari

Ps 50% pada 45    60 adalah aL = 0,00263 s – 0,0667. Hubungan antara sudut  dan bL pada Ps 50% dijelaskan dengan persamaan bL = 2,25 – 0,0100 s. o

o

Tabel 3: Nilai aL dan bL yang Baru Setelah Nilai bL Diseragamkan pada Kecepatan Arus 30 cm/detik. V arus Ratas No. (cm/det) Rata 36% 50% 64% 100% 1 10 59 58 61 63 62,0 2 20 58 57 50 60 58,0 3 30 56 55 50 57 56,5 4 40 55 54 50 55 55,0 5 50 55 53 50 52 53,5 6 60 54 52 50 50 52,0

Gambar 8: Hubungan antara Sudut Maksimum s dengan aL. Tegangan dan Bentuk Kelengkungan Model Trammel Net. Gambar 9 menjelaskan bentuk model trammel net akibat pengaruh arus. Posisi awal model trammel net adalah sejajar dengan sumbu y dari suatu sistem koordinat empat persegi panjang. Sistem koordinat yang bergerak (X,Y) dengan titik pusat O’(xa,ya) terletak pada puncak kelengkungan. Elemen dS pada

sembarang titik di sepanjang model trammel net dalam kondisi keseimbangan dibawah pengaruh 1. tegangan T dan T+dT, 2. drag Fd, dan 3. lift FL. Tegangan sudut  memiliki nilai negatif jika terletak pada sisi kiri kelengkungan dan positif di sisi kanan kelengkungan. Masing-masing sudut dinyatakan sebagai 1 dan 2.


Puspito

FDD

/2+



y

T A

 (-)

FLL d Y

X



FD

T

M S(+)

S

T + dT /2-

O (xa,ya)

S(+)

x

1(+) 2(-) 0

Sisi kiri

d

FL

 (+) Sisi kanan

dS 45o

d B

T

+



dT

Gambar 9: Bentuk Kelengkungan dan Gaya-gaya yang Bekerja pada Elemen ds pada Sisi Kiri dan Kanan Puncak Kelengkungan Model Trammel Net Akibat Dialiri Arus (1). Pemecahan sisi kiri puncak kelengkungan Keseimbangan gaya dan geometri elemen dS dijelaskan oleh persamaan berikut (Pode, 1951 dan Kawakami, 1981). dan

1

.

2

Diketahui bahwa: dan

3

.

4

Mengingat d sangat kecil, maka persamaan 1 dan 2 menjadi: dan

5

.

6

Pembagian antara persamaan 5 dengan 6 akan menghasilkan persamaan berikut. .

7

Integrasi persamaan 7 pada kondisi T = To untuk  = 0 menghasilkan persamaan berikut. o

8

. Substitusi persamaan 8 ke 6 menghasilkan persamaan berikut. . Selanjutnya, substitusi persamaan 9 kedalam persamaan 3 dan 4 menghasilkan:

9


10

dan

11 Terakhir, 2 persamaan berikut didapatkan. 12

dan

13 (2). Pemecahan sisi kanan puncak kelengkungan Kondisi keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada elemen dS adalah: dan .

14 15

Mengingat T = To untuk  = 0, maka sebagai akibatnya: dan

16

.

17

Pembagian antara persamaan 16 dengan 17 memberikan hasil berikut: .

19

.

20

.

21

Integrasi persamaan 19 akan menghasilkan persamaan:

Substitusi persamaan 20 kedalam persamaan 17 mengakibatkan:

Substitusi persamaan 21 kedalam persamaan 3 dan 4 akan menghasilkan dX dan dY. Selanjutnya, nilai x dan y dapat ditentukan dengan persamaan 12 dn 13. Koordinat kelengkungan dan tegangan pada kedua ujung tali pelampung model trammel net o dapat dihitung secara numerik setiap  = 0,1 dengan persentase penenggelaman 50%. Perhitungan didasarkan atas persamaan 3 sampai dengan persamaan 21. Tegangan T1 pada ujung bergerak model trammel net didapatkan dari rumus T1 = Te / cos ( - 1). Te adalah tegangan yang diperoleh dari penelitian. Penentuan tegangan dan bentuk tali ris pelampung model trammel net ternyata hanya dapat dilakukan mulai dari titik ukur 4. Bentuk kelengkungan model trammel net ketika ujung

bergeraknya berada pada titik 2 dan 3 sangat tidak stabil. Pelampung yang berada dekat dengan puncak kelengkungan selalu bergerak turun-naik. Akibatnya, perekaman data sangat sulit dilakukan. Gambar 10 menjelaskan tegangan T1 trammel net yang didapat dari eksperimen dan perhitungan. Gambar 11 mengilustrasikan bentuk kelengkungan model trammel net. Tegangan dan bentuk kelengkungan yang didapat dari penelitian relatif sama dengan bentuk kelengkungan yang dihasilkan dari perhitungan. Dengan demikian, tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net yang dialiri arus dapat diperkirakan dengan perhitungan matematis.


Puspito


Gambar 10:

Tegangan T1 model trammel net pada setiap titik pengukuran akibat dialiri arus dengan kecepatan 19,5 cm/detik.


Gambar 11: Bentuk kelengkungan model trammel net akibat dialiri arus dengan kecepatan 19,5 cm/detik.

KESIMPULAN Tiga kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian adalah : 1. Persamaan untuk menghitung drag FDn dan lift FLn jaring dirumuskan dengan FDn=1,64 2 1,63 0,000205V ( -90) + 2,11 V dan 1,97 o o FLn = (0,243V /45)  (0 45 ), 1,79 1,97 FLn = [(0,911V - 0,243V )/22,5 ]( - 45) + 1,97 o o 0,243V (45 67,5 ) dan FLn = 1,79 1,79 o (0,911V /22,5)( - 67,5) + 0,911V (67,5 o    90 ); 2. Persamaan yang dapat menggambarkan tahanan hidrodinamik tali pelampung adalah 2 2 FDf = FDf90sin  + FDf0cos , 2,5 FLf = FLfmax (sin 90/s -  ) untuk 0    s dan 1,5 FLf = FLfmax (cos 90 /(90 - s)(  - s)) untuk s    90; dan

3. Tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net yang didapat dari hasil perhitungan secara matematis hampir sama dengan hasil penelitian.

DAFTAR PUSTAKA Kawakami, T. 1981. An introduction to fishing analysis. Kouseisha Kouseikaku, Tokyo. 33-45. Miyatake. 1927. On the plane nets I. Resistance of plane nets in water. J. Imp. Fis. Inst, 23(2), Tokyo, Japan. Miyamoto, H., M. Nomura, and Y. Shimozaki. 1952. Resistance of plane net against the flow of water-II. Effect of knot type on the resistance of net. Bull. Jp. Soc. Fish., 17(8,9), Tokyo, Japan. 39-44. Miyamoto, H. & M. Nomura. 1953. Resistance of plane net against the flow of water-II. Effect of different shape of the mesh upon the resistance of net against the flow. Bull. Jp. Soc. Fish., 18(7), Tokyo, Japan. 327-330. Miyazaki, Y. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(I). The resistance of wire gauges. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan. 79-88. Miyazaki, Y. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(VI). The resistance of plane nets placed

47 Pengaruh Arus Terhadap Tegangan dan Bentuk obliquely to the stream. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan. 125-134. Miyazaki, Y. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(IV). The resistance of ropes and plane nets in water. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan.. 105-110. Miyazaki, Y. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(V). The resistance of ropes placed obliquely to the stream. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan.111-123. Miyazaki, Y and T. Takahashi. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(III). The Resistance of

plane nets. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan. pp. 95-103. Miyazaki, Y and T. Takahashi. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(II). The resistance of ropes. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan. 89-94. Pode. 1951. Tables for computing the equilibrium configuration of a flexible cable in a uniform stream. Rep. David Taylor Model Basin 687, Washington. 103-157. Tauti,M.1934. The force acting onthe plane net ini motion trough the water. Bull. Jp. Soc. Fish., 3(1), Tokyo, Japan. 1-4.

Jurnal Mangrove dan Pesisir IX (1), Februari 2009: ISSN: PENGARUH ARUS TERHADAP TEGANGAN DAN BENTUK KELENGKUNGAN MODEL TRAMMEL NET

Recommend Documents