Perancangan Dan Pembuatan Aerator Tambak Menggunakan Sollar Cell Sebagai Sumber Energi
Udang
Dengan
Abstraksi Aerator merupakan alat untuk membantu para pembudidaya udang dalam mengalirkan udara atau oksigen kedalam air untuk kelangsungan hidup udangudang tersebut. Pengoperasian Aerator dibantu beberapa komponen penunjang yaitu motor listrik, aki, puli, poros pemutar,impeller dan rangka. Aerator beroperasi tanpa henti agar udang tidak mati. Apabila terjadi pemadaman listrik pada tempat petambak udang, maka solusi untuk mengatasi permasalahan tersebut adalah Aerator ini dirancang menggunakan solar cell, sebagai sumber energy. Pada hasil pengujian arus rata-rata yang paling tinggi sebesar 0.52 A. Tegangan rata-rata yang didapat hingga aki penuh sebesar 14.32 v sehingga didapatkan suplai daya rata-rata paling tinggi sebesar 4.74 watt. Kata
Kunci
:
Perancangan
PENDAHULUAN
Sebagai negara agraris, Indonesia mempunyai potensi besar di bidang pembudidaya udang dan lain-lain. Hal ini ditunjang pula dengan banyak tersedianya berbagai macam perairan, salah satunya untuk pembudidaya udang dan sejenisnya yang hidup di dalam air, keanekaragaman komoditi dan sumber daya manusia terutama petambak udang yang berjumlah besar di daerah pedesaan. Untuk meningkatkan produktivitas petambak budidaya udang, salah satu faktor penting yang harus diperhatikan adalah penyediaan oksigen yang ada pada petambak udang tersebut agar udang yang terdapat didalamnya tidak kekurangan oksigen. Aerasi pada tambak udang merupakan yang utama bagi kehidupan petambak seperti udang, serta merupakan dasar dalam usaha pengembangan petambak udang. Terutama untuk petambak budidaya
Aerator
Menggunakan
Solar
Cell.
udang, pada tambak membutuhkan oksigen didalam air, maka dibutuhkan Aerator bagi petambak udang. Pada umumnya para petambak udang didalam tambak tersebut membutuhkan oksigenoksigen terlarut sangat penting untuk orgasnisme air, jika oksigen terlalu banyak maka akan ada gelembung di lamela udang, sedangkan jika terlalu sedikit maka udang akan mati lemas. Oksigen paling rendah terjadi pada waktu pagi yakni sesaat setelah matahari terbit. Sementara oksigen tertinggi terjadi sekitar jam 14.00-17.00. Untuk menjaga oksigen dalam kondisi optimal perlu dilakukan pengadukan air sekitar jam 13.0015.00 dan pada malam hari. Pengadukan dan penambahan oksigen bisa dilakukan dengan menggunakan aerator Ketika air tidak mengalir atau tersirkulasi, maka terdapat perbedaan suhu antara air di
-1-
permukaan dengan air di bagian bawah dasar kolam akibat perbedaan serapan panas dari cahaya matahari. Dikarenakan oleh air di permukaan kolam lebih hangat sehingga lebih ringan, kedua air yang berbeda suhu tersebut tidak dapat bercampur satu sama lain. Sehingga air di bagian dasar kolam tidak mudah “bergerak” vertikal dan bersirkulasi ke permukaan begitu pula sebaliknya air di permukaan tidak dapat bersirkulasi ke bagian dasar. Terjadilah apa yang disebut dengan kekurangan oksigen (oxygen depletion) pada air di bagian dasar kolam Proses untuk mendapatkan oksigen dalam air maka dibutuhkan alat Aerator untuk lebih meringankan peternak tambak udang menggunakan alat Aerator, tentunya sistem aerator ini membutuhkan listrik dalam pengoperasiannya. Kendala listrik sayangnya masih ditemui terutama pada saat ini Indonesia sedang mengalami krisis energi listrik dan krisis energi bahan bakar minyak sehingga sering terjadi pemadaman listrik secara bergilir di beberapa daerah, apalagi daerah pedesaan yang sangat minim akan pasokan listrik atau jauh dari jaringan kabel Pada saat pemadaman listrik dapat mengganggu proses aerasi dengan matinya mesin-mesin aerasi (Aerator), salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan memanfaatkan energi alternatif seperti energi matahari menggunakan sel surya (solar cell LANDASAN TEORI
Sel Surya (Solar Cell) Solar cell merupakan suatu panel yang terdiri dari beberapa sel
dan beragam jenis. Penggunaan solar cell ini telah banyak digunakan di negara-negara berkembang dan negara maju dimana pemanfaatannya tidak hanya pada lingkup kecil tetapi sudah banyak digunakan untuk keperluan industri sehingga energi matahari dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif. Pada sel surya terdapat sambungan (junction) antara dua lapisan tipis yang terbuat dari bahan semikonduktor yang masing-masing diketahui sebagai semikonduktor jenis“P”(positif) dan semikondukto r jenis “N” (negatif), Semikonduktor jenis-N dibuat dari kristal silikon dan terdapat juga sejumlah material lain (umumnya posfor) dalam batasan bahwa material tersebut dapat memberikan suatu kelebihan elektron bebas. Elektron adalah partikel sub atom yang bermuatan negatif, sehingga silikon paduan dalam hal ini disebut sebagai semikonduktor jenis-N (Negatif). Semikonduktor jenis-P juga terbuat dari kristal silikon yang didalamnya terdapat sejumlah kecil materi lain (umumnya boron) yang mana menyebabkan material tersebut kekurangan satu elektron bebas, kekurangan atau hilangnya elektron ini disebut lubang (hole). Karena tidak ada atau kurangnya elektron yang bermuatan listrik negatif maka silikon paduan dalam hal ini sebagai semikonduktor jenis-P (Positif). Prinsip Kerja Sel Surya Susunan sebuah solar cell, sama dengan sebuah dioda, terdiri dari dua lapisan yang dinamakan PN junction. PN junction itu diperoleh
-2-
dengan jalan menodai sebatang bahan semikonduktor silikon murni (valensinya 4) dengan impuriti yang bervalensi 3 pada bagian sebelah kiri, dan yang di sebelah kanan dinodai dengan impuriti bervalensi 5. Sehingga pada bagian kiri terbentuk silikon yang tidak murni lagi dan dinamakan silikon jenis P, sedangkan yang sebelah kanan dinamakan silikon jenis N. Didalam silikon murni terdapat dua macam pembawa muatan listrik yang seimbang. Pembawa muatan listrik yang positif dinamakan hole, sedangkan yang negatif dinamakan elektron. Setelah dilakukan proses penodaan itu, di dalam silikon jenis P terbentuk hole (pembawa muatan listrik positif) dalam jumlah yang sangat besar dibandingkan dengan elektronnya. Didalam batang silikon itu terjadi pertemuan antara bagian P dan bagian N. Oleh karena itu dinamakan PN junction. Bila sekarang bagian P dihubungkan dengan kutub positif dari sebuah baterai, sedangkan kutub negatifnya dihubungkan dengan bagian N, maka terjadi hubungan yang dinamakan "forward bias". Dalam keadaan forward bias di dalam rangkaian itu timbul arus listrik yang disebabkan oleh kedua macam pembawa muatan, jadi arus listrik yang mengalir di dalam PN junction disebabkan oleh gerakan hole dan gerakan elektron, arus listrik itu mengalir searah dengan gerakan hole tapi berlawanan arah dengan gerakan elektron. Sekedar untuk lebih menjelaskan elektron yang bergerak di dalam bahan konduktor dapat menimbulkan energi listrik, dan energi listrik inilah yang disebut
sebagai arus listrik yang mengalir berlawanan arah dengan gerakan elektron. Tapi bila bagian P dihubungkan dengan kutup negatif dari baterai dan bagian N dihubungkan dengan kutub positifnya, maka sekarang terbentuk hubungan yang dinamakan "reverse bias". Dengan keadaan seperti ini maka hole (pembawa muatan positif) dapat tersambung langsung ke kutub positif, sedangkan elektron juga langsung ke kutub positif. Jadi jelas di dalam PN junction tidak ada gerakan pembawa muatan mayoritas baik yang hole maupun yang elektron. Sedangkan pembawa muatan minoritas (elektron) di dalam bagian P bergerak berusaha untuk mencapai kutub positif baterai. Ada yang menarik dalam keadaan reverse bias itu, bila suhu PN juction tsb dinaikkan ternyata dapat memperbesar arus bocor yang timbul itu. Berarti bila diberi energi (panas), pembawa muatan minoritas di dalam PN junction bertambah banyak. Karena cahaya itu merupakan salah satu bentuk energi, maka bila ada cahaya yang menimpa suatu PN junction dapat juga menghasilkan energi yang cukup untuk menghasilkan pembawa muatan. Gejala seperti ini dinamakan fotokonduktif. Bila baterai dalam rangkaian reverse bias itu dilepas dan diganti dengan beban tahanan, maka pemberian cahaya itu dapat menimbulkan pembawa muatan baik hole maupun elektron. Jika iluminasi cahaya itu ditingkatkan, ternyata arus yang timbul semakin
-3-
besar. Gejala seperti ini dinamakan photovoltaic. Jadi sel surya itu pada dasarnya sebuah foto dioda yang besar dan dirancang dengan mengacu pada gejala photovoltaic sedemikian rupa sehingga dapat menghasilkan daya yang sebesar mungkin, silikon jenis P merupakan lapisan permukaan yang dibuat sangat tipis supaya cahaya matahari dapat menembus langsung mencapai junction. Bagian P ini diberi lapisan nikel yang berbentuk cincin, sebagai terminal keluaran positif. Di bawah bagian P terdapat bagian jenis N yang dilapisi dengan nikel juga sebagai terminal keluaran negatif, untuk mendapatkan daya yang cukup besar diperlukan banyak sel surya. Biasanya sel-sel surya itu sudah disusun sehingga berbentuk panel, dan dinamakan panel photovoltaic (PV). Accumulator / Aki Accumulator atau sering disebut accu / aki adalah salah satu komponen utama pada aerator menggunakan solar cell. Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi energi listrik. Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses kimiaiwi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer terdiri dari elemen basah dan elemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer menyebabkan elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Jika muatannya habis maka elemen primer tidak dapat dimuati
kembali dan memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen kering). Sehingga dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros, contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells). Elemen sekunder dalam pemakaiannya harus diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik (secara umum dikenal dengan istilah ’dicharge’). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang kali. Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki berlangsung proses elektrokimia yang reversible (bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversible yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia (charging). Inverter Inverter adalah sebuah rangkaian elektronika yang digunakan untuk mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC, prinsip kerja dari sebuah inverter adalah dengan menggabungkan sebuah rangkaian multivibrator yang dihubungkan dengan sebuah transformator penaik tegangan (Step Up). Inverter dapat digunakan untuk mensuplai beban dengan tegangan AC dengan daya yang disesuaikan dengan daya tegangan DC yang tersedia, contoh penggunaan inverter dapat digunakan untuk rangkaian
-4-
UPS (Uninterrupted Power Supply) untuk suplai tegangan listrik bila terjadi pemutusan listrik dari PLN dengan tiba-tiba. Inverter dapat diklasifikasikan menjadi 2 macam : (1) inverter 1 fasa, (2) inverter 3 fasa. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa (pulse width modulation – PWM). Inverter juga dapat dibedakan dengan cara pengaturan tegangannya, yaitu : (1) jika yang diatur tegangan input konstan disebut Voltage Fed Inverter (VFI), (2) jika yang diatur arus input konstan disebut Current Fed Inverter (CFI), dan (3) jika tegangan input yang diatur disebut Variable DC linked inverter. Solar Charge Controller Solar Charge Controller adalah peralatan elektronik yang digunakan untuk mengatur arus searah yang diisi ke baterai dan diambil dari baterai ke beban, solar charge controller mengatur overcharging (kelebihan pengisian karena baterai sudah penuh) dan kelebihan voltage dari panel surya. Kelebihan voltage dan pengisian akan mengurangi umur baterai. Solar charge controller menerapkan teknologi Pulse width modulation (PWM) untuk mengatur fungsi pengisian baterai dan pembebasan arus dari baterai ke beban, p anel surya 12 Volt umumnya memiliki tegangan output 16 - 21 Volt. Jadi tanpa solar charge controller, baterai akan rusak oleh over-charging dan ketidakstabilan tegangan. Baterai umumnya di-charge pada tegangan 14 - 14.7 Volt,
beberapa fungsi dari solar charge controller adalah sebagai berikut: • Mengatur arus untuk pengisian ke baterai • Menghindari over charging, dan over voltage. • Mengartur arus yang dibebaskan / diambil dari baterai agar baterai tidak full discharge, dan overloading. Mekanika Kekuatan Material Salah satu masalah utama mekanika bahan adalah menyelidiki tahanan dalam berupa reaksi atau gaya-gaya dalam dan deformasi. Gaya-gaya dalam, berfungsi untuk meneruskan gaya-gaya luar yang bekerja pada tumpuan dari sebuah benda. Hubungan Regangan
Tegangan
Dengan
Secara ekperimen diterangkan bahwa diagram tegangan-regangan sangat berbeda untuk bahan-bahan yang berbeda. Untuk bahan yang sama diagram ini berbeda pula, tergantung pada suhu pengujian yang dilakukan, kecepatan pengujian dan beberapa variabel lainnya. Jika seseorang ingin merancang sebuah mesin, maka yang harus diperhatikan adalah mengetahui bagaimana keadaan material pada waktu sebuah komponen mesin bekerja. Untuk mengetahui hal tersebut, karakteristik tertentu atau properti dari material yang hendak diaplikasikan haruslah diketahui terlebih dahulu. Beberapa Sifat Bahan
-5-
Keuletan adalah sifat suatu bahan yang memungkinkan menyerap energi pada tegangan yang tinggi tanpa patah, yang biasanya diatas batas elastis. Elastisitas adalah kemampuan bahan untuk kembali ke ukuran dan bentuk asalnya setelah gaya luar dilepas. Sifat ini penting pada semua struktur yang mengalami beban yang berubah-ubah. Kekakuan adalah sifat yang didasarkan pada sejauh mana beban mampu menahan perubahan bentuk. Ukuran kekakuan suatu bahan adalah modulus elastisitasnya, yang diperoleh dengan membagi tegangan satuan dengan perubahan bentuk satuan-satuan yang disebabkan oleh tegangan tersebut. Kemampu-tempaan adalah sifat suatu bahan yang bentuknya bisa diubah dengan memberikan tegangantegangan tekan tanpa kerusakan. Kekuatan merupakan kemampuan bahan untuk menahan tagangan tanpa kerusakan beberapa bahan seperti baja struktur, besi tempa, alumunium dan tembaga, mempunyai kekuatan tarik dan tekan yang hampir sama. Sementara kekuatan gesernya adalah kira-kira dua pertiga kekuatan tariknya. Faktor Safety)
Keamanan
(Factor
of
Kekuatan sebenarnya dari suatu struktur haruslah melebihi kekuatan yang dibutuhkan. Perbandingan dari kekuatan sebenarnya terhadap kekuatan yang dibutuhkan disebut faktor keamanan. (factor of safety) n :
Faktor keamanan haruslah lebih bessar dari 1,0 jika harus dihindari kegagalan. Tergantung pada keadaan, maka faktor keamanan yang harganya sedikit diatas 1,0 hingga 10 yang dipergunakan. Penentuan suatu faktor keamanan harus memperhitungkan kemungkinan pembebanan yang melampauibatas (overloading) dari struktur, seperti jenis-jenis pembebanan (statik, dinamik atau berulang), kemungkinan keruntuhannya lelah (fatique failure) dan lain-lain. Apabila faktor keamanan sangat rendah, maka kemungkinan kegagalan akan menjadi tinggi dan karena itu desain strukturnya tidak diterima. Sebaliknya bila mungkin tidak cocok bagi fungsinya (misalnya menjadi sangat berat). Poros Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut : a. Poros Transmisi b. Spindel c. Gandar Menurut bentuknya, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, poros luwes untuk transmisi daya kecil agar terdapat kebebasan bagi perubahan arah.
-6-
Adapun beberapa hal-hal penting dalam perencanaan poros yang dapat berpengaruh terhadap ketahanan dari perencanaan poros, antara lain: – Kekuatan Poros – Kekakuan Poros – Putaran Kritis – Korosi – Bahan Poros Poros untuk mesin umumnya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, baja karbon konstruksi mesin (disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di “ kill “ (baja yang dideoksidasi dengan ferrosilicon dan dicor; kadar karbon terjamin). Transmisi Sabuk-V Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan tetoron atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk-V dibelitkan di keliling alur puli yang berbentuk V pula. Gaya gesekan akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulan sabuk-V dibandingkan dengan sabuk rata. Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban sehingga putaran atau gerakan bolakbaliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan berumur relatif lebih lama serta kokoh yang dapat menunjang elemen mesin yang berhubungan dapat bekerja dengan baik.
Klasifikasi Bantalan 1. Gerakan bantalan terhadap poros : • Bantalan Luncur. • Bantalan Gelinding. 2. Arah Beban Terhadap Poros : • Bantalan Radial. • Bantalan Aksial. • Bantalan Gelinding Khusus. Jenis – Jenis Bantalan Gelinding Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Elemen gelinding seperti bola atau rol, dipasang di antara cincin luar dan cincin dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan membuat gerakan gelinding sehingga gesekan di antaranya akan jauh lebih kecil. Teori Metode Elemen Hingga Metode elemen hingga atau Finite Element Method (FEM) atau analisa Elemen Hingga atau Finite Element Analysis (FEA), adalah dasar pemikiran dari suatu bangunan bentuk-bentuk kompleks dengan blok-blok sederhana atau membagi objek yang kompleks kedalam bagian-bagian kecil yang teratur. Penggunaan Metode Elemen Hingga (Finite Element Method) Penggunaan metode elemen hingga terdiri dari beberapa analisa: − Analisa perancangan adalah perhitungan sederhana, serta simulasi komputer. − Finite Element Method atau Finite Element Analysis adalah metode simulasi komputer yang
-7-
paling banyak diaplikasikan dalam engineering. − Penggunaan dari aplikasi CAD atau CAM. Aplikasi dari metode elemen hingga dalam engineering adalah sebagai berikut: − Mechanical / Aerospace / Civil / Automobile Engineering. − Structure analysis (static / dynamic, linear / nonlinear) − Thermal / fluid flows − Electromagnetics − Geomechanics − Biomechanics Prosedur analisa dengan menggunakan metode elemen hingga adalah: − Membagi struktur kedalam bagian-bagian kecil (elemen dengan nodal). − Menjelaskan sifat fisik dari tiap-tiap elemen. − Menghubungkan atau merangkai elemen-elemen pada nodal untuk membentuk rekaan persamaan sistem dari keseluruhan struktur. − Menyelesaikan persamaan sistem dengan memberikan kuantitas yang tidak diketahui pada nodal, misalnya pergeseran. − Menghitung kuantitas yang diinginkan (regangan dan tekanan) pada elemen-elemen yang dipilih. Analisis Statik Linier Masalah analisis sebagian besar dapat diperlakukan sebagai masalah statik linear, didasarkan pada asumsi dibawah ini: 1. Small Deformation (perubahan yang terjadi sangat kecil) 2. Elastic Material
3. Static Loads Analisa linier dapat menyediakan kebanyakan dari informasi tentang perilaku suatu struktur dan merupakan suatu perkiraan baik untuk beberapa analisa. Mempertimbangkan suatu elemen penuh pada prismatik. Motor Listrik Motor listrik mengubah energi mekanik menjadi dan dibedakan menjadi 2 kategori yang berbeda yaitu : DC (Direct Current) dan AC (Alternatif Current). Berdasarkan kekuatannya, motor listrik dibagi 3 kategori yaitu besar, sedang dan kecil. Motor kecil terbagi menjadi motor-motor horsepower kecil dengan rating 1/20 Hp hingga 1 Hp. Motor sedang terbagi menjadi motor-motor dengan rating 1 hingga 100 Hp dengan motor besar antara 100 hingga 50.000 Hp. Motor listrik arus bolak balik ( AC ) Motor AC memiliki keunggulan dalam hal kesederhanaan dan murahnya biaya perawatan sehingga jenis motor ini banyak dipakai di lingkungan industri maupun rumah tangga. Kecepatan motor diukur dengan tachometer, pengukuran dilakukan pada poros rotor. Ada 2 macam tachometer yaitu tachometer analog dan tachometer digital. Motor Listrik Arus Searah Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Untuk membedakan sebagai generator atau motor dari mesin difungsikan sebagai apa. Generator
-8-
DC alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau sebaliknya generator DC bisa difungsikan sebagai motor DC. Prinsip kerja generator DC berdasarkan pada kaidah tangan kanan. Sepasang magnet permanen utara selatan menghasilkan garis medan magnet F, kawat penghantar di atas telapak tangan kanan ditembus garis medan magnet F. Jika kawat digerakkan ke arah ibu jari, maka dalam kawat dihasilkan arus listrik I yang searah dengan keempat arah jari tangan. Dalam perkembangan berikutnya generator DC dibagi menjadi tiga jenis, yaitu: 1. Generator penguat terpisah. 2. Generator belitan Shunt. 3. Generator belitan Kompound. Data Spesifikasi Puli Flowchart Pembuatan Aerator
Dalam proses pembuatan yang berdasarkan hasil perancangan dibutuhkan beberapa mesin perkakas dan bahan untuk mewujudkan bentuk dari gambar teknik 2 dimensi menjadi komponen yang sebenarnya. Oleh karena itu untuk membuat aerator tersebut, digunakan beberapa alat yang berada di Laboratorium Teknik Mesin Gunadarma. Sedangkan untuk bahan dipersiapkan bahan baku yang ada dipasaran, seperti baja konstruksi, baja pelat, dan poros, maupun yang sudah berbentuk produk jadi seperti, puli, sabuk (belt), motor listrik, roda gigi kerucut, poros, baling-baling, baut dan mur. Dalam proses pembuatan aeratorh ini digunakan beberapa macam mesin perkakas, baik mesin perkakas besar ataupun mesin perkakas kecil. Jenis mesin perkakas yang digunakan pada proses ini adalah : 1. Mesin Gerinda 2. Alat Kerja Bangku 3. Mesin Las Lisrik 4. Mesin Bor Data Dan Spesifikasi Perancangan Tabel 1 Spesifikasi aerator
Pemilihan Material Dalam proses pembuatan aerator ini perlu ditinjau dari segi
-9-
material bahan baku yang akan digunakan serta proses-proses apa saja yang perlu dipersiapkan. Melalui hasil perancangan didapatkan material-material yang digunakan dalam pembuatan alat ini, sehingga memudahkan untuk mengumpulkan material yang diperlukan dalam pembuatan. Bahan baku yang dipergunakan adalah baja konstruksi, plat, dan poros. Material yang digunakan dalam pembuatan aerator ini berdasarkan hasil perancangan menggunakan untuk poros menggunakan bahan AISI 1010 dan AISI 1035. Namun untuk perancangan konstruksi pembebanan yang tidak terlalu berat dan tidak memerlukan kekuatan serta kekerasan yang tinggi, maka lebih tepat jika dipakai baja dengan kadar karbon sedang. Adapun komposisi material AISI 1010 yang dipakai pada aerator, yaitu sebagai berikut: Tabel 2 komposisi matrial AISI 1010
Material baja AISI 1010 memiliki karakteristik seperti yang ditunjukkan pada tabel dibawah ini. Tabel 3 Karakteristik material AISI 1010
Berdasarkan bentuk-bentuk rancangan untuk komponenkomponen pada aerator ini, maka dapat ditentukan proses pengerjaan untuk masing-masing komponen. Secara umum proses pembuatan meliputi : 1. Persiapan 2. Pembentukkan 3. Penghalusan 4. Perakitan. Pada setiap proses pembuatan suatu produk ataupun alat, perlu dilakukan proses perancangan terlebih dahulu. Proses perancangan yang pertama kali dibuat adalah gambar teknik 2 dimensi yang nantinya dikembangkan menjadi 3 dimensi yang akan memudahkan dalam proses pembuatan mesin tersebut. Sebagai acuan utama dalam pembuatan aerator ini adalah rancangan gambar teknik 2 dimensi. Motor Listrik Motor listrik adalah suatu mesin yang dapat mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Motor listrik yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : - Motor listrik 1 fasa - Daya : 125 watt - Putaran : 1250 rpm
- 10 -
Gambar 3 Puli dan Sabuk Gambar 1 Motor Listrik Proses Perakitan 3.5 Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang berfungsi sebagai tumpuan suatu poros yang berbeban dan berputar. Dengan adanya bantalan maka putaran dan gerak bolak-balik akan berlangsung secara halus, aman dan tahan lama. Bantalan juga harus mempunyai ketahanan terhadap getaran maupun hentakan. Bantalan yang digunakan adalah, unit FYH P204 sebanyak 2 buah.
Setelah komponenkomponen dibuat maka langkah selanjutnya komponen tersebut disusun berdasarkan fungsinya. Langkah-langkah perakitan aerator adalah sebagai berikut : 1. Menyiapkan rangka sebagai tempat dudukan komponen yang akan dirakitkan pada rangka.
Gambar 4 Dimensi Rangka
Gambar 2 Bantalan Puli dan Sabuk Puli dan sabuk adalah elemen mesin untuk mentransmisikan putaran dan daya antara dua buah poros yang cukup jauh dan tidak memungkinkan transmisi langsung dengan roda gigi. Jenis puli yang digunakan adalah puli alumunium Ø5 inch sebanyak 1 buah dan Ø2 inchi sebanyak 1 buah. Jenis sabuk yang digunakan : • Sabuk-V tipe A35, 1 buah
Gambar 5 Rangka Utama 2. Memasang 2 buah dudukan bearing beserta bearing pada bagian atas rangka yang berfungsi sebagai dudukan poros utama kemudian dibaut.
- 11 -
Gambar 9 Dimensi puli
Gambar 6 Dudukan Bantalan dan Rangka Utama 3. Memasang poros utama pada rangka dengan ukuran 1400 mm x Ø20 mm
Gambar 10 Memasang puli
Gambar 7 Dimensi Poros Utama
5. Memasang motor listrik dengan posisi puli motor listrik sejajar dengan puli poros utama.
Gambar 8 Poros Utama 4. Memasang 2 buah puli yang satu dipasang di poros motor,puli yang satunya di pasang di poros impeller. Gambar 11 Pemasangan Motor Listrik 6. Memasang sabuk pada puli motor listrik dan puli poros utama kemudian di stel kekencangannya dengan cara menggeserkan motor listrik sehingga sabuk menjadi kencang kemudian baut – bautnya dikencangkan.
- 12 -
Gambar 12 Pemasangan Sabuk 7. Memasang impeller pada rangka utama.
Gambar 14 Pemasangan Impeller 8. Memasang pelampung bagian bawah kerangka.
pada
Gambar 15 Dimensi Ponton ( Pelampung )
Gambar 13 Dimensi Impeller
Gambar 16 Pemasangan Ponton ( Pelampung )
- 13 -
Gambar 1 Diagram alir perencanaan puli Tabel 1 Data hasil perencanaan puli
Gambar 17 Aerator
Sistem Rangkaian Aerator Menggunakan Solar Cell
1. Solar panel dengan ukuran 10 WP (watt/peak) 20x30 cm, menyerap tenaga panas matahari kemudian merubah panas tersebut menjadi tenaga listrik. 2. Melalui control box arus listrik yang dihasilkan melalui solar panel tersebut digunakan untuk mengisi aki sebagai penyimpan tenaga listrik.
- 14 -
3. Aki digunakan sebagai penyimpan tenaga listrik, kemudian arus listrik yang berasal dari aki adalah arus DC di ubah menjadi arus AC menggunakan inverter di dalam control box.
Sehingga udara dlm air dapat di capai secara kontinu. Alat ini di harapkan dapat menghasilkan udara dan kadar oksigen dalam air yang cukup agar ikan atau udang yang berada dalam tambak tidak mati atau kekurangan udara.
Setelah tenaga listrik tersebut di ubah menjadi arus AC melalui control box, tenaga listrik tersebut digunakan untuk menghidupkan motor listrik atau aerator. Tinjauan Singkat Mengenai Aerator Menggunakan Solar Cell Alat ini dibuat berdasarkan hasil perancangan serta harus mampu memenuhi aspek-aspek kebutuhan dari tujuan perancangan. Secara umum aerator merupakan alat yang digunakan untuk menambah daya kelarutan udara di dalam air dan penambahan udara ke dalam air sehingga kadar oksigen dalam air menjadi cukup dengan bantuan alat aerasi (aerator). Pada dasarnya alat ini merupakan suatu alat yang digunakan untuk menghasilkan penambahan udara yang bersih dalam air sehingga kadar oksigen menjadi cukup pada tambak. Prinsip menghasilkan udara yg bersih kadar oksigen yang cukup dalam air menggunakan daya putar yang berasal dari motor listrik yang ditransmisikan melalui puli dan sabuk. Mekanisme putaran berupa sepasang sudu yg memiliki masing-masing memiliki 4 buah baling-baling yg berputar pada air. Putaran yg di hasilkan sebesar 75.5 rpm. Untuk menghasilkan udara dalam air digunakan suatu sudu impeler yang berputar searah.
Gambar 2 Sketsa Mesin Aerator
Tabel 2 Spesifikasi solar cell
Pengujian Tujuan Pengujian Pengujian alat aerator memakai energi solar cell ini bertujuan untuk : 1. Menganalisa kemampuan alat aerator yang menggunakan solar cell sebagai sumber energi.
- 15 -
2.
Untuk mendapatkan berbagai data yang diperlukan dari pengujian ini. Seperti suplai tegangan, arus, dan dayapada alat aerator ini. Alat Ukur Yang Digunakan Pada Proses Pengujian
Multi meter berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan dari solar cell pada saat pengisian ke aki.
Untuk mendukung pengujian alat aerator ini , digunakan beberapa alat ukur. Adapun alat ukur yang digunakan adalah : 1. Stopwatch Stopwatch digunakan untuk mendapatkan waktu yang dibutuhkan
Gambar 3 Stopwatch Stopwatch adalah alat yang digunakan untuk mengukur lamanya waktu yang diperlukan dalam kegiatan. Stopwatch secara khas dirancang untuk memulai dengan menekan tombol diatas dan berhenti sehingga suatu waktu detik ditampilkan sebagai waktu yang berlalu. Kemudian dengan menekan tombol yang kedua kemudian memasang lagi stopwatch pada nol. Tombol yang kedua juga digunakan sebagai perekam waktu 2.
Multi Meter
Gambar 4 Multi Meter Multimeter adalah alat pengukur listrik yang sering dikenal sebagai VOM (Volt/Ohm meter) yang dapat mengukur tegangan (voltmeter), hambatan (ohm-meter), maupun arus (amper-meter). Ada dua kategori multimeter: multimeter digital atau DMM (digital multimeter)(untuk yang baru dan lebih akurat hasil pengukurannya), dan multimeter analog. Masing-masing kategori dapat mengukur listrik AC, maupun listrik DC. 3. Tachometer Salah satu variabel yang diperlukan adalah putaran poros Rpm. Untuk mengukur putaran tersebut digunakan tachometer.
Gambar 5 Tachometer Tachometer adalah sebuah instrumen atau alat yang mampu untuk mengukur kecepatan putaran
- 16 -
dari poros engkol atau piringan, seperti yang terdapat pada sebuah motor atau mesin lainnya. Alat ini biasanya menampilkan revolutions per minute (RPM) pada sebuah pengukur skala analog, namun yang versi tampilan digital juga sudah semakin populer. Proses Pengujian Dan Analisa Pengujian ini dilakukan dengan berbagai tahap dari mulai proses persiapan pengujian, sampai dengan proses akhir yaitu pengujian kemampuan alat tersebut dalam menyerap tenaga matahari yang menggunakan sell surya itu sendiri. Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam melakukan proses pengujian, diantaranya : Mempersiapkan panel surya. Pada tahapan ini panel surya diletakkan dibawah sinar matahari agar dapat menyerap panas matahari lalu di alirkan ke aki. Maka di dapatkan hasil pengujian pengisian aki dari panel surya tersebut. Tabel 3 Data hasil pengujian arus rata-rata
Tabel 3 menunjukkan data hasil pengujian rata-rata yang masuk dari solar cell ke aki. Jam pengukuran untuk pengambilan data dimulai dari pukul 06.00 – 18.00 WIB atau selama 12 jam. Dipilih
waktu tersebut dari matahari mulai terbit sampai terbenam. Arus rata-rata yang didapat berkisan antara 0.22 – 0.52 A. Arus rata-rata yang paling rendah didapatkan pada hari ke 4 karena pada hari itu cuaca mendung pada saat jam 13.00 – 14.00 sedangkan arus rata-rata yang paling tinggi pada hari ke 2 karena cuaca sangat cerah.
Gambar 6 Grafik data hasil pengujian arus Dari gambar 6 garfik data hasil pengujian arus yang masuk dari solar cell ke aki dapat diketahui bahwa arus rata-rata yang didapat dari hari ke 1 sampai dengan hari ke 7 berbeda tergantung cuaca saat itu. Tabel 4 Data hasil pengujian tegangan rata-rata
Tabel 4 menunjukkan data hasil pengujian tegangan rata-rata yang masuk dari solar cell ke aki. Tegangan rata-rata yang didapatkan
- 17 -
dari hasil pengujian dimulai dari hari ke 1 sebesar 9.63 Volt sampai dengan hari ke 7 sebesar 14.32 Volt, kenaikkan tegangan dari hari ke 1 sampai dengan hari ke 7, ditunjukkan oleh grafik pada gambar 7
Gambar 7 Grafik data hasil
Perhitungan suplai daya dari solar cell ke aki ditunjukkan pada tabel 4 suplai daya pada jam 07.00 sebesar 2.33 watt dan pada jam 18.00 sebesar 0.98 watt. Daya tertinggi 6.30 watt pada saat jam 12.00 WIB dimana sinar matahari tepat pada posisi tegak lurus mengenai solar cell. Suplai daya terendah pada jan 18.00 WIB saat matahari terbenam pada kemiringan mendekati 180º. Tabel 6 Data hasil pengujian suplai daya rata – rata
pengujian tegangan rata – rata. Dari gambar 7 grafik data hasil pengujian tegangan rata-rata yang masuk dari solar cell aki ke aki. Pada hari ke 7 menunjukkan suplai tegangan pada aki telah penuh saat jam 15 WIB. Tabel 5 Data hasil pengujian suplai daya dari solar cell ke aki pada hari pertama
Tabel 6 menunjukkan data hasil pengujian suplai daya rata-rata yang masuk dengan solar cell ke aki. Daya rata-rata rendah pada hari ke 4 sebesar 2.56 watt dan tertinggi pada hari ke 7 sebesar 4.74 watt.
- 18 -
Gambar 8 Grafik hasil pengujian suplai daya rata – rata Dari gambar 8 menunjukkan grafik hasi pengujian suplai daya ratarata dari solar cell ke aki, dimulai hari ke 1 sampai dengan hari ke 7. Daya rata-rata paling rendah didapatkan pada hari ke 4 yang dipengaruhi adanya arus yang masuk dari solar cell ke aki sebesar 0.11 A ( lampiran ) dan daya tertinggi didapat pada hari ke 7. Perbedaan suplai daya setiap hari tersebut dipengaruhi adanya perbedaan arus yang masuk dari solar cell ke aki.
Gambar 9 Aerator Dengan Solar Cell Analisa Pengujian Alat Aerator 1. Untuk pengisian aki hingga penuh memerlukan waktu selama 7 hari (cuaca tidak menentu), dengan kapasitas solar cell 10 WP (watt / peak). 2. Kedalaman sudu dari permukaan air sekitar 4 cm sehingga sudu dapat berputar dengan baik.
3. Sudu yang dipasang stabil akan mempengaruhi hasil percikan air dan oksigen yang di dapat. 4. Putaran sudu 75.5 Rpm ( sebelum di air ), 65.5 Rpm ( setelah di air ) Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari pembuatan dan perakitan alat Aerator ini adalah : 1. Besarnya intensitas radiasi matahari dipengaruhi oleh cuaca cerah atau tidak ada awan/bayangan yang menghalangi cahaya langsung matahari yang sampai kepermukaan bumi. Intensitas radiasi matahari akan mempengaruhi parameterparameter lain yaitu energi, daya dan efisiensi. 2. Solar cell memanfaatkan cahaya langsung dari matahari yang dirubah menjadi energi listrik. Apabila dalam keadaan digunakan, salah satu cell ditutup maka daya akan turun. 3. Arus rata-rata paling rendah sebesar 0.22 A pada saat cuaca mendung dan paling tinggi sebesar 0.52 A pada saat cuaca cerah, sehingga cuaca sangat mempengaruhi perbedaan hasil pengujian. 4. Tegangan rata-rata yang didapat sampai aki penuh sebesar 14.32 v . 5. Suplai daya paling rendah sebesar 2.56 watt dan paling tinggi sebesar 4.74 watt hal ini disebabkan karena adanya perbedaan cuaca pada saat pengujian. Saran
- 19 -
Saran yang mungkin harus dilakukan dalam pembuatan dan perakitan pada alat Aerator ini adalah : 1. Alat aerator ini menggunakan solar cell sebagai sumber energi dapat dipergunakan bagi petambak udang didaerah yang kekurangan pasokan listrik. 2. Penambahan daya agar aerator dapat bekerja maksimal memerlukan penambahan panel surya dengan menyesuaikan peralatan control box dan aki. DAFTAR PERPUSTAKAAN 1. Khurmi, R.S. and J.K Gupta., Text Book on Machine Design, Euresia Publishing House, New Delhi. 2. James M. Gere, Timoshenko. Stephen P., Mekanika Bahan, Edisi kedua versi SI., Alih bahasa Hans J. Wospakrik, Institut Teknologi Bandung, Penerbit Erlangga, 1996. 3. Sularso, Kiyokatsu Suga., Elemen Mesin Jilid 3, PT. Pradya Paramita, Jakarta, 1997. 4. C.S. Desai Sri Jatno Wirjosoedirjo., Dasar-dasar Metode Elemen Hingga, Erlangga, Jakarta, 1996. 5. http://www.efunda.com/materials/ allys/carbon_steels/show_carbon 6. www.pdf-searchengine.com/teori-motorlistrikpdf.html 7. http://www.panelsurya.com/index .php/solar-cells-panelguidehttp://images.google.com/im gres?imgurl=http://4.bp.blogspot. com
- 20 -
