RANCANG BANGUN SISTEM BALLAST PADA ROV (REMOTELY UNDERWATER VEHICLE) Yanuar chandra*, Didik Setyo Purnomo**, Endah Suryawati N,** *Mahasiswa **Dosen Pembimbing Jurusan Teknik Mekatronika – Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya Kampus PENS – ITS, Keputih, Sukolilo, Surabaya Telp : +62+031+5947280, Fax +62+031+5946011 ABSTRAK Robot bawah air memiliki suatu sistem agar robot dapat tenggelam atau mengapung di dalam air. Sistem tersebut di adaptasi dari sistem kapal tongkang, dimana kapal masih dapat mengapung meskipun diberi muatan yang cukup banyak. Sistem yang di adaptasi dari kapal tongkang yaitu sistem ballast. Sistem ballast merupakan suatu sistem untuk memanipulasi berat benda di dalam air. Sebagai salah satu aplikasi robot penjelajah, pada tugas akhir ini dibuatlah perangkat mekanik pergerakan robot dalam menyelam dan mengapung di dalam air dengan judul.“RANCANG BANGUN SISTEM BALLAST PADA ROV”. Sistem ballast yang dikembangkan dalam proyek akhir dikontrol dengan penghantar kabel sehingga masukan yang diterima oleh mikrokontroler. Robot bawah air dapat menyelam di dalam air sesuai kedalaman yang diinginkan dan mengapung ke kondisi awal dengan menggunakan sistem ballast. Maka dirancang lah sebuah sistem ballast dengan menggunakan sistem pompa air dengan besar volume ROV sebesar 14,31 dm3 dan besar volume tangki ballast 51 dm3. Sistem ballast ini mampu membuat ROV dapat tenggelam dan mengapung dengan cepat dan efisien dan dapat tenggelam pada kedalaman mencapai 50 cm dengan waktu menyelam dan mengapung sebesar 5 m/s2. Kata kunci : ROV, ballast, remote kontrol, mikrokontroler
1. PENDAHULUAN 1.1.
LATAR BELAKANG
Dewasa ini teknologi wahana bawah air tanpa awak (underwater vehicle) semakin banyak dikembangkan. Pada umumnya sistem wahana tersebut dibedakan menjadi Autonomous Underwater Vehicles (AUV) dan Remoted operated underwater vehicles (ROV). AUV dapat bergerak secara otomatis yang biasanya beroperasi di permukaan air dan dapat menyelam tetapi tidak terlalu dalam. Sedangkan ROV biasanya beroperasi di laut dalam yang dikontrol dari kapal dengan menggunakan theter. Kedua wahana tersebut secara luas sudah banyak diaplikasikan baik untuk melakukan suatu misi/kegiatan dibawah laut, surveilance, maupun untuk sistem pertahanan dan keamanan. Gambar 1.1 merupakan contoh wahana bawah air tanpa awak.
Gambar 1.1: Contoh wahana bawah air tanpa awak [1] Pada umumnya wahana bawah air harus memiliki beberapa fitur antara lain sumber tegangan, sistem propulsion ( penggerak wahana bawah air tanpa awak secara vertikal), sistem kontrol, sistem navigasi, sensor, dan sistem yang berfungsi sebagai penggerak wahana bawah air tanpa awak secara horisontal. Fitur fitur tersebut umumnya dimiliki oleh sistem wahana bawah air tanpa awak salah satunya ROV. Gambar 1.2 menunjukkan fitur yang terdapat pada wahana bawah air tanpa awak
1
- Alat ini berkerja pada sumbu y. - Pengujian ROV ini dilakukan pada kolam renang yang memiliki kedalaman tertentu.
1.4. Tujuan dan manfaat Tujuan utama dari proyek akhir ini adalah untuk membuat suatu sistem ballast yang berfungsi mempertahankan posisi kedalaman menyelam pada wahana bawah air tanpa awak yang mampu tenggelam dan mengapung dengan cepat dan juga dengan biaya pembuatannya murah tetapi memiliki kualitas yang baik. Tujuan ini akan terealisasikan apabila dalam perancangan dilakukan secara integral terhadap beberapa aspek antara lain aspek mekanik yang berhubungan dengan design dari tabung tersebut dan aspek elektronik yang mencakup permasalahan kontrol dan kemudi. Manfaat yang akan didapatkan dengan adanya pengembangan lebih lanjut dari teknologi ini dapt dilihat dari berbagai sisi diantaranya: 1. Bagi para peneliti - Alat ini dapat digunakan sebagai suatu kesatuan dari robot bawah air sendiri yang nantinya dapat digunakan untuk meneliti kondisi bawah laut misal: • Sebagi sarana eksplorasi bawah laut yang mencapai kedalam puluhan kilometer 2. Bagi masyarakat - Sebagai sarana untuk melihat pemandangan bawah laut dengan kedalaman tertentu. - Dapat menjadi bagian dari ROV untuk melihat objek bawah laut tanpa menyelam kedasar laut. 3. Untuk kepentingan militer Sebagai kesatuan bagian dari ROV dapat digunakan sebagai salah satu peralatan pengganti kapal perang yang mampu mengawasi perbatasan Negara.
Gambar 1.2: Contoh fitur yang terdapat pada wahana bawah air tanpa awak [3] Pada proyek akhir ini akan dibuat suatu sistem ballast yang dapat menggerakkan ROV bergerak naik dan turun dengan cepat sehingga dapat mempercepat proses naik dan turunnya ROV tersebut
1.2. Perumusan masalah Sistem ballast yang dikembangkan ini merupakan sistem yang terdapat pada remotely underwater vehicle yang dikendalikan oleh operator yang berada di daratan. Dengan berbagai kebutuhan dasar yang harus dipenuhi dalam pengembangannya, maka beberapa aspek ruangan yang dibutuhkan, peralatan instrumentasi dan pendukung pada sistem ballast ini untuk dapat mempermudah wahana bawah air tanpa awak tersebut tenggelam dengan cepat dan mampu mempertahankan posisi dan mengapung dengan cepat. Maka dari pada itu diperlukan suatu sistem desain yang mendukung dalam hal tata letak, instrumen mekanik maupun elektronik bekerja dengan aman. Dari permasalahan ini dapat dijelaskan beberapa tahapan permasalahan yang harus diselesaikan dalam proyek akir ini adalah : - Bagaimana sistem ballast ini dapat bekerja dengan baik tenggelam dan dan mengapung
1.5. Metodologi
1.3. Batasan masalah
Metodologi yang akan digunakan dalam proyek akhir ini adalah merencanakan, merancang dan membuat sistem sebuah sistem ballast dari sebuah ROV seperti yang terdapat pada gambar 1.3 dibawah ini.
Agar proyek akhir ini bisa berjalan dengan lancar, menghemat biaya yang dikeluarkan, dan agar tidak melebar dari judul yang telah dibuat, perlu adanya batasan masalah. Batasan masalah yang dimaksudkan diantaranya: - Pengujian alat diilustrasikan dilakukan pada kolam dan air yang tenang.
2
Menjelaskan dan membahas tentang perencanaan dan pembuatan ROV Mulai
Peninjauan literature permodelan desain
Bab IV : Hasil dan pembahasan Membahas pengujian sistem komunikasi yaitu sistem kerja perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software).
Peninjauan literatur sistem ballast
Bab V : Penutup Berisi kesimpulan dari keseluruhan pengerjaan proyek akhir dan saran-saran untuk memperbaiki kelemahan sistem dari robot yang telah dibuat demi pengembangan dan penyempurnaan di waktu mendatang.
Permodelan desain ROV Permodelan desain sistem ballast ROV
Daftar pustaka Pada bab ini ber isi referensi yang digunakan dalam proyek akhir ini
Perancangan desain ballast ROV
Perancanga n desain bodi ROV
TEORI PENUNJANG simulasi
simulasi
Definisikan ROV (Remotely Operated Vehicle) menurut Marine Technology Society ROV Committee’s dalam “Operational Guidelines for ROVs” (1984) dan The National Research Council Committee’s dalam “Undersea Vehicles and National Needs” (1996) adalah pada dasarnya sebuah robot bawah laut yang dikendalikan oleh operator ROV, untuk tetap dalam kondisi yang aman, pada saat ROV bekerja di lingkungan yang berbahaya.
Penggabungan dan percobaan alat
Perancang an desain ROV
Pada penggunaan RUV tidak berdiri sendiri, tetapi sudah dilengkapi dengan berbagai instrumen yang benar-benar bermanfaat bagi RUV nya. Untuk sistem kendali pada RUV dapat menggunakan kabel ataupun tanpa kabel/remote control . Beberapa penelitian yang mengaplikasikan kendali tanpa kabel (remote control) pada RUV yang dibuat, seperti Robison dan Keary (2000).
Selesai
Gambar 1.3: Metode pelaksanaan program
1.6. Sistematika penulisan Sistematika pembahasan dalam penyusunn laporan Proyek akhir ini adalah sebagai berikut: Bab I
Untuk sistem navigasi RUV juga dapat dikendalikan dengan navigasi yang baik dan handal seperti pada RUV ini di dukung dengan kamera yang mempunyai fungsi untuk navigasi. Beberapa peneliti telah mengaplikasikan kamera pada robot buatannya seperti Williams et al. (2006).
:Pendahuluan Berisi latar belakang pembuatan, tujuan, batasan masalah yang dikerjakan dan sistematika pembahasan
2.1 HUKUM ARCHIMEDES Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya. Sebuah benda yang tenggelam seluruhnya atau sebagian dalam suatu fluida akan mendapatkan
Bab II :Teori penunjang Menjelaskan mengenai teori-teori panunjang yang akan dijadikan landasan dan rujukan perhitungan dalam mengerjakan proyeka akhir ini. Bab III : Perencanaan dan pembuatan
3
gaya angkat ke atas yang sama besar dengan berat fluida fluida yang dipindahkan. Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan :
dua gaya, yaitu gaya gravitasi atau gaya berat (W) dan gaya ke atas (Fa) dari zat cair itu. Dalam hal ini ada tiga peristiwa yang berkaitan dengan besarnya kedua gaya tersebut yaitu seperti berikut.
Fa = ρ v g
• Tenggelam (2.1)
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan tenggelam jika berat benda (w) lebih besar dari gaya ke atas (Fa).
Keterangan : Fa = gaya ke atas (N)
w > Fa
V = volume benda yang tercelup (m3)
(2.2)
ρ = massa jenis zat cair (kg/m3)
ρb X Vb X g > ρa X Va X g (2.3)
g = percepatan gravitasi (N/kg)
ρb > ρa
Gambar berikut ini gaya yang terjadi pada wahana bawah air tanpa awak
(2.4) Volume bagian benda yang tenggelam bergantung dari rapat massa zat cair (ρ)
Gambar 2.1: Buoyancy[5] Gambar 2.2: Berat benda > Gaya apung
Hukum ini juga bukan suatu hukum fundamental karena dapat diturunkan dari hukum newton juga.
• Melayang
• Bila gaya archimedes sama dengan gaya berat
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan melayang jika berat benda (w)sama dengan gaya ke atas (Fa) atu benda tersebut tersebut dalam keadaan setimbang
W maka resultan gaya =0 dan benda melayang .
• Bila FA>W maka benda akan terdorong keatas akan melayang
w = Fa
• Bila FA<W maka benda akan terdorong
(2.5)
kebawah dan tenggelam
ρb X Vb X g = ρa X Va X g (2.6)
Jika massa jenis fluida lebih kecil daripada massa jenis balok maka agar balok berada dalam keadaan seimbang,volume zat cair yang dipindahkan harus lebih kecil dari pada volume balok.Artinya tidak seluruhnya berada terendam dalam cairan dengan perkataan lain benda mengapung. Agar benda melayang maka volume zat cair yang dipindahkan harus sama dengan volume balok dan rapat massa cairan sama dengan rapat rapat massa benda.
ρb = ρa (2.7)
Jika rapat massa benda lebih besar daripada rapat massa fluida, maka benda akan mengalami gaya total ke bawah yang tidak sama dengan nol. Artinya benda akan jatuh tenggelam.
Gambar 2.3: Berat benda = Gaya apung
Berdasarkan Hukum Archimedes, sebuah benda yang tercelup ke dalam zat cair akan mengalami
• Terapung
4
Sebuah benda yang dicelupkan ke dalam zat cair akan terapung jika berat benda (w) lebih kecil dari gaya ke atas (Fa). w < Fa (2.8) ρb X Vb X g < ρa X Va X g (2.9) ρb < ρa (2.10) Gambar 2.5: Gerak vertikal bouyancy [4] Daya apung (bouyancy) ada 3 macam, yaitu :
1. Daya apung positif (positive bouyancy) : bila suatu benda mengapung.
2. Daya apung negatif (negative bouyancy) : bila suatu benda tenggelam.
3. Daya apung netral (neutral bouyancy) : bila benda dapat melayang..
Gambar 2.4: Berat benda < Gaya apung
Setiap objek pada kedalaman tertentu akan memiliki tekanan yang berbeda. Perbedaan tekanan menyebabkan terjadinya daya apung ke atas.Besarnya nilai dari gaya apung keatas dapat deketahui dengan persamaan di bawah ini:
Selisih antara W dan FA disebut gaya naik (Fn). Fn = FA – W (2.11) Benda terapung tentunya setimbang, sehingga berlaku :
dalam
keadaan
B = -ρfVdispg (2.16)
FA’ = W (2.12)
FA’ = Gaya ke atas yang dialami oleh bagian benda yang tercelup di dalam zat cair.
Dimana ρf adalah densitas dari fluida, Vdisp adalah volume benda yang tercelup air, dan g adalah percepatan gravitasi di lokasi tersebut. Dengan kata lain "gaya apung" pada benda yang berada didalam air akan memiliki gaya tekan ketas berlawanan dengan arah gravitasi bumi sehingga didapatkan persamaan dibawah ini
Vb1 = Volume benda yang berada dipermukaan zat cair.
B = ρfVg (2.17)
Vb2 = cair.
Gaya total pada benda harus nol seperti prinsip Archimedes berlaku, dan dengan demikian jumlah gaya apung dan berat benda
rc . Vb2 . g = rb . Vb . g (2.13)
Volume benda yang tercelup di dalam zat
Vb = Vb1 + Vb 2 (2.14)
F = 0 = mg - ρfVg (2.18)
FA’ = rc . Vb2 . g (2.15)
Jika daya apung dari suatu obyek (tak terkendali dan unpowered) melebihi berat, ia cenderung naik. Sebuah objek yang beratnya melebihi berat apung ini cenderung tenggelam. Perhitungan gaya ke atas pada objek terendam selama periode percepatan tidak dapat dilakukan oleh prinsip Archimedes sendiri, maka perlu mempertimbangkan dinamika objek yang melibatkan daya apung. Setelah itu
Berat (massa) benda terapung = berat (massa) zat cair yang dipindahkan Gambar 2.5 gaya yang terjadi pada benda di air
5
benda sepenuhnya tenggelam ke dalam cairan atau naik ke permukaan dan mengendap, prinsip Archimedes dapat diterapkan sendiri. Untuk objek mengambang, dengan hanya menggantikan volume terendam air.
2.2 SISTEM BALLAST Pada dasarnya, ada dua cara untuk menenggelamkan kapal selam yaitu dengan cara menyelam secara dinamis dan statis. Banyak model kapal selam menggunakan metode statis dan dinamis saat menyelam pada umumnya digunakan oleh semua kapal selam militer. Sistem dinamis adalah sistem dengan metode penyelaman dinamis dimana kapal selam menggunakan sirip atau biasa disebut dengan hidroplane dan dibantu dengan kecepatan dari kapal selam tersebut untuk membantu pergerakan kapal selam tersebut agar dapat menyelam dan mengapung di air. Sedangkan untuk kapal selam statis yaitu memiliki proses penyelaman dengan cara mengubah berat kapal selam tersebut misalnya dengan cara mengisi tangki ballast yang bertujuan untuk melakukan pergerakan penyelaman dan untuk melakukan pergerakan mengapung dilakukan dengan memompa air dari tangki ballast keluar dari ROV. Dalam proyek akhir ini akan dibuat sebuah sistem ballast yang merupakan bagian dari model kapal selam dengan model penyelaman secara statis. Berikut ini adalah contoh gambar proses penyelaman secara dinamik
Agar prinsip Archimedes digunakan , objek tersebut harus berada dalam keseimbangan oleh karena itu;
mg = ρfVg
(2.19)
maka
m = ρfV
(2.20)
Menunjukkan bahwa kedalaman dimana objek mengambang akan tenggelam, dan volume cairan akan menggantikan, dan tidak bergantung pada medan gravitasi terlepas dari lokasi geografis. Hal ini dapat terjadi bahwa tidak hanya sekedar gaya apung dan gravitasi ikut bermain. Hal ini terjadi jika benda tersebut tertahan atau tenggelam . Sebuah objek yang cenderung untuk mengapung membutuhkan T menahan ketegangan memaksa agar tetap sepenuhnya terendam. Sebuah objek yang cenderung tenggelam pada akhirnya akan memiliki gaya normal dari kendala N diberikan atasnya oleh lantai yang solid. Gaya kendala dapat ketegangan dalam skala musim semi mengukur berat di fluida, dan adalah bagaimana berat semu didefinisikan. Jika objek dinyatakan akan mengapung, ketegangan untuk mengendalikan sepenuhnya terendam adalah:
T = ρfVg – mg
Gambar 2.7 : Menyelam secara dinamik [4] Berikut ini adalah contoh gambar proses penyelaman secara static dengan menggunakan salah satu model sistem ballast yaitu dengan sistem piston
(2.21)
sehingga didapatkan gaya normal :
N = mg- ρfV
(2.22)
'Buoyancy gaya = berat benda dalam ruang kosong - berat benda tenggelam dalam fluida' Gambar 2.6 gaya yang terjadi pada benda di air Gambar 2.8 : Menyelam secara static dengan bantuan sistem ballast [4] Bouyancy adalah suatu faktor yang sangat penting di dalam penyelaman. Selama melakukan pergerakan dalam air dengan scuba, penyelam harus dapat mempertahankan posisi neutral atau dalam keadaan mengapung "Buoyancy Positif" terjadi apabila berat kapal lebih kecil dari gaya apung sehinggadapat menyebabkan kapal selam naik ke permukaan. Pada keaadaan "buoyancy
Gambar 2.6: Gaya yang terjadi pada benda di air [3]
6
Negatif" terjadi apabila berat kapal selam lebih besar dari gaya apung dan menyebabkan kapal selam tenggelam. "buoyancy Netral" mengacu pada kondisi di mana berat kapal selam sama p dengan gaya apung, sehingga menglami pergerakan melayang.pada posisi kapal selam dalam keadaan yan disebut dengan "daya apung netral" yaitu dimana posisi yang sangat sulit untuk didapatkan yaitu posisi dimana kapal selam saat istirahat akan naik ke permukaan atau tenggelam ke bawah.Buoyancy pada kapal selam dapat bisa diubah dengan membiarkan air ke dalam tangki ballast utama Main Ballast Tank (MBT). MBT dapat ditentukan dalam tiga cara berbeda: (a) di dalam lambung tekanan, (b) di luar hull tekanan sebagai tank tambahan, dan (c) di antara lambung luar dan tekanan lambung.. Kelemahan memiliki MBT tekanan di dalam lambung jelas: tidak memakan ruang yang lain bisa digunakan untuk peralatan, senjata, atau personil. Susunan MBT sering digunakan dan kapal selam lainnya. . Kebanyakan kapal selam militer modern menggunakan ruang yang di-antara hull tekanan dalam dan luar lambung sebagai MBT. Gambar 2.9 dibawah ini adalah penempatan posisi hull pada ROV
Proses ini terjadi pada permukaan kapal selam, air dalam MBT adalah dikeluarkan oleh udara bertekanan. Ketika kapal selam ini tenggelam, air dipaksa keluar dengan menggunakan udara bertekanan tinggi untuk mengatasi yang diakibatkan oleh tekanan air. Setelah kapal sudah dekat permukaan, yang bertiup dari hasil yang MBT dengan tekanan udara rendah. Setelah di permukaan, perahu menutup dan kemudian membuka lubang utama kemudian katup menyamakan tekanan udara di MBT dengan atmosfer. Prinsip kerja sistem ballast ini adalah mengalirkan udara bebas kedalam tabung melalui saluran udara dan dimana udara tadi terperangkap tidak dapat keluar yang nantinya tabung tersebut dipenuhi oleh udara bertekanan tinggi yang menyebabkan posisi wahana bawah air tanpa awak akan tenggelam. Dan untuk mengembalikan posisi wahana bawah air atau bergerak keatas mendekati permukaan udara dalam tabung tersebut dikeluarkan melalui saluran pipa keluaran udara ke tabung yang berukuran lebih besar ini dimaksudkan agar udara mampu mengangkat wahana bawah air ke permukaan. Sistem ini sesuai dengan hukum Archimedes yang menyatakan bahwa udara akan mengalir dari tempat yang bertekanan tinggi menuju ketempat yang bertekanan rendah. 2.3
Mikrokontroler AVR Atmega 16
Mikrokontroler adalah suatu piranti yang digunakan untuk mengolah data-data biner (digital) yang didalamnya merupakan gabungan dari rangkaian-rangkaian elektronik yng dikemas dalam bentuk suatu chip (IC). Pada umumnya mikrokontroler tediri dari bagian-bagian sebagai berikut: Alamat (address), Data, Pengendali, Memori (RAM atu ROM), dan bagian inputOutput. AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set 16 Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register generalpurpose, timer/counter fleksibel dengan Mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATmega16 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan.
Gambar 2.9: Penempatan posisi hull pada ROV.[5] Gambar 2.10 dibawah ini adalah gambar gerak dari sistem ballast pada kapal selam
Gambar 2.10: Flooding dan Blowing dari sistem ballast [4].
7
Gambar 2.11 merupakan gambar dari blok diagram arsitektur Atmega16.
Pada motor arus searah medan magnet akan dihasilkan oleh medan dengan kerapatan fluks sebesar B. bila kumparan jangkar yang dilingkupi medan magnet dari kumparan medan dialiri arus sebesar I, maka akan menghasilkan suatu gaya F dengan besarnya gaya tersebut adalah: F = B I L dyne (2.25) Dimana :
Gambar 2.11: Blok Diagram Arsitektur ATmega16 [5]
B = kepadatan fluks magnet (Gauss) L = penghantar (cm)
2.4 Teori Motor DC
I = arus listrik yang mengalir (Ampere)
Motor DC pada saat ini digunakan pada industri yang memerlukan gerakan dengan kepresisisan yang tinggi untuk pengaturan kecepatan pada torsi yang konstan.
Persamaan di atas merupakan prinsip sebuah motor searah, dimana terjadi proses perubahan energi listrik (I) menjadi energi mekanik (F), bila motor DC memiliki jari-jari sepanjang r, maka kopel yang dibangkitkan adalah :
Gambar 2.13 merupakan gambar motor DC.
T=F.r=BIL.r (2.26) 2.4.1 Bagian diam/tetap (stasioner) Stator ini menghasilkan medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektromagnetik) atau magnet permanen. Bagian stator terdiri dari bodi motor yang memiliki magnet yang melekat padanya. Untuk motor kecil, magnet tersebut adalah magnet permanen sedangkan untuk motor besar menggunakan elektromagnetik. Kumparan yang dililitkan pada lempeng-lempeng magnet disebut kumparan medan.
Gambar 2.13: Motor DC [5] Motor DC berfungsi mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanis dimana gerak tersebut berupa putaran dari motor. Prinsip dasar dari motor arus searah adalah kalau sebuah kawat berarus diletakkan antara kutub magnet (U-S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakan kawat itu. Arah gerakan kawat dapat ditentukan dengan mengguankan kaidah tangan kiri, yang berbunyi sebagai berikut :”Apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub U dan S, sehingga garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan arus di dalam kawat mengalir. Searah dengan arah keempat jari, maka kawat itu akan mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari”. Prinsip kerja motor DC dapat dilihat pada Gambar 2.14.
Gambar 2.15 di bawah merupakan stator dari sebuah motor :
Gambar 2.15: Stator Motor DC [5] 2.4.2 Bagian berputar (rotor). Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir.Suatu kumparan motor akan berfungsi apabila mempunyai Kumparan medan,berfungsi sebagai pengahsil medan magnet.Kumparan jangkar, berfungsi sebagai pengimbas GGL pada konduktor yang terletak pada laur-alur jangkar.Celah udara yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan magnet.
Gambar 2.14: Prinsip kerja motor DC [5]
8
Gambar 2.16 berikut merupakan gambar dari rotor motor DC
Sedangkan menurut kontruksinya terdapat tiga jenis motor DC, yaitu : 1.
Motor DC shunt memiliki kumparan medan yang dihubungkan secara paralel dengan kumparan jangkar. Kondisi ini akan banyak menghasilkan kecepatan yang konstan. Pengaturan kecepatan dapat dilakukan dengan pengaturan tegangan secara stabil dengan torsi yang hanya tergantung pada besarnya arus jangkar dan pengaturan tahanan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar, tetapi cara ini kurang baik sebab rugi-rugi daya pada r akan tergantung pada kecepatan dan torsi beban.
Gambar 2.16: Rotor Motor DC [5] 2.4.3 Torsi Torsi adalah putaran dari suatu gaya terhadap suatu poros. Hal ini dapat di ukur dengan hasil kali gaya itu dengan jari-jari lingkaran, di mana gaya itu bekerja. Pada suatu pulley dengan jari-jari r meter bekerja suatu gaya F Newton yang menyebabkan pulley berputar dengan kecepatan n putaran per detik.
2.
Motor DC Seri Motor DC seri mempunyai medan penguat yang dihubungkan seri dengan medan jangkar. Arus jangkar lebih besar daripada arus jangkar pada motor jenis shunt dan jumlah kumparan N, lebih sedikit. Tahanan pada motor DC seri lebih kecil karena tahanan itu sendiri merupakan bagian dari jumlah lilitan yang sedikit. Kecepatan motor dapat diatur melalui pengaturan catu.
Torsi (T) = F x r Newton meter (N-m) (2.27) Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada suatu putaran adalah : Usaha = gaya x jarak = F x 2pr (2.28) Daya yang dibangkitkan adalah : 3.
Daya = Usaha x n (2.29)
Motor Kompond Motor ini merupakan gabungan dari sifatsifat dari motor DC shunt dan motor DC seri, tergantung mana yang lebih kuat lilitannya,umumnya motor jenis ini memiliki momen start yang lebih besar seperti motor DC seri. Perubahan kecepatan sekitar 25% terhadap kecepatan tanpa beban. Motor ini dibagi menjadi 2 jenis yaitu motor kompond panjang dan motor kompond pendek
2.4.4 Jenis-Jenis Motor DC Berdasarkan sumber arus penguatan magnet, motor DC dapat dibedakan atas : 1.
Motor DC Shunt
Motor Penguat Permanen.
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
2. Motor DC penguatan terpisah, bila arus
3.1.
penguatan magnet diperoleh dari sumber DC diluar motor. Motor DC penguat terpisah memiliki kumparan jangkar dan kumparan medan yang di catu dari sumber yang berbeda. Pengaturan kecepatan dilakukan melalui pengaturan tegangan pada kumparan jangkar.
Instrument mekanik
Pada sub bab instrument mekanik ini akan dibagi menjadi beberapa bagian pembahasan yaitu:
1. Desain ROV Desain dari ROV yang dibuat berdasarkan dari referernsi yang telah didapatkan sehingga menjadi acuan untuk mendisain ROV.
3. Motor DC dengan penguatan sendiri, bila arus penguatan magnet berasal dari motor itu sendiri.
2. Pembuatan ROV
9
Proses pembuatan ROV yang akan dijelaskan yaitu bagamana pembuatan ROV mulai dari bahan mentah sehingga menjadi ROV.
Dalam pembuatan ROV ini digunakan suatu bahan yang disebut dengan fibreglas mengapa fiberglass ini digunakan sebagai bahan dari pembuatan ROV ini yaitu fiberglass sendiri memiliki keunggulan , diantaranya berat yang lebih ringan, memiliki kekuatan yang sangat tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah. Kekuatan tarik dari fibreglass lebih tinggi daripada semua paduan logam. Berikut ini adalah beberapa bahan yang diperlukan untuk membuat fiberglass terlihat pada gambar 3.4 dibawah ini
3. Desain dan Pembuatan ballast Desain dan pembuatan ROV yang telah dibuat dan dijelaskan tentang desain dari sistem ballast yang dibuat dengan sistem kerja dari sistem balast tersebut berserta bahan yag digunakan. 3.1.1 Desain ROV Pada pembuatan desain ROV ini di buat berdasarkan referensi yang didapatkan pada permodelan ROV dan AUV sendiri yaitu umumnya berbentuk silindris. terlihat dari beberapa referensi bahwa umumnya beberapa desain dari ROV berbentuk silindris yang memungkinkan dapat melakukan pergerakan manuvering dengan mudah dari data dari beberapa sumber tersebut dbutalah desain bentuk auto cad Gambar 3.1 berikut ini merupakan Desain autocad ROV yang akan di bangun
Gambar 3.4: Bahan bahan fiberglass
Setelah memalui proses pembuatan dengan menggunakan fiberglass didapatkan hasil desain body ROV ini terlihat pada gambar 3.5 dibawah ini:
Gambar 3.1: Desain ROV Gambar 3.2 berikut ini merupakan Desain autocad ROV yang akan di bangun dalam bentuk solid
Gambar 3.5: Realisasi ROV 3.1.3 Desain dan Pembuatan sistem ballast Gambar 3.2: Desain ROV 3D
a) Desain dan pembuatan system ballast 1
Gambar 3.3 berikut ini merupakan Desain autocad ROV yang akan di bangun bentuk solid
Desain ballast ini didapatkan dari referensi yang didapatkan yaitu piston ballast tank, piston ballast tank dapat digambarkan pada gambar 3.6 sebagai berikut:
Gambar 3.3: Desain 2 ROV 3D Gambar 3.6: Piston ballast tank
3.1.2 Pembuatan ROV
10
Piston tangki ballast (Gambar 3.6) terdiri silinder dan piston yang dapat bergerak, seperti jarum suntik raksasa. Piston bisa dipindahkan dengan benang, cogwheel dan motor kecil. Akhir silinder luar langsung terhubung ke air sekitarnya. Dalam tangki ballast piston udara tidak hadir. Sama seperti tangki fleksibel tekanan di dalam perahu itu meningkat jika piston tangki diisi dengan air.. Karena stroke piston besar, jenis ini sebagian besar tangki ballast dipasang horizontal. Berikut ini adalah contoh bentuk realisasi dari bentuk piston ballast tank terlihat pada gambar 3.7 dibawah ini.
Pada desain ballast yang ke dua ini tetap sama menggunkan prinsip dari piston ballast ini. terdiri silinder dan piston yang dapat bergerak, seperti jarum suntik raksasa. Piston bisa dipindahkan dengan benang, cogwheel dan motor kecil. Akhir silinder luar langsung terhubung ke air sekitarnya. berikut ini merupakan Desain ballast 2 yang akan digunakan. Gambar 3.10 dibawah ini merupakan desain sistem ballast 2
Gambar 3.10: Desain ballast II Gambar 3.11 berikut ini merupakan bentuk realisasi dari sistem ballast 2
Gambar 3.7: Piston ballast tank
Dari beberapa literatur yang ada maka di buatlah desain berdasarkan literatur yang di dapatkan. Berikut ini merupakan desain sistemballast yang akan digunkan seperti yang terlihat pada gambar 3.8 desain ballast 1 dibawah ini
Gambar 3.11: Ballast II Desain ini menggunkan sistem yang hampir sama dengan syringe yaitu menggunakan piston dan tangki pvc. Sistem ini terdiri dari motor dc torsi, as ulir, piston, dan tabung berukurun 4 dim dengan panjang 50 cm
c) Desain dan pembuatan system ballast 3 Pada desain ballast yang ke dua ini tetap sama tp yang membedakan disini adalah fungsi dari ulir diganti dengan string gambar 3.12 berikut ini merupakan Desain ballast 2 yang akan digunakan.
Gambar 3.8: Desain ballast I
Sistem ballast ini terdiri dari 8 buah syringe dengan total volume 240 ml, as ulir, bolt, dan motor dc torsi berikut ini merupakan bentuk realisasi dari desain sistem ballast .gambar 3.9 dibawah ini merupakan gambar dari ballast 1
Gambar 3.12: Desain ballast III Desain ini merupakan desain yang akan digunakan sebagai sistem ballast pada ROV dikarenakan memiliki effisiensi yang baik dikarenakan tidak membutuhkan tempat yang besar karena digunakannya ulir dan lebih dapat mengdorong air kedalam tabung secara cepat. Sistem ini terdiri atas pipa PVC dengan ukuran 4 dim dan panjang 50 cm, sting dengan kekuatan 20lbs, motor dc torsi. Desain ini dapat bekerja untuk mempertahankan kedalam ROV tetapi sulit untuk memompa air pada sistem ballast setelah di letakkan pada ROV. Gambar 3.13 berikut ini merupakan bentuk realisasi dari sistem ballast 3
Gambar 3.9: Ballast I
b) Desain dan pembuatan system ballast 2 11
Sehingga
didapatkan
nilai
perhitungan
perhitungan yang mendukung dalam pembuatan ROV ini VOLUME ROV Volume tabung = 3,14*r2*h (3.1)
Gambar 3.13: Ballast III
d) Desain dan pembuatan system ballast 4
Volume bola = 4/3*3,14*r3 (3.2)
Pada pembuatan desain ballast yang ke 4 ini digunakan sistem yang berbeda dari sebelumnya sistem ini terdiri dari 2 buah pumpa submersible yang berfungsi sebagai pemompa air dan menguras air pada tangki ballast, kerja dari sistem ini adala pumpa akan memasukkan air dari luar untuk memenuhi tabung ballast yang bertujuan untuk menambah beban ROV untuk dapat tenggelam dan untuk dapat melayang atau mengapung tangki ballast yang terisi air yang ada didalam ROV akan dikosongkan dengan memopa air yang ada didalam untuk keluar. Berikut ini adalah contoh dari desain yang akan dibuat dapat dilihat pada gambar 3.14 dibawah ini.
Volume krucut = 1/3*3.14*r2*t (3.3) r = jari jari lingkaran (cm) h = tinggi (cm) t = tinggi (cm)
Vtot
=(volume tabung)+(½volume bola)+ (volume krucut)
Vtot =(3,14*r2*h)+(1/2*4/3*3,14*r3) (1/3*3.14*r2*t)
+
=(3,14*72*80)+(1/2*4/3*3,14*73)+(1/3*3, 14*7 *25) 2
=(12308.8)+(718)+(1282,2)=14309,3 cm3 =14,31 dm3
Gambar 3.14: Desain Ballast IV VOLUME BALLAST
Ini merupakan desain yang akan digunakan sebagai sistem ballast pada ROV dikarenakan memiliki effisiensi yang baik dikarenakan tidak membutuhkan tempat yang besar karena digunakannya ulir dan lebih dapat mengdorong air kedalam tabung secara cepat. Sistem ini terdiri atas pipa PVC dengan ukuran 4 dim dan panjang 50 cm, sting dengan kekuatan 20lbs, motor dc torsi. Desain ini dapat bekerja untuk mempertahankan kedalam ROV tetapi sulit untuk memompa air pada sistem ballast setelah di letakkan pada ROV. Gambar 3.15 berikut ini merupakan bentuk realisasi dari sistem ballast 4
vol total= (3,14*r2*h) (3.4) = (3,14 * 5,72*50)=5100,93 cm3 =5,1 dm3 Benda akan tenggelam: w > Fa ρb X Vb X g > ρa X Va X g
(3.5)
ρb > ρa
(3.6)
1431 kg/m3>1000kg/m3 Benda akan mengapung :
Gambar 3.15: Ballast IV
w = Fa
(3.7)
ρb X Vb X g = ρa X Va X g
(3.8)
ρb < ρa
12
(3.9)
920 kg/m3 < 1000 kg/m3
-
Perhitungan
Benda akan melayang:
-
y0=1/4*25=5,125 cm
w = Fa
(3.10)
ρb X Vb X g = ρa X Va X g
(3.11)
ρb = ρa
(3.12)
setengah bola
-
y0= 3/8R (3.18)
-
v=2/3*pi*r*R*R (3.19)
-
perhitungan
-
yo=2/3*10,8=7,2 cm
ρb = 1000 kg/m3 berat total- berat kosong-air yg diperlukan=Fa 1431kg/m3 - 610kg/m3 - x = 1000 kg/m3 508-x = 1000 x=1000 - 508
-
x=489 kg/m3
Titik berat benda
x=4,89 kg= 4,89 dm3 =
- y0 y1+y2+y3=45+5,125+7,2=57,325 cm
489 cm3
vol total (3.13)
= (3,14*r*r*h)
492
= (3,14*5,7*5,7*h)
492
= (102*h)
h
= 4,82 cm
Gambar 3.16 berikut ini merupakan gambar desain autocad berserta nilai ukuran dari ROV beserta nilai dan posisi dari titik tengah dari ROV.
LETAK TITIK BERAT ROV
Gambar 3.16: Titik tengah dari ROV
silinder pejal
-
y0= 1/2 *t (3.14)
-
V=pi*r2*t (3.15)
-
Perhitungan
-
y0= 1/2 * t
-
total=
Gambar 3.17 dibawah ini merupakan realisasi dari titik tengah pada ROV.
=1/2* 90=45 cm
Gambar 3.17: Realisasi titik tengah dari ROV
-
3.2 Instrument elektronik
kerucutpejal
-
y0=1/4*t (3.16)
-
V=(pi**r*r*t)/3 (3.17)
Kontroller dibangun berdasarkan sensor dan aktuator untuk mendukung pekerjaan metodologi dan tujuan proyek akhir. Sensor rotary encoder untuk mengontrol posisi dan kecepatan, accelerometer tiga sumbu (x, y, dan z) ditempatkan
13
pada titik tengah ROV untuk mengetahui posisi sudut kemiringan pada ROV. Gambar 3.18 dibawah ini merupaka desain darikontol elektronik yang digunakan.
Submersible pump yang digunakan terlihat pada gambar 3.22 dibawah ini.
Gambar 3.22: Submersible pump
Gambar 3.18: Desain kontrol elektronik Berikut adalah spesifikasi elektronik dari desain sistem ballast yang digunakan:
3.
Push button Untuk kontrol pada sistem ballast digunakan sistem kontrol seperti gambar 3.23 dibawah ini yang terhubung dengan kabel kemudian dihubungkan dengan rangkaian mikrokontoler ATMEGA
1. Minimum sistem mikrokontroler ATMega32
Gambar 3.21 dibawah ini menunjukkan Minimum sistem mikrokontroler AT mega yang digunakan disertai dengan rangkaian relay 12V yang berfungsi sebagai pengontrol dari pompa submersible yang digunakan.
Gambar 3.23: Push button
4.
Gambar 3.21: Minimum sistem mikrokontroler ATMega
2.
Valve 1 arah
Valve satu arah adalah bagian yang menutup aliran ke satu arah dan melewatkannya ke arah yang berlawanan. Sehingga air yang dialirkan tidak dapat kembali dan hanya dapat melewati 1 arah.gambar 3.24 dibawah ii menunjukkan valve 1 arah yang digunakan.
Submersible pump
Submersible pump ini berfungsi untuk memompa air dari luar kedalam tangki ballast dan juga digunakan sebagai untuk memompa air dari dalam tangki ballast, submersible pump ini ditujukan bekerja pada daerah dalam air dan tidak dapat bekerja di daratan.
Gambar 3.24: Valve 1 arah
14
5.
Hasil penggabungan dari valve 1 arah dengan pompa submersible untuk bagian keluar dari sistem ballast
Inverter dc to ac
PENGUJIAN DAN ANALISA Sebuah inverter adalah perangkat listrik yang mengubah arus searah (DC) untuk alternating current (AC), inverter DC to AC diatar diperlukan untuk menyalakan pompa submersible yang ber tipe AC dengan masukan dari baterai DC. Pada gambar 3.25 dibawah ini merupakan inverter dc to ac yang di gunakan.
Dalam Bab ini akan dibahas tentang pengujian berdasarkan perencanaan dari sistem yang dibuat. Program pengujian disimulasikan di suatu sistem yang sesuai. Pengujian ini dilaksanakan untuk mengetahui kehandalan dari sistem dan untuk mengetahui apakah sudah sesuai dengan perencanaan atau belum. Pengujian pertama-tama dilakukan secara terpisah, dan kemudian ke dalam dilakukan ke dalam sistem yang telah terintegrasi.
4.1 Pengukuran ballast dan ROV Perhitungan volume ballast dan ROV ini dilakukan untuk mengetahui nilai dan hasil dari pengukuran dari ROV dan ballast itu sendiri. Dari perhitugan dan volume ballast dan ROV didapatkan nilai dibawah ini
Gambar 3.25: Inverter dc to ac
6. Posisi input dari rangkaian sistem ballast dengan Pompa submersible dan valve 1 arah
Data pengukuran Length:
Gambar 3.26: Posisi rangkaian input dari sistem ballast
Hasil penggabungan dari valve 1 arah dengan pompa submersible untuk bagian masukkan disini air dapat masuk melalui valve 1 arah tetapi air yang melawati valve tidak dapat kembali
7. Posisi output dari rangkaian sistem ballast
Tabel 4.1 Data pengukuran ROV 112 cm
Diameter:
14 cm
Mass (wet) in air:
2,5 kg
Mass (dry):
6,1 kg
Typical speed:
0,035 m/s
Volume:
14,31 dm3
Center of gravity:
76 cm
Weight of the ROV in air
61 N
Weight of the ROV in water
25 N
dengan Pompa submersible dan valve 1 arah Tabel 4.2 Data pengukuran sistem ballast Length: 70 cm
Gambar 3.27: Posisi rangkaian output dari sistem ballast
15
Diameter:
11,4 cm
Mass ot the ROV in water (wet):
1.9 kg
Mass (dry):
5 kg
=(3,14*72*80)+(1/2*4/3*3,14*73)+(1/3*3, 14*7 *25) 2
Volume:
5,1 dm3
Center of gravity:
30 cm
Weight of the ballast in air
50 N
Weight of the ballast in water
19 N
=(12308.8)+(718)+(1282,2)=14309,3 cm3 =14,31 dm3 Dimana gaya tekan yang terjadi pada ROV adalah sebagai berikut : Dimisalkan kita ambil nialai kedalaman ROV saat tenggelam yaitu 100 cm
F1 = ρ.g .h.V =1000 .9,81 .0,1x 0,014
=13 ,734 N Gaya tekan yang diterima oleh body adalah sebesar 13,734 N dengan kedalaman 100 cm dan untuk kedalaman kedalaman lainy dapat degan mengganti nilai h
Massa elektro (bateri + elektro) = 3,5 kg Massa ROV penuh = 16 kg Sesuai dengan perhitungan dan percobaan diatas didapatkan perbandingan nilai voleme ballast dan volume ROV yang sesuai syarat agar ROV dapat mengapung dan tenggelam
4.3 Kekedapaan kerangka robot dari air Tujuan: Untuk mengetahui kemampuan isolasi ROV agar dapat kedap dari air atau kebocoran
4.2 Kekuatan kerangka robot dalam air Pengujian kerangka robot dilakukan untuk mengetahui kekuatan dari bahan robot yaitu serat fiber untuk menahan tekanan air. Dari percobaan kekuatan kerangka robot didapatkan data pada tabel dibawah ini.
Peralatan: 1. ROV 2. Karet ban 3. Lilin 4. Silicon 5. Resin Hasil dan Analisa:
Tabel 4.3 Pengujian kekuatan Kerangka Robot. Percobaan Kedalaman Kondisi (cm) kerangka robot 1 10 Tahan 2 20 Tahan 3 30 Tahan 4 40 Tahan 5 50 Tahan 6 60 Tahan 7 70 Tahan 8 80 Tahan 9 90 Tahan 10 100 Tahan
Tabel 4.4 Pengujian isolasi Kerangka Robot. Percobaan 1 2 3 4 5
Nilai tekanan yang terjadi pada body ROV berdasaarkan perhitutngan adalah sebagai berikut: =(volume tabung)+(½volume bola)+ (volume krucut)
Vtot =(3,14*r2*h)+(1/2*4/3*3,14*r3) (1/3*3.14*r2*t)
Kondisi bocor bocor Kedap Bocor Kedap
Percobaan kekedapan kerangka robot sangatlah sulit hal ini dikarenakan pada setiap mekanik pada robot bawah air ini langsung berhubungan dengan air sehingga cukup merepotkan untuk dapat membuat kedap kerangka robot. Seperti yang telah diketahui bahwa robot ini harus dapat dibongkar-pasang agar dapat memasukan pirantipiranti elektronika maupun mekanik yang lain, sehingga memiliki tingkat kesulitan yang cukup tinggi untuk dapat membuat kedap ruangan yang ada. Setelah melakukan percobaan untuk dapat membuat kedap kerangka robot didapatkan data pada tabel diatas
Analisa :
Vtot
Bahan lapisan Karet Ban Lilin Silicon Karet ban + silicon karet ban+silicon+resin
+
16
beban yang dibutuhkan = massa jenis air x volume total ROV beban yang dibutuhkan = 1000 x 0,014 = 14 kg semakin berat pemberat ROV lebih dari 14 akan semakin besar bagian volume ROV yang tenggelam di air gaya tekan keatas yang dialami oleh ROV adalah sebagai berikut
4.4 Pengujian perbandingan pemberat dengan gaya ke atas Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui perbandingan pemberat agar dapat menenggelamkan udara di dalam air. Dari percobaan pengujian perbandingan berat besi dengan gaya ke atas udara di dalam air didapatkan data pada tabel 4.5.
FA = ρ x g x V Keterangan
Table 4.5 Pengujian Perbandingan pemberat Dengan Gaya Ke Atas Udara Di Dalam Air Percobaan Berat Kondisi di air pemberat (kg) 1 3 Terapung 2 6 Terapung 3 9 Terapung 4 12 Terapung 5 15 ½ body ROV berada dalam air 6 18 ½ body ROV berada dalam air 7 21 ½ body ROV berada dalam air 8 24 Melayang 9 27 Tenggelam 10 30 Tenggelam
FA : gaya ke atas (N) V : volum zat cair yang didesak (m3) ρ : massa jenis (kg/m3) g : percepatan gravitasi (N/kg)
dimana FA = ρ x g x V FA = 1000 x 10 x 0,014 = 140 N 4.5 Pengujian rangkaian penggerak motor dc dan sistem ballast 1 Untuk mengetahui kecepatan memasukkan dan mengeluarkan air dilakukan percobaan dengan mengukur lama sistem ballast mengisi tabung dengan total volume 120 cc
Analisa : Massa jenis dari ROV sendii dengan berat 6,1 kg dan volume total adalah 0,014 m3 sehingga didapat nilai massa jenisnya yaitu Massajenis ROV = 6,1 kg / 0,014 m 3= 435,71 kg/m3 Massa jenis air = 1000 kg/m3 Sehingga benda akan mengapung Benda mengapung :
Hasil dan Analisa:
w = Fa ρb X Vb X g = ρa X Va X g
Gambar 4.1: sistem ballast 1
ρb < ρa 3
435,71 kg/m < 1000 kg/m
Tabel 4.6 hasil pengujian sistem ballast 1 Waktu (detik) Volume air yang masuk 5 40 10 80 15 120 20 160 25 200 30 240
3
dikarenakan ROV ini memiliki ruangan kosong sehingga ROV ini tidak tenggelam sehingga dibutuhkan pemberat agar ROV ini dapat tenggelam. Sehingga diperlukan berat sebesar
17
10 15 20 25
199 ml 299 ml 399 ml 499 ml
Grafik :
Ket
= (3,14*r2*h) = (3,14 * 5,72*30) = 536,94 cm3 =0,51 dm3 = 0,51 kg Kecepatan memompa air = panjang pipa / waktu = 30 / 25 =1,2 cm/s Sehingga didapatkan total berat ROV tanpa Ballast yaitu sebagai berikut Total ROV – vol ballast = 14,31 – 0,51 = 13,80 kg Dengan berat ROV sebesar itu sistem Ballast tidak mampu untuk membuat ROV menyelam dan mengapung dikarenakan sistem ballast hanya dapat memasukkan air sebesar 0,51 kg dan sistem ballast ini membutuhkan ruangan yang cukup besar sehingga dapat mengurangi berat dari ROV tersebut Vballast
• 1 mililiter = 1 cm3 = 1 cc
1000 kg= 1 m3 Vol Shrynge @1=60cc Total vol srynge = 240 cc= 240 cm3 = 0,24dm3=0,24 kg Kecepatan hisap air = panjang syringe / waktu = 30 / 30 = 1 cm/s Sehingga didapatkan total baret ROV tanpa Ballast yaitu sebagai berikut Total ROV – vol ballast = 14,31 – 0,24 = 14,07 kg Dengan berat ROV sebesar itu sistem Ballast tidak mampu untuk menenggelamkan ROV dikarenakan sistem ballast hanya dapat memasukkan air sebesar 0,24 kg dan sistem ballast ini membutuhkan ruangan yang cukup besar sehingga dapat mengurangi berat dari ROV tersebut
4.7 Pengujian rangkaian penggerak motor dc dan sistem ballast 3
4.6 Pengujian rangkaian penggerak motor dc
Untuk mengetahui kecepatan memasukkan dan mengeluarkan air pada sistem ballast3 dilakukan percobaan dengan mengukur lama sistem ballast mengisi tabung dengan total volume 4 liter Hasil dan Analisa:
dan sistem ballast 2 Untuk mengetahui kecepatan memasukkan dan mengeluarkan air pada sistem ballast 2 dilakukan percobaan dengan mengukur lama sistem ballast mengisi tabung atau memompa tabung dengan total volume 5 liter Hasil dan Analisa:
Gambar 4.3: sistem ballast 3 Tabel 4.8 hasil pengujian sistem ballast 3 Waktu (detik) Volume air yang masuk 5 990ml 10 1995ml 15 2990ml 20 3990ml
Gambar 4.2: Sistem ballast 2 Tabel 4.7 hasil pengujian sistem ballast 2 Waktu (detik) Volume air yang masuk 5 99 ml
18
1. Memasang rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 4.4 2. Mengamati data yang dihasilkan Blok Diagram
Baterai
Inverter 12 V DC
Submersible pump
Gambar 4.4: Blok Diagram Pengujian submersible pump Hasil dan Analisa: Tabel 4.9 hasil pengujian sistem ballast 3 Waktu (detik) Volume air yang keluar 5 1000ml Tabel 4.10 Hasil pengujian pompa submersible 10 1998ml 15 2990ml waktu Volume air 20 3990ml 5s 2L 10 s
4L
15 s
6 L
20 s
8L
25 s
10 L
Grafik : r= 5,7 cm h= 50 cm Vballast
= (3,14*r2*h) = (3,14 * 5,72*50)=5100,93 cm3 =5,1 dm3=5.1 kg Kecepatan memompa air = panjang pipa / waktu = 50/ 20 =2,5 cm/s sistem ballast dapat menghisap 4000 ml air selama 20 detik dan sistem ballast 3 ini dapat mendorong air sebanyak 4000 ml dari tangki ballast selama 20 detik, sistem ini memiliki mekanisme yang tidak membutuhkan banyak ruangan dan efisien
Didapatkan banyaknya jumlah air yang mampu di pumpa dalam setiap detik,setaip 5 detik pumpa dapat memompa air sebesar 2l untuk 10 detik didapatkan jumlah total air yg dipompa sebesar 4L begitu pula saat detik kelipatannya sehingga setiap 5 detik pompa submersible dapat mengalirkan 2L air,pompa ini sangat efisien dikarenakan dapat memompa air secara cepat
4.8 Pengujian pompa submersible Tujuan: Untuk mengetahui kemampuan submersible pump untuk memompa air yang masuk kedalam sistem ballast berdasarkan posisi letak valve.
4.9 Pengujian sistem ballast 3 pada ROV Tujuan: Untuk mengetahui posisi kedalaman dari ROV pada saat di dalam air
Peralatan: 1. Baterai 2. Inverter 12V DC to 220V AC 3. Submersible pump 4. Gelas ukur
Peralatan: 1. System ballast 2. Driver motor 3. Minimum system mikrokontroler ATMega16 4. DC power supply
Persiapan :
19
5.
Seperangkat downloader Atmel ISP dan program editor CodeVisionAVR 6. CodeVisionAVR. 7. PC Persiapan : 1. Memasang rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 4.5 2. Mengetik program pengujian pada Code VisionAVR dalam bahasa C untuk program pada ATmega 16 3. Mengompile program pada CodeVisionAVR. 4. Mendownload program dengan ISP Programmer melalui CodeVisionAVR. 5. Menjalankan program uji. 6. Mengamati data yang dihasilkan.
FA= ρ x g x V FA = 1000 x 10 x 0,009 = 90 N kecepatan menyelam s= vt 50 = v 20 V = 2,5 cm/s Saat kondisi awal ROV dimana saat itu sistem ballast dalam keadaan kosong dan tak berisi air maka kondisi ROV akan mengapung Benda akan mengapung :
Blok Diagram
w = Fa ρb X Vb X g = ρa X Va X g ρb < ρa Gambar 4.5 : Blok Diagram Pengujian sistem ballast 3 pada ROV
920 kg/m3 < 1000 kg/m3 Dengan menggunakan sistem ballast ini ROV dapat tenggelam dengan baik akan tetapi ROV tidak dapat mengapung kembali dikarenakan gaya yang masuk pada tangki ballast lebih besar dibandingkan gaya dorong motor dc torsi dengan berat ROV.
Hasil dan Analisa:
FA= ρ x g x h FA = 1000 x 10 x 0,05 = 500 N
Gambar 4.6 Pengujian sistem ballast 3 pada ROV Grafik :
dengan dilai gaya tekan sebesar 500 N dibandingkan dengan gaya dorong yang dimiliki motor torsi maka motor tidak dapat mendorong air keluar Benda akan tenggelam: w > Fa ρb X Vb X g > ρa X Va X g ρb > ρa
berat ROV = 16 kg berat ballast = 5 kg gaya keatas saat ballast penuh dengan air
1431 kg/m3>1000kg/m3
FA= ρ x g x V 4.10
FA = 1000 x 10 x 0,014
ROV
= 140 N
Tujuan:
gaya keatas saat ballast kososng
20
Pengujian sistem ballast 4 terhadap
Untuk mengetahui posisi dari ROV pada saat di dalam air Peralatan: 1. Batterai 2. Minimum system mikrokontroler ATMega32 3. Inverter AC to DC 4. Submersible pump 5. Valve satu arah 6. Seperangkat downloader Atmel ISP dan program editor CodeVisionAVR 7. CodeVisionAVR. 8. PC Persiapan : 1. Memasang rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 4.5 2. Mengetik program pengujian pada Code VisionAVR dalam bahasa C untuk program pada ATmega 16 3. Mengompile program pada CodeVisionAVR. 4. Mendownload program dengan ISP Programmer melalui CodeVisionAVR. 5. Menjalankan program uji. 6. Mengamati data yang dihasilkan
berat ROV = 21 kg berat ballast = 5 kg gaya keatas saat ballast penuh dengan air
FA= ρ x g x V FA = 1000 x 10 x 0,014 = 140 N
Blok Diagram
gaya keatas saat ballast kososng
Push button Mikrokontroler ATMEGA 32
FA= ρ x g x V FA = 1000 x 10 x 0,009
Pompa submersible
= 90 N kecepatan menyelam s= vt 50 = v 20 V = 2,5 cm/s
Gambar 4.7: Blok diagram pengujian sistem ballast 4 pada ROV
Saat kondisi awal ROV dimana saat itu sistem ballast dalam keadaan kosong dan tak berisi air maka kondisi ROV akan mengapung
Hasil dan Analisa:
Benda akan mengapung : w = Fa ρb X Vb X g = ρa X Va X g ρb < ρa 920 kg/m3 < 1000 kg/m3 Gambar 4.8: Pengujian sistem ballast 4 pada ROV
Dengan menggunakan sistem ballast ini ROV dapat tenggelam dengan baik akan tetapi ROV tidak dapat mengapung kembali dikarenakan gaya yang masuk pada tangki ballast lebih besar
Grafik :
21
2. Dalam setiap pembuatan berbagai desain
dibandingkan gaya dorong motor dc torsi dengan berat ROV
dari sistim ballast ini diwajibkan unutk mengetahui nilai dari massa ROV, volume ROV, volume sisteim ballast dan jumlah berat yang mampu untuk menelenggelamkan ROV, sesuai dengan data yang didapat diatas dengan melakukan percobaan untuk mencapai berat ROV pada kondisi melayang yaitu sebesar 24 kg beban yang harus diisikan pada ROV sehingga ROV dapat dengan mudah melakukan gerak tenggelam dan mengapung dikarenakan air yang masuk dapat dengan cepat menenggelamkan ROV dan mengeluarkan air untuk dapat mengapung 3. Sistem ballast pada kapal dapat diterapkan pada robot penjelajah bawah air ini. Hal ini dikarenakan untuk dapat mengapung dan tenggelam dibutuhkan manipulasi berat dari suatu benda yang berada di dalam air. Secara keseluruhan sistem ballast yang dibuat sudah bekerja baik, dengan tingkat keberhasilan mencapai 85 %. 4. Untuk dapat menghambat air masuk ke dalam rangka robot tiap lapisan kerangka robot harus diberi lapisan karet, lilin dan resin, hal ini dilakukan untuk mencegah masuknya air dan merusak rangkaian yang ada didalamnya dan diperlukan isolasi dari elektro juga. 5. Didapatkan dari pengujian diatas ballast yang mampu membuat ROV tenggelam dan mengapung adalah sistem ballast 4 dengan jangkauan menyelam dan mengapung mencapai 50 cm, sementara untuk sistem ballast3 sistem ini hanya dapat membuat ROV tenggelam dan tidak dapat mengapung dan un tuk sistem ballast 2 dan 1 dinyatakan gagal dikarenakan sistem ini memerlukan tempat yang besar sehingga mempengaruhi berat ROV yang dipenuhi.
FA= ρ x g x h FA = 1000 x 10 x 0,05 = 500 N dengan dilai gaya tekan sebesar 500 N dibandingkan dengan gaya dorong yang dimiliki motor torsi maka motor tidak dapat mendorong air keluar Benda akan tenggelam: w > Fa ρb X Vb X g > ρa X Va X g ρb > ρa 1431 kg/m3>1000kg/m3 Dengan penambahan berat pada body ROV sebesar 20 kg maka ROV dapat dengan mudah melakukan gerak tenggelam dan mengapung pada saat tenggelam ROV dapat dengan cepat melakukan proses penyelaman dan pada saat proses pengapung ROV diangkat beberapa cm dari permukaan dikarenakan pumpa tidak dapat melawan gaya tekan yang terjadi pada posisi kedalaman tertentu
PENUTUP Pada Bab V ini akan dibahas mengenai kesimpulan percobaan yang telah dilakukan serta saran untuk pengembangan sistem yang lebih baik. 5.1 KESIMPULAN Setelah melakukan perencanaan dan pembuatan system ballast kemudian dilakukan pengujian dan analisa, maka dapat diambil beberapa kesimpulan kinerja dari sistem ballast yang digunakan yaitu sebagai berikut: 1. Diperlukan perhitungan yang tepat untuk dapat membuat sistem ballast tersebut untuk dapat bekerja pada ROV sehingga dapa melakukan pergerakan naik dan turun dengan nilai volume ROV sebesar 14,31 dm3dan volume ballast sebesar 5,1 dm3 maka pada kondisi ini ROV memenuhi untuk melakukan gerak mengapung dan tenggelam disetrtai nilai titik tengah yang dipergunakan untuk menjaga stabilitas ROV yaitu 57,325 cm
5.2 SARAN – SARAN Untuk menghindari gaya tekan maupun gaya tarik yang sangat besar dibutuhkan pemilihan desain yang tepat, sehingga ROV dapat tenggelam dan mengapung. Dalam perancangan juga diharuskan disertai perhitungan yang tepat agar ROV dapat berjalan sesua rencana . Semoga apa yang telah kami sampaikan di sini dapat berguna untuk para pembaca sekalian. Segala kritik, saran, serta masukan yang bersifat membangun sangat kami harapkan untuk kesempurnaan proyek ini nantinya. DAFTAR PUSTAKA
22
[1]www.expresspcb.com/Feedback/ROV/ROV .htm [2]www.heiszwolf.com/subs/tech/tech01.html [3]www.mbari.org/auv/mappingauv/vehicle_s pecs.htm [4] Nurul Fauzi,M: Sistem navigasi pada wahana bawah air tanpa awak, politeknik elektronika negeri surabaya [5] www.wikipedia.org/wiki/BuoyancyAlvin, H., 1998. 3000 Solved Problems in Phisics, New York:McGraw-Hill Book Company. J. Cadiou, S. Coudray, P. Léon and M. Perrier, "Control architecture of a deep scientific ROV: VICTOR 6000", in http://konversi.wordpress.com/2009/06/12/seki las-rotary-encoder/ http://puremtc.com/info_faq/ballast_system/ind ex.htm http://pierreyerokine.perso.sfr.fr/Ballast_EV.ht m “Remotely Operated Vehicles of the World”, 98/99 edition, published by Oilfield Publications Limited, UK. R. Bachmayer, S. Humphris, dkk. 1999.” A New Remotely Operated Underwater Dynamics for Wynamics and Control Research. Robinson, H. and Keary, A. (2000) : Remote Control of Unmanned Undersea Vehicle, International Unmanned Undersea Vehicle Symposium Rutherford, k : Evolution of an AUV design strategy, university of Southampton Smallwood, D., Bachmayer, R., and Whitcomb, L. (1999) : A New Remotely Operated Underwater Vehicle for Dynamics and Control Research, International Symposiumon Unmanned Untethered Submersible Technology. http://universe-review.ca/R13-10-NSeqs.htm
23
