BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

Transkripsi

1 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN IV.1 Perhitungan Beban Benda Uji Langkah awal dalam perhitungan benda uji adalah mengetahui kekakuan pada pegas, L pada pegas pada waktu di darat = 50cm. Adapun massa foil 1 = 0,43kg, foil = 0,387kg, foil 3 = 0,436kg, sedangkan pipa 1 = 1,10kg dan pipa = 1,104kg. Sehingga massa total pipa yang telah dipasangkan adalah 3,45kg. Maka didapatkan kekakuan (K) pegas pada waktu di darat = 67,998 kg/s. Sedangkan pada waktu di air L = 1cm dan dari kekakuan pegas yang didapatkan pada waktu di darat, sehingga didapatkan pula berat benda uji (W) pada waktu di air adalah 14,7kgm/s. Sedangkan tekanan yang ditimbulkan dari benda uji adalah : W P = A = 14,7,,,, = 351,718N/m. IV. Perhitungan Gaya Gelombang Perhitungan beban gelombang pada benda uji menggunakan persamaan.11. variable-variabel yang harus diketahui adalah nilai ω (frekuensi sudut gelombang), k (bilangan gelombang), kecepatan partikel air arah vertikal, percepatan partikel air arah vertikal (ay) dan gaya gelombang persatuan luas arah sumbu y (fy), sehingga diperoleh gaya gelombang (Fy). IV-1

2 IV- Nilai dari (Frekuensi sudut gelombang) dan k (angka gelombang) dapat terlebih dahulu dihitung. Pada perhitungan gaya gelombang, hanya ditinjau pada empat tititk dimana merupakan gaya dari variasi peletakan foil yaitu (0,65m, 0,60m dan 0,55m) untuk T = 1,s selengkapnya dapat dilihat pada lampiran. k = π λ = x 3,14, =,88rad/s π ω = T = 3,14 1, = 5,33rad/s a. Kecepatan Partikel air arah horizontal (u) dan vertical (v). u = ωh cosh ky cos ( ) sinh kh = 5,33 x 0,078 x cosh (,88 x 0,65) cos (5,33 x 1,) sinh (,88 x 0,7) = 1,3467m/s v = ωh sinh ky sinh kh sin ( ) 5,33 x 0,078 = x sinh (,88 x 0,65) sin (5,33 x 1,) sinh (,88 x 0,7) = 0,0047m/s Dengan perhitungan yang sama maka diperoleh nilai u dan v untuk titik tinjauan berikut : Tabel 4.1 Nilai u dan v titik y (m) u (m/s) v (m/s) 0,65 1,3467 0,0047 0,60 1,3466 0,0044 0,55 1,3465 0,0040

3 IV-3 b. Percepatan partikel air untuk arah horizontal (a x ) dan vertical (a y ). x = sin( ) = 5,33 x 0,07 = 0,46535m/s cosh (,88 x 0,65) sin (5,33 x 1,) sinh (,88 x 0,78) y = cos( ) = 5,33 x 0,07 = 0,135633m/s sinh (,889 x0,65) cos (5,33 x 1,) sinh (,889 x 0,7) Dengan perhitungan yang sama maka tinjauan berikut : diperoleh nilai ax dan ay untuk titik Tabel 4. Nilai x dan y titik y (m) x (m/s ) y (m/s ) 0,65 0, , ,60 0, , ,55 0, c. Gaya gelombang persatuan luas pada sumbu x dan y adalah: f x 1= ( ) + ( ) ( ) = 3, x 1,6 x 4 0,0508 x 0, x 0,65 x 0,0508 x 1,3467 1,3467 = 31,4473N/m f x = ( ) + ( ) ( ) = 3, x 1,6 x 4 0,0508 x 0, x 0,65 x 0,0508 x 1,3467 1,3467 = 31,4473N/m Σf x= f x 1 + f x = 6,895N/m

4 IV-4 f y 1= ( ) + ( ) ( ) = 3, x 1,6 x 4 0,0508 (0,135633) x 0,65 x 0,0508 x 0,047 0,047 = 0,4399N/m f y = ( ) + ( ) ( ) = 3, x 1,6 x 4 0,0508 (0,135633) x 0,65 x 0,0508 x 0,047 0,047 = 0,4399N/m Σf y= f y 1 + f y = 0,880N/m Dengan perhitungan yang sama maka diperoleh nilai gaya gelombang per satuan luas pada sumbu x dan y untuk titik tinjauan berikut Tabel 4.3 Nilai f x dan f y titik y (m) f x (N/m) f y (N/m) 0,65 6,895 0,880 0,60 6,885 0,81 0,55 6,877 0,744 d. Gaya gelombang keseluruhan adalah: F x = f x x l = 6,895 x 0,01 = 0,6895N

5 IV-5 F y = f y x l = 0,880 x 0,01 = 0,0088N Dengan perhitungan yang sama maka diperoleh nilai gaya gelombang keseluruhan untuk titik tinjauan berikut Tabel 4.4 Nilai F x dan F y Nilai dari l adalah jarak antara setiap titik sumbu yaitu 0,01m. Jadi total keseluruhan untuk gaya gelombang pada titik (0;0,65) adalah : F = + = 0, ,0088 = 0,690N Dengan perhitungan yang sama maka diperoleh nilai total gaya gelombang untuk titik tinjauan berikut : titik y (m) F x (N) F y (N) 0,65 0,6895 0,0088 0,60 0,6885 0,0081 0,55 0,6877 0,0074 Tabel 4.5 Nilai F titik y (m) F total (N) 0,65 0,690 0,60 0,689 0,55 0,688

6 IV-6 IV.3 Perhitungan Gaya Foil Gaya yang ditimbulkan foil diakibatkan karena adanya kecepatan partikel air yang disebabkan gelombang. Adapun luas dari permukaan foil adalah : Luas penampang foil: (A) = b x l = x 1.15 = 0,075m Ada dua gaya yang yang dihasilkan pada foil akibat dari kecepatan partikel air, Gaya lift dan gaya drags. Letak foil pada pipa berada pada ketinggian 0,65m, 0,60m, dan 0,65m. Untuk posisi foil 65 cm : 1 Fl.. u. Cl. A = 1 x 1000 x (1,3467) x 0,4 x 0,075 = 7,01N 1 Fd.. u. Cd. A = 1 x 1000 x (1,3467) x 0,06 x 0,0,75 = 0,4080N Dengan perhitungan yang sama didapatkan FL dan Fd untuk masing-masing posisi foil yaitu : Tabel 4.6 Nilai Fl dan Fd Posisi (m) Fl (N) Fd (N) 0,65 7,01 4,080 0,60 7,197 4,0795 0,55 7,193 4,0789

7 IV-7 7,0 7,01 Fd (N) Fl (N) 7, 7,199 7,198 7,197 7,196 7,195 7,194 7,193 7,19 4,080 4,08 4,0798 4,0796 Hubungan foil dan Fl Posisi foil pada pipa (cm) Gambar 4.1 Grafik hubungan posisi foil dengan gaya lifting(fl) Hubungan foil dan Fd 4,0794 4,079 4,079 4, Posisi foil pada pipa (cm) Gambar 4. Grafik hubungan posisi foil dengan gaya Drag(Fd) Sedangkan gaya vertikal keseluruhan yang dihasilkan pipa dengan foil pada saat gelombang menerpa pipa adalah jumlah gaya lift dengan berat pipa itu sendiri.

8 IV-8 Untuk posisi foil 0,65 m dan sudut kemiringan 175 F LW = Fl + W + F x sin α = 7, ,1 + 0,6895 sin 175 = 41,56N Total gaya horizontal yang menerpa pipa dengan foil adalah jumlah gaya gelombang ditambah dengan gaya drag yang ditimbulkan foil: F GD = F x + Fd + F x cos α = 3, , ,48319 cos 175 = 36,768N Dengan perhitungan yang sama maka akan diperoleh total gaya yang menerpa pipa dan foil pada masing-masing posisi foil yaitu :

9 IV-9 Tabel 4.7 Total gaya yang bekerja pada pipa dan foil Posisi (m) sudut kemiringan F LW (N) F GD (N) 0, , ,770 0, , ,7678 0, , , , , ,739 0, , ,7678 0, , , , , ,739 0, , ,7695 0, ,515 36, , , , , , , , , , , , , , , , , ,469 36, , , , , , ,7599 0, , ,7309 0, , , , , ,7599 0, , ,7309 IV.4 Perhitungan dengan menggunakan vektor gaya Ada empat gaya yang bekerja pada benda uji, yaitu gaya gelombang, gaya drag, gaya lift dan berat benda seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini: F Σx W Fl Fd Gambar 4.3 Vektor Gaya pada foil

10 IV-10 Dimana nilai dari Gaya gelombang, Gaya drag dan Gaya lift telah diketehui, tetapi untuk menentukan resultan gaya pada foil digunakan gaya lift, gaya drag dan gaya gelombang, yang posisinya tepat menerpa foil (dengan titik koordinat x = 0m dan y = 0,65m dan sudut kemiringan foil sebesar 175 ) : F Σx = 3,0614N Fd = 4,080N Fl = 7,01N W = 14,7N Seperti terlihat pada gambar dibawah bahwa dua gaya atau lebih yang terdapat pada garis kerja gaya yang sama (segaris) dapat langsung dijumlahkan (jika arah sama/searah) atau dikurangkan (jika arahnya berlawanan). Gambar 4.4 Vektor dan resultan gaya

11 IV-11 Sehingga dapat dilakukan perhitungan vektor dengan rumus : F R = (F LW + F GD ) = (41,556) + (36,7638) = 55,4571N Jadi resultan gaya yang dihasilkan oleh semua gaya yang bekerja pada benda adalah F R = 55,4571N Sedangkan untuk nilai sudut α dan β adalah : cos β = F GD F R cos β = 36, ,4571 cos β = 0,669 α = 48,48 cos α = F LW F R cos α = 41,556 55,4571 cos α = 0,8570 β = 36,61 Gaya yang dihasilkan foil pada saat percobaan adalah gaya lift dan gaya drag serta resultan gaya lift dan drag. Arah serta sudut dan nilai gaya foil dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

12 IV-1 F GD = 36,7638N α = 36,61 β = 48,48 F LW = 41,556N F R = 55,4517N Gambar 4.5 Nilai Vektor Gaya pada Foil Gaya keseluruhan yang bekerja pada benda uji adalah gaya gelombang, gaya lift, gaya drag, resultan gaya lift dan drag, dan berat benda uji sendiri. Gayagaya tersebut dapat dilihat seperti pada gambar di bawah ini :

13 IV-13 W = 14,7N Fd = 4,0789N F R = 61,86N Fl = 7,199 Gambar 4.6 Gaya Keseluruhan yang bekerja pada Benda Uji Adapun tekanan yang terjadi pada pipa dengan foil pada saat gelombang menerpa adalah: F P = A = 61,1467 0,1095 = 36,7359N/m.

14 IV-14 IV.5 Pembahasan Hasil Penelitian Perpindahan pada struktur dapat diukur pada saat eksperimen berlangsung maupun melalui perhitungan dengan menggunakan persamaan.16. Perpindahan yang terjadi dapat berupa perpindahan arah horizontal (x) maupun perpindahan arah vertikal (y). IV.5.1 Perpindahan Pipa dengan Pengamatan Langsung Perpindahan struktur arah horizontal (x) terbesar pada model melalui pengamatan langsung pada setiap percobaan adalah sebagai berikut: Percobaan pada kedalaman 65 kemiringan 175 adalah : Tabel.4.8 percobaan posisi 65 kemiringan 175 pada pile A Multifoil Kedalaman 65 cm kemiringan 175 pile A Detik I II III IV V Rata-rata ,1,5,8,5 4,,,84 0, 4,6 6,6 4,6 7, 3,8 5,36 0,3 6, 9,1 7,3 9, 5,4 7,44 0,4 6,8 10, 9, 10,3 6 8,5 0,5 6,5 8, ,6 7,9 0,6 4,4 4,6 9, 5,8 4,3 5,66 0,7 1,5-0,8 5,1 1,, 1,84 0,8-1,6-5,8-0,8-4,4-0,8 -,68 0,9-5,4-9,8-5,6-8,9 -,8-6,5 1-6,4-11,8-9,8-10,8-5,8-8,9 1, ,5-11, -10,4-6,8-9,18 1, -5,5-6,8-9,8-6,8-6,5-7,08 1,3 -,5-3,6-5,6 -, -3,8-3,54 1,4 1,6, -0,4 3, -0,5 1, 1,5 5,6 7,8 4, 7,8 3,5 5,78 1,6 9, 10,8 8,6 11, 7 9,36 1,7 10,7 1,8 11,8 1,8 9,6 11,54 1,8 10,5 11,8 13,4 1,4 11, 11,86 1,9 7,6 7,5 1,4 8,8 10,6 9,38 1,6 1, 8,6 3,4 8 4,56,1-4, -4 1, -,6 3, -1,8, -9, -7,8-3,5-7, -,6-6,06,3-1 -9, -6,5-9, -7,8-8,94,4-11,5-8, -9,4-8,6-10,9-9,7

15 IV-15 Gambar 4.7 Grafik percobaan kedalaman 65 kemiringan 175 Adapun grafik percobaan selanjutnya dapat dilihat pada lampiran. Tabel 4.9 Perpindahan struktur melalui pengamatan langsung Pile A dan pile B Posisi Foil (cm) Tanpa Foil sudut kemiringan Gerak Rolling A (cm) Gerak Rolling B (cm) , 10, ,58 10, ,16 9, ,66 10, ,18 11, , 11, ,04 10, ,0 9, ,34 9, 00 7,58 7, ,68 11, ,64 11, ,4 8, ,94 10, ,76 9,8 00 9,84 9, ,5 10, ,84 11, ,88 9, ,4 10, ,6 10, ,18 9,36

16 IV-16 Dari hasil pengamatan langsung maka dapat diketahui gerak rolling terbesar terjadi pada posisi foil di kedalaman 65 dan bersudut 175 dengan besar simpangan 1,18cm untuk pile A dan 11,68cm untuk pile B. Sedangkan utuk gerak rolling terkecil terjadi pada posisi foil di kedalaman 65 dan bersudut 00 dengan besar simpangan 7,58cm untuk pile A dan 7,7cm pada pile B. (data selanjutnya dapat dilihat pada lampiran) IV.5. Analisa Gerak Foil dan Pile IV.5..1 Gerak Rolling Selain dengan mengukur langsung melalui eksperimen, simpangan yang terjadi pada struktur arah horizontal juga dapat dihitung dengan menggunakan persamaan.15. Variabel-variabel yang harus diketahui adalah total gaya arah horizontal dan total gaya vertikal. Adapun simpangan yang terjadi pada kedalaman 0,65m dan sudut kemiringan foil 175 adalah: tan = h h h tan = 36, ,556 tan = 0,8854 = atan 0,8854 = 41,5

17 IV-17 Dengan jarak simpangan (x) : tan = tan 41,5 = 0,8 = 0, y adalah panjang pegas pengikat pipa dalam satuan meter. Dengan perhitungan yang sama maka diperoleh nilai dari besar sudut dan jarak simpangan yang terjadi pada titik tinjauan berikut : Tabel 4.10 Besar simpangan yang terjadi pada struktur Posisi (m) sudut kemiringan Jarak Simpangan Y (m) besar sudut simpangan Jarak Simpangan X (m) 0, ,8 41,541 0, , ,8 41,508 0, , ,8 41,476 0, , ,8 41,380 0, , ,8 41,573 0, , ,8 41,605 0, , ,8 41,669 0, , ,8 41,540 0, , ,8 41,508 0, , ,8 41,477 0, , ,8 41,380 0, , ,8 41,573 0, , ,8 41,605 0, ,6 00 0,8 41,669 0, , ,8 41,541 0, , ,8 41,508 0, , ,8 41,476 0, , ,8 41,380 0, , ,8 41,573 0, , ,8 41,605 0, , ,8 41,669 0,

18 IV-18 IV.5.3 Pipa Dengan Foil Tanpa Sudut Kemiringan Dari analisa perhitungan gerak rolling, untuk model foil 65cm tanpa sudut kemiringan diperoleh besar sudut simpangan 41,541 dan jarak simpangan 53,15cm sedangkan model dengan foil 65cm dan sudut kemiringan 160 diperoleh besar sudut simpangan 40,380 dan jarak simpangan 5,85cm. Dari hasil tersebut terlihat bahwa gerak rolling model yang dilengkapi foil bersudut kemiringan lebih kecil dari pada model foil tanpa kemiringan. Hal ini disebabkan karena adanya sudut terpaan gelombang pada foil yang memberikan gaya lifting negatif (ke bawah) sehingga mengurangi gerak rolling. IV.5.4 Pipa Dengan Foil Bersudut Miring Dari analisa perhitungan gaya lift dan drag, pada model untuk 3 variasi peletakan foil pada pipa yaitu 65cm, 60cm, dan 55cm serta 6 variasi sudut kemiringan foil yaitu 175, 170, 180, 185, 190, dan 00 didapatkan gerak rolling terbesar dihasilkan oleh model dengan posisi foil kedalaman 65cm dengan sudut kemiringan foil 00 yaitu besar sudut simpangan 41,669 dan jarak simpangan 53,39cm, dan gerak rolling terkecil dihasilkan oleh model dengan posisi 65 cm dengan sudut kemiringan foil 160 yaitu besar sudut simpangan 41,380 dan jarak simpangan 5,85cm. Dari hasil tersebut terlihat bahwa model dengan posisi foil 65cm dengan sudut kemiringan foil 160 menghasilkan gerak rolling yang paling kecil sehingga dapat memberikan daya tahan yang terbesar terhadap model.

19 IV-19 IV.5.5 Diskusi Hasil Penelitian Dari hasil percobaan yang dilakukan timbul kasus yang belum diketahui sebelumnya, sehingga dilakukan diskusi yang menghasilkan: a. Kasus pertama, dari hasil percobaan benda uji yang diujikan adalah apabila dibandingkan dengan percobaan sebelumnya yang menggunakan 1 foil dengan menggunakan sudut kemiringan pada 1 pile yang berdiameter 3inc maka didapatkan gerak rolling yang lebih kecil. Tetapi terdapat batasan masalah (benda uji) yang berbeda dari percobaan ini dengan percobaan sebelumnya yaitu diameter pile yang digunakan sebesar inc dan dimensi foil lebih kecil sesuai dengan perbandingan pile yang digunakan. b. Kasus kedua, dari ketiga jarak antara pipa yang diujikan, didapatkan jarak pipa yang paling baik adalah 41,33cm, sehingga pada jarak inilah yang menjadi acuan dari perhitungan pada penelitian ini. c. Kasus ketiga, posisi foil yang semakin dalam dengan sudut tertentu akan mendapatkan perbedaan gerakan pada pile A dan pile B walaupun dalam kondisi yang sama seperti panjang gelombang, periode gelombang, dan waktu yang sama. Hal ini disebabkan ketika gelombang bergerak naik dan turun. Partikel air berada dalam satu tempat, bergerak di suatu lingkaran, naik dan turun dengan suatu gerakan kecil dari sisi satu kembali ke sisi semula. Gerakan ini memberi gambaran suatu bentuk gelombang. Pile

20 IV-0 yang mengapung di air pindah ke pola yang sama, naik turun di suatu lingkaran yang lambat, yang dibawa oleh pergerakan air. Tetapi di bawah permukaan, gerakan berputar gelombang itu semakin mengecil. Ada gerak orbital yang mengecil seiring dengan kedalaman air, sehingga kemudian di dasar hanya akan meninggalkan suatu gerakan kecil apalagi disebabkan oleh adanya posisi foil bersudut. d. Kasus keempat, dengan hasil dari percobaan yang menyatakan posisi gerak rolling terkecil pada kedalaman 65 sudut 00 yang dihubungkan dengan gerak heaving terkecil pada kedalaman 60 sudut 175. Hal ini merupakan masalah yang harus diperhatikan pada penilitian selanjutnya, ada baiknya posisi di atas dilakukan pada percobaan secara bersamaan. e. Kasus kelima, adanya perbedaan hasil dari pengamatan langsung dan analisa data, ini terjadi karena pada analisa data terdapat asumsi-asumsi yang digunakan yang sebenarnya tidak sesuai dengan asumsi yang kita gunakan. Sehingga dalam kasus ini kami menggunakan hasil dari pengamatan langsung tanpa mengacuhkan hasil dari analisa data. Dari hasil-hasil diskusi di atas, diharapkan dapat menjadi refrensi serta acuan pada percobaan lain yang menggunakan multifoil.