BAB III ANALISA TEORETIK

Transkripsi

1 BAB III ANALISA TEORETIK Pada bab ini, akan dibahas apakah ide awal layak untuk direalisasikan dengan enggunakan perhitungan dan analisa teoretik. Analisa ini diperlukan agar percobaan yang dilakukan keudian enjadi lebih efektif, daripada elakukan percobaan berkali-kali tanpa elakukan analisa terlebih dahulu..1 Desain Konseptual Ide awal penelitian ini adalah ebuat sebuah papan luncur (skateboard) yang apu elayang dengan enggunakan prinsip bantalan udara. Dari referensi yang ada, koponen-koponen yang harus ada pada hoverboard ini adalah papan (board) sebagai tepat berpijak, fan yang berfungsi sebagai penghasil daya layang, dan skirt yang erupakan koponen yang berfungsi untuk enciptakan plenu chaber. Maka konseptualisasi awal bentuk papan luncur layang ditunjukkan pada gabar.1s berikut. fan skirt. Gabar.1. Pandangan Isoetri 9

2 Gabar.. Skirt Ide awal ini akan dijelaskan per koponennya, yaitu fan, board, dan skirt. Dua buah fan yang berfungsi untuk enghasilkan gaya angkat (lift) diletakkan di depan dan di belakang yang nantinya akan berada di saping asing-asing kaki pengeudi. Satu buah fan diletakkan di belakang untuk ebantu enghasilkan gaya dorong (thrust), selain dengan tolakan kaki. Diensi board adalah 00 x 800, yang irip dengan diensi papan luncur konvensional. Tipe skirt yang digunakan adalah saa dengan tipe skirt yang digunakan pada hovercraft asli, yaitu tipe segen. Salah satu kelebihan tipe ini adalah apu elintasi berbagai kondisi jalan dan perawatannya yang udah (cukup engganti segen yang rusak atau aus saja). Naun pebuatan dan peasangannya cukup sulit. Beban di atasnya didesain untuk dinaiki satu orang pengeudi dengan berat aksiu 95 kg. Hoverboard ini dikendalikan dengan eanfaatkan gerakan tubuh dari pengeudinya (kinesthetic). Maka dari itu, pengeudi harus eiliki keterapilan (skill) khusus untuk engendalikannya. Keterapilan ini ungkin benar-benar baru karena oda pergerakan hoverboard ini adalah elayang, bukan enggunakan roda seperti skateboard konvensional. 0

3 .1 Perhitungan Tekanan yang Dibutuhkan untuk Beban yang Diteria Huku Newton ketiga enyatakan bahwa gaya reaksi yang diberikan siste besarnya saa dengan gaya aksi yang diteria siste dengan arah yang berlawanan. Dengan dasar ini, aka tekanan yang harus ada di dala plenu chaber adalah saa dengan beban di atasnya dibagi dengan luas penapang diana tekanan ini bekerja. P requried ( + ) Fweigth penupang struktur g (.1) A A Apabila assa penupang 95 kg, assa struktur diasusikan sebesar 5 kg, percepatan gravitasi sebesar 9,81 /s, dan luas penapang adalah 0, x 0,8 0,4, aka P ( 95kg + 5kg)( 9.81 ) s required 4087, Keudian, dari survei yang telah dilakukan, aka penghasil tekanan yang dipilih adalah vacuu cleaner fan karena tekanan yang dihasilkan adalah paling besar dibandingkan dengan fan bertenaga listrik lainnya. Keudian vacuu cleaner yang ada diukur kelayakan fan-nya untuk digunakan sebagai generator bantalan udara. Kelayakan dapat diketahui dengan engetahui karakteristik fan itu sendiri dibandingkan dengan beban yang akan diberikan. Tipe fan pada vacuu cleaner yang digunakan adalah tipe sentrifugal dengan geoetri seperti tapak pada ilustrasi. N 1

4 Gabar.. Fan Sentrifugal, 1 SWSI Karena arah discharge fan sentrifugal adalah radial, aka dudukan yang akan digunakan juga harus berfungsi sebagai pengarah aliran udara keluar enjadi arah aksial, sehingga dapat digunakan sebagai penghasil tekanan. Karakteristik suatu fan bergantung pada konstruksi dari fan itu sendiri. Dengan enggunakan perangkat lunak (software) yang didapatkan dari situs DeNysschen.co, didapatkan kurva perfora fan yang ideal. 16, Gabar.4. Fan Curve Ideal

5 Fan didefinisikan sebagai fan sentrifugal dengan tipe ipeller backward curved, dengan diaeter ipeller 5 inch, lebar ipeller 100%, kecepatan putar poros rp, dan assa jenis udara adalah lb/ft atau 1. kg/. Konfigurasi fan adalah Single Width Single Inlet, tanpa adanya Variable Inlet Valve. Keudian pada grafik, subu vertikal enyatakan tekanan statik yang dinyatakan dala satuan in.wg (inch water gauge) yang saa dengan 48,6 Pa. Subu endatar enyatakan laju aliran dala satuan cf (cubic feet per inute) yang saa dengan /s. Subu vertikal sebelah kanan adalah daya yang diabil oleh fan dala satuan hp (horsepower) yang saa dengan 786 Watt. Apabila tekanan statik yang diperlukan adalah N/ atau 16,45 in.wg, aka keudian dapat diketahui flow yang dikeluarkan elalui gap.

6 . Perhitungan Laju Aliran yang Dibutuhkan untuk Gap yang Diinginkan Laju aliran (flowrate) fan akan enentukan ketunakan (steadiness) bantalan udara. Flowrate udara yang keluar elalui gap harus saa dengan flowrate yang dihasilkan oleh fan, yaitu sebesar Q, yang sebanding dengan kecepatan udara, keliling (perieter) sisi dala skirt, dan tinggi gap. Q V P h (.) udara skirt gap Nilai Q sudah didapatkan dari kurva perfora fan, diabil sebesar 750 cf atau saa dengan 0,54 /s. Besar gap, h gap, ditentukan dengan V P ρ, dengan P 4087, 5 N ; 1, kg P required ρ, aka V ( 4087,5 N ) kg ( 1, ) 81,5 s Keudian, h Q V P 0,54 s 1, gap ( skirt 81,5 s )( ( 0, 0,8) ) 9 + Perhitungan di atas dilakukan tanpa eperhitungkan gesekan yang ada. Apabila gesekan diperhitungkan, aka ruusan pressure drop harus digunakan. flow, V h 1 h ΔP V K ρ (.0) dengan V sebagai kecepatan flow, dan K adalah konstanta rugi (loss coefficient) untuk geoetri sudden contraction, D K 0,4 1. (Gerhart PM, 199) D1 Karena ada variabel tidak diketahui (h dan V), dan hanya 1 persaaan, aka dilakukan trial & error dengan variabel konstan adalah A 1 adalah luas 4

7 board dikalikan h 1, dan A adalah luas bagian dala skirt dikalikan dengan h, yang erupakan nilai gap. Apabila luas board, A 1, ditetapkan 0,4, tinggi h 1 adalah 40, luas sisi dala skirt, A, diabil nilainya sebesar 0,184 (panjang dan lebar asing-asing sisi board dikurangi 10 ), dan gap (h ) berkisar antara 1-4,5, keudian dengan enggunakan Microsoft Excel, aka didapatkan nilai V yang eenuhi jangkauan nilai h yang sudah ditetapkan, adalah 15,8 /s hingga 16,46 /s. Maka dengan persaaan., akan didapatkan nilai Q inial adalah sebesar Q 15,8 s 0, ,07481 s 5, cf. Gabar.5. Penapang yang Ditebus Aliran.4 Penentuan Diensi Board Diensi board ditentukan berdasarkan salah satu kriteria desain, yaitu fleksibel dan perbandingannya adalah berdasarkan referensi. Untuk odel pertaa, berdiensi 500 x 1000 ; odel kedua berdiensi 00 x

8 .5 Kriteria Kestabilan Kestabilan didefinisikan sebagai keapuan hoverboard di setiap titik pada board untuk tetap berada pada tinggi yang diperbolehkan terhadap tanah, agar hoverboard dapat berjalan,. Tinggi yang diperbolehkan sendiri adalah tinggi diana board tidak bergesekan secara langsung dengan tanah. Jarak tiap titik pada board ke tanah harus diusahakan saa. Berangkat dari definisi ini, aka ditetapkan beberapa kriteria yang enentukan kestabilan hoverboard..5.1 Kekakuan Board Board berperan sebagai koponen peneria beban statik, baik dari atas aupun dari bawah. Oleh karena itu, setiap eleen pada board akan engalai jenis beban; noral, geser, dan puntir. Melalui perhitungan statika, aka akan diketahui kekuatan board yang dibutuhkan. Seakin besar defleksi yang terjadi, kekakuan akin kecil. Maka dari itu, perhitungan kekakuan perlu dilakukan, karena tinngi gap harus diusahakan saa di setiap sisinya untuk enjain tekanan yang terdistribusi erata, sehingga kestabilan dapat dicapai. Dari lokasi titik tangkap gaya pada board, aka odus perubahan bentuk (deforasi) board yang paling signifikan adalah lendut (bending) dan puntir (twisting). 6

9 Gabar.6. Diagra Benda Bebas Board Gabar.7. Defleksi Dengan nilai P adalah N 4087,5 0,4 981 N, L adalah 700 (posisi kaki), nilai E papan MDF adalah,654 GPa, dan oen inersia terhadap subu x, dihitung sebagai berikut: bh I 1 ( 0,7)( 0,009) ,

10 Defleksi yang terjadi adalah δ PL 48EI 48,654 ( 981N )( 0,7) 9 8 ( 10 Pa)( 4,55 10 ) 0,166 Dengan deikian, aterial perlu diganti atau perlu ditabah stiffener pada papan MDF. Karena board harus dibuat seringan ungkin, aka dipilih alternatif penabahan kerangka atau stiffener untuk eningkatkan kekakuan karena penggantian aterial akan cukup eakan waktu dan biaya. Naun deikian, kekakuan board tidak dapat dibuat berlebihan karena kekakuan berbanding lurus dengan beratnya. Seakin berat struktur, akan seakin besar pula tekanan yang dibutuhkan, seakin besar daya yang diperlukan untuk enghasilkan tekanan tersebut. Keudian dipilih peberian stiffener yang berupa profil siku di tiap sisinya untuk engurangi defleksi. Defleksi aksiu ditetapkan sebesar 0,5, sehingga tinggi stiffener (h) yang diperlukan adalah PL I 48Eδ 48,654 0,87 10 bh I 0, I h b 1 0, ,7 ( 981N )( 0,7) 9 - ( 10 Pa)( 5 10 ) , Maka akan diabil nilainya sebesar ,7.5. Pusat Massa dan Pusat Tekanan Setelah endapatkan board yang kaku, aka kriteria berikutnya adalah posisi tiap titik pada board terhadap tanah. Dengan enggunakan prinsip kesetibangan yang engacu pada huku Newton pertaa, aka kesetibangan akan tercapai apabila pusat assa (center 8

11 of ass) berada pada titik yang saa dengan pusat tekanan (center of pressure) plenu chaber. Gabar.8. Stabil dan Tidak Stabil Posisi tidak stabil terjadi apabila pusat assa tidak terletak pada titik yang saa dengan pusat tekanan, sehingga terjadi suatu oen. Tekanan plenu chaber yang endapat beban berlebih akan eningkat. Karena tekanan tinggi selalu engalir ke tekanan yang lebih rendah, aka posisi board akan enjadi iring. Apabila keiringan berlebihan, aka pada satu sisi board akan enyentuh tanah, dan udara akan keluar secara berlebih elalui gap yang ebesar, sebagai akibat dari tekanan yang berusaha encapai keadaan setibang, seperti pada ilustrasi berikut. Dengan deikian perlu ada suatu pengaturan posisi pusat assa relatif terhadap pusat tekanan dala plenu chaber..5. Plenu chaber Terpisah Apabila pengaturan posisi pusat assa tidak eungkinkan, aka perlu dilakukan suatu odifikasi pada konstruksi, salah satunya adalah pebagian plenu chaber. Ilustrasi ini enggabarkan satu odul yang terdiri dari satu buah board dengan satu ruang plenu chaber. Ketika pusat assa bergeser hingga ke tepi board, dengan asusi board-nya cukup kaku, aka akan tibul oen putar terhadap titik tangkap pusat tekanan. Moen putar ini terjadi di satu sisi karena tidak ada gaya yang enahan di sisi lainnya. Maka dari itu, diberikan gaya penahan di sisi tersebut dengan enabah satu odul lagi. 9

12 Gabar.9. Penggabungan odul Dari ilustrasi ini, akan tapak bahwa akan terjadi titik kritis di tengah board sebagai akibat adanya penjulahan buah gaya penahan oen putar dari tiap odul. Apabila board cukup kaku dan kuat enahan beban ini, aka oen putar dari tiap odul dapat saling enghilangkan, dan akan einialikan ketidakstabilan akibat pergeseran titik pusat assa terhadap titik pusat tekanan. 40