RANCANG BANGUN MINI HOVERCRAFT BAGIAN POWER PLANT GENERATOR GAYA ANGKAT DAN GAYA DORONG Design and manufacturing lift and thrust force generator for mini hovercraft Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III program Studi Teknik Mesin Di Jurusan Teknik Mesin POLBAN Oleh : Riki Rizki Maulana NIM: 091211056 Muhammad Ridwan Nurjamil NIM: 091211019 POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
LEMBAR PENGESAHAN RANCANG BANGUN MINI HOVERCRAFT BAGIAN POWER PLANT GENERATOR GAYA ANGKAT DAN GAYA DORONG Design and manufacturing lift and thrust force generator for mini hovercraft Penulis : Riki Rizki Maulana NIM: 091211025 Muhammad Ridwan Nurjamil NIM: 091211019 Penguji : 1. Ketua :Rudi Y. Widiatmoko, M.Sc 2. Anggota :Angki A. Rachmat, MT 3. Anggota :Budi Triyono, MT Tugas Akhir ini telah disidangkan pada tanggal 19 juli 2012 dan disahkan sesuai dengan ketentuan Pembimbing I, Pembimbing II, Achmad Hata, B.Eng, M.Eng NIP. 196401061998031002 Riswanda, M.Eng NIP. 196310131988031001 Ketua Jurusan, Ir. Ali Mahmudi, M.Eng NIP. 195806061990031001
ii ABSTRAKSI Bisnis di bidang rekreasi di Indonesia saat ini sangat pesat perkembangannya, kususnya di sekitar Jawa barat yang pernah diamati yaitu bidang area permainan seperti arena bermain di BSM, Kampung Gajah, dan lain lain. Kampung gajah yang pernah diamati, terdapat beberapa kendaraan mainan seperti ATV, minimoto, dan lain lain. Namun belum ada hovercraft mini sebagai arena bermain. Beradasarkan pengamatan tersebut mini hovercraft ini dirancang dan dibuat sebagai bahan Tugas Akhir ini. Hovercraft bekerja dengan dua prinsip utama yaitu mengangkat (lifting), dan mendorong (thrusting). Gaya dorong hovercraft dihasilkan dari udara bertekanan yang berasal dari energi mekanik yang dihasilkan oleh engine, kemudian diubah menjadi energi fluida oleh fan, sedangkan gaya angkat dihasilkan dengan cara meniupkan udara yang dihasilkan propeller ke ruang bawah hovercraft (plenum chamber) melalui saluran menuju skirt (sekat yang lentur). Skirt berfungsi untuk mengumpulkan udara yang bertekanan sehingga menghasilkan gaya angkat pada kendaraan hovercraft. Rancangan ini dapat direalisasikan dengan beberapa tahap, diantaranya adalah perancangan, pembuatan dan pengujian. Spesifikasi Perancangan mini hovercraft ini diharapkan dapat mengangkat beban maksimal 160 kg dan dapat menempuh kecepatan 40 km/jam. Sumber tenaga menggunakan engine berbahan bakar bensin yang akan menggerakan fan sentrifugal dan fan aksial. Hasil pengujian menunjukan bahwa hovercraft ini sudah dapat mengangkat. Hasil pengujian fan pertama, debit udara yang dihasilkan adalah m 3 /s dan debit udara fan kedua adalah m 3 /s, sehingga jumlah debit udara yang dihasilkan oleh kedua fan adalah m 3 /s melebihi debit udara dari yang dibutuhkan hovercraft untuk mengangkat yaitu Q = 1,173 m 3 /s, akan tetapi gaya dorong dari hasil pengujian F = lebih kecil dari gaya yang dibutuhkan untuk mendorong hovercraft, yaitu N. Dari hasil pengujian tersebut, dapat disimpulkan bahwa hovercraft dapat mengengkat beban maksimal 160 kg, akan tetapi belum bisa berjalan. Kata kunci : Hovercraft, Gaya angkat, Gaya dorong
3 ABSTRACT Business in the field of recreation in Indonesia is currently very rapid development, especially around the West Java ever observed that fields like game area playground in BSM, Kampung Gajah, and others. Kampung gajah ever observed, there are a few vehicles such as toy ATV, mini-moto, and others. But there is no any mini hovercraft. Based on the observations, a mini hovercraft designed and created as our final Task. Hovercraft work with two main principles which lifting, and thrusting. The thrust generated from pressurized air hovercraft from mechanical energy generated by the engine, later converted to energy by fluid fan, while the lift is produced by blowing air into the bottom of the propeller generated hovercraft (plenum chamber) through the channel towards the skirt (elastic bulkhead). Skirt serves to collect the pressurized air to produce lift vehicle hovercraft. This design can be realized in several stages, including the design, manufacture and testing. Mini hovercraft Design specification is expected able to lift loads up to 60 kg and can reach speeds of 40 km/h at a distance of roughly lifting 50 mm above the surface. Source power using gasoline-fueled engine that will drive the centrifugal fan and the axial fan The test results show that it's been hovercraft can lift.the test results of the first fan discharge air generated is Q 1 = 0,80 m 3 /s and the second fan air discharge is Q 2 = 0,80 m 3 /s, so that the number of air discharge generated by the both fan is Q = 1.60 m 3 /s exceed debits from the air discharge required to lift hovercraft that is Q = 1,17 m3/s, but the thrust of the test results is F = 135 N smaller than the force required to thrust the hovercraft that is 145 N. From the test results, it can be inferred that the hovercraft can lift a maximum of 160 kg load, but can not thrust. Keywords: Hovercraft, lift, thrust
4 KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji serta syukur kehadirat Allah SWT karena atas limpahan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir, baik itu dalam bentuk penulisan laporan maupun pembuatan alat yang berjudul RANCANG BANGUN MINI HOVERCRAFT BAGIAN POWER PLANT GENERATOR GAYA ANGKAT DAN GAYA DORONG. Meskipun dalam proses pembutan hovercraft ini terdapat beberapa permasalahan, namun secara keseluruhan dapat diselesaikan dengan baik. Maksud dari penyusunan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan diploma III pada program studi teknik mesin Politeknik Negeri Bandung. Selain itu untuk mengetahui sistem kerja hovercraft dan mudahmudahan dapat memberikan masukan bagi rekan-rekan mahasiswa lainnya dalam penambahan wawasan dan pengetahuan. Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis menemukan beberapa kendala seperti kurangnya sumber referensi mengenai hovercraft yang menyebabkan proses perancangan membutuhkan waktu yang cukup lama. Tetapi dalam pengerjaan tugas akhir ini penulis berusaha merancang mini hovercraft sebaik mungkin sesuai dengan acuan yang ada sehingga dapat digunakan untuk pembelajaran ataupun pengembangan lebih lanjut. Bandung, juli 2012 Penulis
5 UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih dan puji syukur penulis juga sampaikan kepada beberapa orang serta pihak yang telah membantu dalam pengerjaan tugas akhir ini, adalah : 1. Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan keselamatan bagi penulis selama pembuatan dan penulisan tugas akhir. 2. Kedua orangtua penulis yang telah memberikan semangat serta motivasi dan dukungan berupa moral maupun materil yang bermanfaat bagi penulis. 3. Ir. Ali Mahmudi M.Eng sebagai ketua jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung. 4. Rudy Y. Widiatmoko, M.Sc sebagai ketua program studi Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung. 5. Achmad Hatta, M.Eng sebagai pembimbing I serta ketua sidang Tugas Akhir dan juga yang telah memberi masukan dan upaya pengerjaan laporan kepada penulis. 6. Riswanda, M.Eng sebagai pembimbing II yang telah banyak membantu dalam pembuatan dan perancangan serta motivasi kepada penulis. 7. Dudy Yanpurnadi M.T sebagai panitia tugas akhir yang telah memberi masukan-masukan yang bermanfaat kepada penulis. 8. Teknisi perawatan dan produksi yang telah membantu dan meluangkan waktu dalam proses pembuatan tugas akhir. 9. Politeknik Negeri Bandung sebagai instansi tempat bernaung penulis. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat sebagai referensi tambahan berikutnya, adapun saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaannya tugas akhir ini dapat diberikan tambahan komentar ditulisan ini langsung sehingga bagi yang membacanya dapat langsung mengetahui perbaikan yang ada dalam laporan tugas akhir ini.
6 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... i ABSTRAKSI... ii ABSTRACT... 3 KATA PENGANTAR... 4 UCAPAN TERIMA KASIH... 5 DAFTAR ISI... 6 DAFTAR GAMBARI... 9 DAFTAR TABEL... 11 DAFTAR LAMPIRAN... 12 DAFTAR SIMBOL... 13 BAB I PENDAHULUAN... I-Error! Bookmark not defined. 1.1. Latar Belakang... I-Error! Bookmark not defined. 1.2. Tujuan Tugas Akhir... I-Error! Bookmark not defined. 1.3. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... I-Error! Bookmark not defined. 1.4. Sistematika Penulisan... I-Error! Bookmark not defined. BAB II TINJAUAN PUSTAKA... II-Error! Bookmark not defined. 2.1. Hovercraft... II-Error! Bookmark not defined. 2.1.1. Thrust Force (gaya dorong)... II-Error! Bookmark not defined. 2.1.2. Lift Force (gaya angkat)... II-Error! Bookmark not defined. 2.1.3. Drag Force... II-Error! Bookmark not defined. 2.1.4. Weight Force (gaya berat)... II-Error! Bookmark not defined. 2.2. Bagian Bagian Hovercraft... II-Error! Bookmark not defined. 2.2.1. Hull... II-Error! Bookmark not defined. 2.2.2. Skirt... II-Error! Bookmark not defined.
7 2.2.3. Motor Penggerak... II-Error! Bookmark not defined. 2.2.4. Fan... II-Error! Bookmark not defined. BAB III METODA PENYELESAIAN MASALAHIII-Error! Bookmark not defined. 3.1. Sistematika penyelesaian masalah... III-Error! Bookmark not defined. 3.2. Proses Perancangan... III-Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Tujuan Perancangan... III-Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Sistematika perancangan... III-Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Langkah Perancangan... III-Error! Bookmark not defined. 3.2.4. Alternatif solusi... III-Error! Bookmark not defined. 3.2.5. Perancangan alat... III-Error! Bookmark not defined. 3.3. Pembuatan komponen... III-Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Alat-alat Pembuatan Tugas AkhirIII-Error! Bookmark not defined. 3.4. Proses Perakitan... III-Error! Bookmark not defined. 3.5. Proses Pengujian... III-Error! Bookmark not defined. 3.6. Analisa dan kesimpulan... III-Error! Bookmark not defined. 3.7. Pembuatan laporan... III-Error! Bookmark not defined. BAB IV PROSES, HASIL DAN PEMBAHASAN IV-Error! Bookmark not defined. 4.1. Hasil Perhitungan... IV-Error! Bookmark not defined. 4.1.1. Menghitung gaya angkat... IV-Error! Bookmark not defined. 4.1.2. Menghitung gaya dorong... IV-Error! Bookmark not defined. 4.1.3. Poros transmisi... IV-Error! Bookmark not defined. 4.1.4. Perencanaan bearing... IV-Error! Bookmark not defined. 4.2. Hasil perancangan... IV-Error! Bookmark not defined. 4.3. Hasil Pembuatan... IV-Error! Bookmark not defined.
8 4.4. Hasil Perakitan... IV-Error! Bookmark not defined. 4.5. Hasil Pengujian... IV-Error! Bookmark not defined. 4.5.1. Pengujian debit udara angkat... IV-Error! Bookmark not defined. 4.5.2. Pengujian gaya dorong... IV-Error! Bookmark not defined. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... V-Error! Bookmark not defined. 5.1. Kesimpulan... V-Error! Bookmark not defined. 5.2. Saran... V-Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA
9 DAFTAR GAMBAR Gambar II 1 Thrust force pada hovercraft... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 2 Koefisien Cw... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 3 Lift force pada hovercraft... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 4 Pleuneum chamber... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 5 Peripheral jet... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 6 Langkah kompresi dan hisap... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 7 Langkah usaha dan buang... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 8 Proses pembuangan... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 9 Langkah hisap... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 10 Langkah kompresi... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 11 Langkah kerja... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 12 Langkah buang... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 13 Fan sentrifugal... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 14 Fan radial dengan blade datar... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 15 forward-curved fan... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 16 Backward inclined fan dengan blade datarii-error! Bookmark not defined. Gambar II 17 Backward inclined fan dengan blade lengkungii-error! Bookmark not defined. Gambar II 18 Backward inclined fan dengan blade airfoilii-error! not defined. Bookmark Gambar II 19 Fan axial... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 20 Fan propeller... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 21 Fan pipa axial... II-Error! Bookmark not defined. Gambar II 22 Fan dengan baling-baling axial... II-Error! Bookmark not defined. Gambar III 1 Diagram alir... III-Error! Bookmark not defined.
10 Gambar IV 1 Konsep perancangan... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 2 Backward inclined fan dengan blade airfoiliv-error! not defined. Bookmark Gambar IV 3 Yamaha Jupiter mx engine... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 4 Fan housing... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 5 Daerah input housing fan... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 6 Bagian belakang housing fan... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 7 Bagian tengah housing fan... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 8 Poros transmisi... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 9 Dudukan bearing... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 10 Dudukan mesin... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 11 fan dan sistem transmisi hovercraftiv-error! Bookmark not defined. Gambar IV 12 Assembly mini hovercraft... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 13 Konsep sistem hovercraft... IV-Error! Bookmark not defined. Gambar IV 14 fan axial... IV-Error! Bookmark not defined.
11 DAFTAR TABEL Tabel III 1 Tabel alternatif pemilihan sistem hovercraftiii-error! Bookmark not defined. Tabel III 2 Pemilihan fan... III-Error! Bookmark not defined. Tabel IV 1 Spesifikasi mesin... IV-Error! Bookmark not defined. Tabel IV 2 Data hasil pengujian fan 1... IV-Error! Bookmark not defined. Tabel IV 3 Data hasil pengujian fan 2... IV-Error! Bookmark not defined. Tabel IV 4 Data hasil pengujian gaya dorong.. IV-Error! Bookmark not defined.
12 Lampiran A Daftar Riwayat Hidup Lampiran B Tabel Standar Pasak Lampiran C Koefisien Cw Lampiran D Gambar Kerja DAFTAR LAMPIRAN
13 DAFTAR SIMBOL Ra : Aerodynamic Profile Drag atau Tahanan Udara (N) Ca : Koef. aerodynamic profil drag untuk hovercraft ρ a : Massa jenis udara (kg/m 3 ) Sa : Luas permukaan hovercraft diatas air (m 2 ) v : Kecepatan hovercraft (m/s) Bc : Cushion beam (m) ρ w :Massa jenis air (km/m 3 ) C w :Koef. Wave making drag Rw : Air Cushion Wave-making Drag (N) Fr : Froud Number g : Gravitasi (m/s 2 ) lc : Length overall (m) Rm : Aerodynamic Momentum Drag atau Tahanan Momentum (N) Q : Debit Udara Angkat (m 3 /s) Rsk 1 : Wet Drag Of The Skirt (N) Rsk 2 : Wave Making Drag Due To Skirt (N) R w : Air Cushion Wave Making Drag (N) S c : Luas Cushion Pressure (m 2 ) q w : Hydrodynamic Head Due To Craft Speed (N/m 2 ) Csk 1 : Koef. Hydrodynamic Drag Csk 2 : koef. wave making drag skirt h : air clearance (m) R T : Tahanan Total (N) Ni : Daya sistem lifter (watt) H : Tekanan total fan (N/m 2 ) η f : Effisiensi fan (%)
14 η m : Effisiensi transmisi (%) Q :Koefisien aliran udara angkat hovercraft Pc : Tekanan oleh berat total hovercraft terhadap luasan bantalan tekan (N/m 2 ) H : Koefisien tekanan total fan U 2 : Circular velocity of the fan impeller (m/s) l j : Panjang Skirt (m) W : Berat total hovercraft (kg) Ψ i :Sudut antara permukaan hovercraft dengan permukaan gelombang ( )
15 DAFTAR PUSTAKA 1. Yun, L dan Bliault, A.2000.Theory and design of air cushion craft.london: Arnold.A Member Of The Holder Headline 2. Dwi, H.Y.2008.Perencanaan system thruster dan lifter sistem terpisah untuk hovercraft militer dengan payload 15 TON.Surabaya: Kampus ITS. 3. Sularso.1997.Dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin.Jakarta:PT Pradnya Paramita. 4. Suryanto. 1995.Elemen Mesin 1. Bandung: Unit Penerbit Politeknik. 5. Sonarwan, H.2003.Las listrik SMAW dan hasil pengelasan.bandung: Alfabeta. 6. http://www.yamaha-motor.co.id, tanggal unduh 21 April 2012. 7. http://www.balitbang.kemhan.go.id, tanggal unduh 21 April 2012. 8. http://en.wikipedia.org/hovercraft, tanggal unduh 21 April 2012. 9. http://aneka45.blogspot.com/hovercraft.html, tanggal unduh 21 April 2012. 10. http://ototest.otomotifnet.com, tanggal unduh 3 Mei 2012. 11. http://supermotoindonesia.com/rasio-sprocket, tanggal unduh 3 Mei 2012. 12. http://www.alpensteel.com/article/47-103-energi-angin--wind-turbine--windmill/2926--alat-pengukuran-angin.html, tanggal unduh 18 Mei 2012.