Jurnal Mangrove dan Pesisir IX (1), Februari 2009: 38-47 ISSN: 1411-0679 PENGARUH ARUS TERHADAP TEGANGAN DAN BENTUK KELENGKUNGAN MODEL TRAMMEL NET Gondo Puspito Lab. Teknologi Alat Penangkapan Ikan Departemen Pemanfaatan Sumberdaya Perikanan, FPIK - IPB Diterima 17 Juli 2008 Disetujui 15 September 2008 ABSTRACT This study tried to find out the influence of current to tension and curve shape of a trammel net model. The tension of trammel net was mainly caused by tension of net and float line. The tension of net and float line were caused by hydrodynamic forces. Drag force F Dn of net was formulated by F Dn = - 0,000205 V 1,64 ( -90) 2 + 2,11 V 1,63. Lift force F Ln of net was calculated by equation of F Ln = (0,243V 1,97 /45) for 0 o 45 o, F Ln = [(0,911V 1,79-0,243V 1,97 )/22,5 ]( - 45) + 0,243V 1,97 (45 o 67,5 o ) and F Ln = - (0,911V 1,79 /22,5)( - 67,5) + 0,911V 1,79 (67,5 o 90 o ). While the equations for determining hydrodynamic force of float line were F Df = F Df90 sin 2 + F Df0 cos 2 (F Df90 and F Df0 are drag force of float line with attack angles = 0 and 90 o to current direction), F Lf = F Lfmax (sin 90 / s - ) 2,5 for 0 s and F Lf = F Lfmax (cos 90 /(90 - s )( - s )) 1,5 ( s 90). Angles and s were attack angle and maximum angle. Mathematical calculation by using these equations gave satisfactory result. The tension and curve shape of trammel net model obtained from calculation were almost similar with those of experiment. Key words: Tension, sinker line, net, float line, towing, drag force, lift force, attack angle, maximum angle, and hydrodynamic force. PENDAHULUAN 1 Trammel net yang dioperasikan secara aktif sangat dipengaruhi oleh 2 macam gaya, yaitu gaya hidrodinamika dan gesek. Gaya hidrodinamika disebabkan oleh gerakan jaring dan tali pelampung terhadap arus, sedangkan gaya gesek disebabkan oleh gesekan antara tali pemberat dengan permukaan dasar perairan. Penelitian ini mencoba memecahkan hanya pengaruh arus terhadap tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net. Penentuan tegangan pada kedua ujung model trammel net diukur pada kedua ujung tali pelampung -- diperlukan untuk penyesuaian terhadap kekuatan perahu penarik, ukuran alat, jumlah jaring dan arah penarikan. Adapun penentuan bentuk kelengkungan model trammel net dapat digunakan untuk memperkirakan luas wilayah dasar perairan yang disapu jaring selama operasi penangkapan. Tegangan pada kedua ujung tali pelampung model trammel net akibat arus disebabkan oleh gaya hidrodinamika yang mengenai seluruh bagian alat, kecuali tali pemberat. Gaya hidrodinamika tersebut terdiri atas drag F D dan lift F L yang bekerja tegak lurus antara satu dengan lainnya. Telp: Email: Besarnya tegangan pada ke-2 ujung tali pelampung sangat tergantung pada sudut hadang antara tali pelampung dengan arah arus, kecepatan arus V dan persentase penenggelaman Ps pelampung (Pode, 1951). Persentase penenggelaman merupakan perbandingan antara bagian pelampung yang berada di dalam air dengan badan pelampung secara keseluruhan. Peningkatan sudut hadang akan menyebabkan nilai drag F D dan lift F L meningkat. Penelitian untuk menentukan drag F D atau lift F L yang disebabkan oleh pergerakan sebuah bidang telah dilakukan oleh Tauti (1934), Miyazaki (1964a) dan Miyazaki and Takahashi (1964a) serta Miyazaki (1964b). Penentuan gaya drag F D atau gaya lift F L seutas tali yang diletakkan menghadang arus diteliti oleh Miyazaki dan Takahashi (1964b) dan Miyazaki (1964c dan 1964d). Namun demikian, tidak ada informasi mengenai gaya drag F D atau gaya lift F L ketika suatu alat terdiri atas banyak elemen -- membentuk berbagai sudut hadang terhadap arus. Penelitian ini bertujuan untuk: Menentukan persamaan-persamaan yang menerangkan tahanan jaring dan tali pelampung akibat arus untuk digunakan pada penentuan tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net secara
39 Pengaruh Arus Terhadap Tegangan dan Bentuk matematis, dan membuktikan apakah perhitungan matematis dapat menggambarkan tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net yang sebenarnya. PROSEDUR PENELITIAN Drag F Dn dan Lift F Ln Jaring. Gambar 1 menunjukkan jaring yang terpasang pada kerangka dan posisi pengukurannya terhadap arah arus. Kerangka atas terbuat dari papan berukuran 143 15 1,5 (cm), sedangkan kerangka samping masing-masing terdiri atas papan berbentuk sayap pesawat model NACA 001 dengan panjang 91 cm, lebar 9 cm dan tebal terbesar 0,9 cm. 65 cm Arus Load cell Gambar 1: Posisi jaring pada Kerangka dan Posisinya Terhadap Arus Jaring yang diuji -- pembentuk model trammel net - - berukuran 120 46,5 (cm) dihubungkan ke papan kerangka dengan 2 utas benang jahit. Jaring yang digunakan terbuat dari benang PA multifilament 210D/2 dengan diameter benang 0,385 mm, tipe simpul Weaver s knot, ukuran mata 16,4 cm, dan rasio penggantungan primer 29,3%. Jaring dialiri arus berbagai kecepatan dengan sudut hadang = 90; 67,5; 45; 22,5; dan 0 o. Selanjutnya kerangka tanpa jaring dengan sudut = 0 dan 90 o juga dialiri arus. Tegangan diukur dengan load cell. Drag F Df dan Lift F Lf Tali Pelampung. Tali pelampung tersusun atas 12 pelampung karet sintetis berbentuk elips. Panjang pelampung 7,60 cm, sisi 2,94 cm, tengah 3,65 cm dan lubang 0,6 cm. Ke-12 pelampung dihubungkan dengan benang jahit dan dihubungkan ke papan dengan batang besi (Gambar 2). Jarak antar pelampung 2,20 cm. Pada pengujian, pelampung ditenggelamkan pada kedalaman 1,33 cm (36%), 1,83 cm (50%), 2,33 cm (64%), dan 3,65 cm (100%). Pengukuran drag dan lift tali pelampung dilakukan pada sudut hadang = 0 o, 15 o, 30 o, 45 o, 60 o, 75 o, dan 90 o dengan kecepatan arus 30 cm/detik. Load cell Arus Gambar 2: Posisi Tali Pelampung Pada Kerangka dan Sudut Hadang Yang Dibentuk.
40 Jurnal Mangrove dan Pesisir, IX (1): 38-47 Tegangan dan Bentuk Kelengkungan Model Trammel Net. Susunan peralatan di atas flume tank diilustrasikan pada Gambar 3. Adapun konstruksi model trammel net diterangkan pada Gambar 4. Pada bagian dalam kerangka dibentuk segititiga berukuran 120 120 (cm) dengan benang karet. Sisi segitiga yang sejajar arus menjadi sumbu y dan lainnya sumbu x. Pada sisi miring segitiga diberi tanda pada setiap jarak 20 cm sebagai titik pengukuran. Posisi titik ukur 1 Puspito berada pada ujung sumbu y. Lorong flume tank yang menjadi tempat ujicoba berukuran 15 2 1,20 (m) dengan ketinggian air 100 cm. Pada pengujian, ujung bergerak tali pelampung terkait ke load cell yang berada di atas lori ditempatkan pada setiap titik pengukuran dan dialiri dengan arus berkecepatan 19,5 cm/detik. Tegangan diukur dengan load cell dan bentuk kelengkungan model direkam dengan kamera. FLUME TANK Papan Titik ukur Lori + load cell Arus Rel flume tank Tali penarik Penampang atas model trammel net Rel Tali karet Gambar 3: Current meter Motor penarik Susunan Peralatan untuk Menentukan Tegangan dan Bentuk Kelengkungan Trammel Net 120 cm 46,5 cm Gambar 4: Konstruksi Model Trammel Net HASIL DAN PEMBAHASAN Drag F Dn dan Lift F Ln Jaring. Studi mengenai hubungan antara tahanan jaring terhadap arus telah dipelajari oleh Miyatake (1927), Miyamoto et. all, (1952), Miyamoto dan Nomura (1953), dan Tauti (1934). Nilai tahanan
41 Pengaruh Arus Terhadap Tegangan dan Bentuk sangat ditentukan oleh sudut antara jaring dengan arus. Persamaan yang menggambarkan hubungan antara kecepatan arus V dengan tahanan dituliskan pada Tabel 1. Tabel 1: Persamaan drag F Dn dan lift F Ln kerangka+jaring dan kerangka pada berbagai sudut hadang. No Kerangka + jarring Kerangka ( o ) Drag F Dn Lift F Ln Drag F Dn Lift F Ln 1. 0 0,61 V 1,55 0,082 V 1,95 0,071 V 1,66 0,0094 V 2,51 2. 22,5 1,25 V 1,64 0,100 V 2,10 - - 3. 45 1,46 V 1,66 0,243 V 1,97 - - 4. 67,5 2,32 V 1,61 0,911 V 1,79 - - 5. 90 1,99 V 1,64 0,106 V 2,10 0,108 V 1,69 0,0184 V 2,51 Drag F Dn. Pada Gambar 5 berdasarkan Tabel 1 didapatkan persamaan drag hasil perhitungan, yaitu F Dn = -0,0089( - 90) 2 + 90,0 (10 cm/detik), F Dn = -0,0279( - 90) 2 +278,7 (20 cm/detik), F Dn = -0,0543( - 90) 2 +540,2 (30 cm/detik), F Dn = -0,0870( - 90) 2 +863,7 (40 cm/detik), dan F Dn = -0,1260( - 90) 2 +1243,2(50 cm/detik). Penyederhanaannya menjadi F Dn = - a ( -90) 2 +b. Hubungan antara kecepatan arus V dengan a dan b digambarkan dengan persamaan a = 0,000205 V 1,64 dan b = 2,11 V 1,63. Oleh karena itu, persamaan untuk menghitung drag menjadi F Dn = - 0,000205 V 1,64 ( -90) 2 + 2,11 V 1,63. Perhitungan Eksperimen V = 50 cm/det. V = 40 cm/det. V = 30 cm/det. V = 20 cm/det. V = 10 cm/det. Gambar 5: Perbandingan Antara Drag Jaring Hasil Perhitungan dan Eksperimen Lift F Ln. Cara penghitungan lift sama dengan drag. Nilai lift = 0 pada = 0 dan 90 o. Dari Gambar 6, ada 3 persamaan berdasarkan interval sudut. F Ln = (0,243V 1,97 /45) untuk 0 o 45 o, F Ln = (0,911V 1,79-0,243V 1,97 )/22,5 ]( - 45) + 0,243V 1,97 (45 o 67,5 o ) dan F Ln = - (0,911V 1,79 /22,5)( - 67,5) + 0,911V 1,79 (67,5 o 90 o ).
42 Jurnal Mangrove dan Pesisir, IX (1): 38-47 Puspito Gambar 6: Perbandingan antara Lift Jaring Hasil Perhitungan dan Pengujian pada Kecepatan Arus V = 10, 20, 30, 40, dan 50 cm/detik. Drag F Df dan Lift F Lf Tali Pelampung. Gambar 7 memperlihatkan drag dan lift yang bekerja pada sebuah tali pelampung akibat dialiri oleh arus. Besarnya gaya-gaya ini tergantung pada sudut hadang, kecepatan arus V dan kedalaman pelampung. Dari hasil pengukuran didapatkan beberapa persamaan yang menerangkan hubungan antara kecepatan arus V dengan drag F Df dan lift F Lf (Tabel 2). Tabel 2: Persamaan Drag untuk Sudut = 0 o (f df0) dan 90 o (f df90) pada setiap Persentase Penenggelaman ps. No. Ps F Df0 F Df90 1. 36% 0,00214 V 2,20 0,0544 V 1,88 2. 50% 0,00278 V 2,20 0,1090 V 1,88 3. 64% 0,00380 V 2,20 0,1790 V 1,88 4. 100% 0,00495 V 2,20 0,2750V 1,88 36% 50% 64% 100% F Lf F Df Kisaran sudut s 52 62 Gambar 7: Drag dan Lift yang Bekerja pada Tali Pelampung Drag F Df. Persamaan yang menjelaskan hubungan antara drag dan kecepatan arus adalah F Df = av b. Nilai a akan meningkat dengan bertambahnya persentase penenggelaman Ps dan sudut. Dari perhitungan didapatkan persamaan F Df0 = a D0 V 2,20 dan F Df90 = a Df90 V 1,88 (Tabel 2). Hubungan antara Ps dengan a D0 dan a D90 digambarkan dengan persamaan a D0 = 0,000044 Ps + 0,000664 dan a D90 = 0,00343 Ps - 0,0601. Miyazaki (1964d) menuliskan rumus untuk menentukan drag, yaitu F Df = F Df90 sin 2 + F Df0 cos 2. Lift F Lf. Persentase penenggelaman Ps 50% dijadikan acuan pada penentuan lift. Nilai a L dari ke-4 Ps harus dibagi dengan nilai a L pada Ps 50% (a L50 ). Rumusnya menjadi F Lf15 = 0,0039 V 2,05 untuk sudut = 15 o, F Lf30 = 0,0190 V 1,93 ( = 30 o ), F Lf45 = 0,0516 V 1,80 ( = 45 o ), F Lf60 = 0,0911 V 1,65 ( = 60 o ), dan F Lf75 = 0,1420 V 1,35 ( = 75 o ).
43 Pengaruh Arus Terhadap Tegangan dan Bentuk Adapun hubungan antara a L /a L50 dan Ps dijelaskan dengan persamaan a L /a L50 = 0,0341 Ps 0,686. Dari grafik yang menggambarkan hubungan antara sudut dan nilai lift hasil penelitian, selanjutnya ditentukan sudut maksimum s (Tabel 3). Perubahan nilai sudut s hanya disebabkan oleh kecepatan arus V dan bukan persentase penenggelaman Ps. Hubungan antara sudut s dan V dituliskan dalam bentuk s = 61,3-0,157 V. Sudut s dipakai untuk menghitung lift F L secara teoritis dengan persamaan F Lf = F Lfmax (sin 90/ s - ) 2,5 untuk 0 s dan F Lf = F Lfmax (cos 90 /(90 - s )( - s )) 1,5 ((s ( ( ( 90o). Penyederhanaan kedua rumus tersebut menjadi QUOTE. Hubungan antara a L dan sudut s dijelaskan pada Gambar 8. Persamaan yang didapatkan dari Ps 50% pada 45 o 60 o adalah a L = 0,00263 s 0,0667. Hubungan antara sudut dan b L pada Ps 50% dijelaskan dengan persamaan b L = 2,25 0,0100 s. Tabel 3: Nilai a L dan b L yang Baru Setelah Nilai b L Diseragamkan pada Kecepatan Arus 30 cm/detik. No. V arus s Rata- (cm/det) 36% 50% 64% 100% Rata 1 10 59 58 61 63 62,0 2 20 58 57 50 60 58,0 3 30 56 55 50 57 56,5 4 40 55 54 50 55 55,0 5 50 55 53 50 52 53,5 6 60 54 52 50 50 52,0 Gambar 8: Hubungan antara Sudut Maksimum s dengan a L. Tegangan dan Bentuk Kelengkungan Model Trammel Net. Gambar 9 menjelaskan bentuk model trammel net akibat pengaruh arus. Posisi awal model trammel net adalah sejajar dengan sumbu y dari suatu sistem koordinat empat persegi panjang. Sistem koordinat yang bergerak (X,Y) dengan titik pusat O (x a,y a ) terletak pada puncak kelengkungan. Elemen ds pada sembarang titik di sepanjang model trammel net dalam kondisi keseimbangan dibawah pengaruh 1. tegangan T dan T+dT, 2. drag F d, dan 3. lift F L. Tegangan sudut memiliki nilai negatif jika terletak pada sisi kiri kelengkungan dan positif di sisi kanan kelengkungan. Masing-masing sudut dinyatakan sebagai 1 dan 2.
44 Jurnal Mangrove dan Pesisir, IX (1): 38-47 Puspito F DD y /2+ T A F LL (-) Y d d Sisi kiri T + dt F D O (x a,y a) /2- M X T S(+) S(+) 1(+) x F L 2(-) 45 o ds (+) Sisi kanan d 0 B T + Gambar 9: Bentuk Kelengkungan dan Gaya-gaya yang Bekerja pada Elemen ds pada Sisi Kiri dan Kanan Puncak Kelengkungan Model Trammel Net Akibat Dialiri Arus (1). Pemecahan sisi kiri puncak kelengkungan Keseimbangan gaya dan geometri elemen ds dijelaskan oleh persamaan berikut (Pode, 1951 dan Kawakami, 1981). Diketahui bahwa: dan 1. 2 dan 3 Mengingat d sangat kecil, maka persamaan 1 dan 2 menjadi:. 4 dan 5 Pembagian antara persamaan 5 dengan 6 akan menghasilkan persamaan berikut.. 6. 7 Integrasi persamaan 7 pada kondisi T = T o untuk = 0 o menghasilkan persamaan berikut. Substitusi persamaan 8 ke 6 menghasilkan persamaan berikut.. 8. 9 Selanjutnya, substitusi persamaan 9 kedalam persamaan 3 dan 4 menghasilkan:
45 Pengaruh Arus Terhadap Tegangan dan Bentuk dan 10 11 Terakhir, 2 persamaan berikut didapatkan. dan 12 13 (2). Pemecahan sisi kanan puncak kelengkungan Kondisi keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada elemen ds adalah: dan 14. 15 Mengingat T = T o untuk = 0, maka sebagai akibatnya: dan 16. 17 Pembagian antara persamaan 16 dengan 17 memberikan hasil berikut:. 19 Integrasi persamaan 19 akan menghasilkan persamaan:. 20 Substitusi persamaan 20 kedalam persamaan 17 mengakibatkan:. 21 Substitusi persamaan 21 kedalam persamaan 3 dan 4 akan menghasilkan dx dan dy. Selanjutnya, nilai x dan y dapat ditentukan dengan persamaan 12 dn 13. Koordinat kelengkungan dan tegangan pada kedua ujung tali pelampung model trammel net dapat dihitung secara numerik setiap = 0,1 o dengan persentase penenggelaman 50%. Perhitungan didasarkan atas persamaan 3 sampai dengan persamaan 21. Tegangan T 1 pada ujung bergerak model trammel net didapatkan dari rumus T 1 = T e / cos ( - 1 ). T e adalah tegangan yang diperoleh dari penelitian. Penentuan tegangan dan bentuk tali ris pelampung model trammel net ternyata hanya dapat dilakukan mulai dari titik ukur 4. Bentuk kelengkungan model trammel net ketika ujung bergeraknya berada pada titik 2 dan 3 sangat tidak stabil. Pelampung yang berada dekat dengan puncak kelengkungan selalu bergerak turun-naik. Akibatnya, perekaman data sangat sulit dilakukan. Gambar 10 menjelaskan tegangan T 1 trammel net yang didapat dari eksperimen dan perhitungan. Gambar 11 mengilustrasikan bentuk kelengkungan model trammel net. Tegangan dan bentuk kelengkungan yang didapat dari penelitian relatif sama dengan bentuk kelengkungan yang dihasilkan dari perhitungan. Dengan demikian, tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net yang dialiri arus dapat diperkirakan dengan perhitungan matematis.
46 Jurnal Mangrove dan Pesisir, IX (1): 38-47 Puspito Perhitungan Eksperimen Gambar 10: Tegangan T 1 model trammel net pada setiap titik pengukuran akibat dialiri arus dengan kecepatan 19,5 cm/detik. Perhitungan Eksperimen Gambar 11: Bentuk kelengkungan model trammel net akibat dialiri arus dengan kecepatan 19,5 cm/detik. KESIMPULAN Tiga kesimpulan yang didapat dari hasil penelitian adalah : 1. Persamaan untuk menghitung drag F Dn dan lift F Ln jaring dirumuskan dengan F Dn =- 0,000205V 1,64 ( -90) 2 + 2,11 V 1,63 dan F Ln = (0,243V 1,97 /45) (0 o 45 o ), F Ln = [(0,911V 1,79-0,243V 1,97 )/22,5 ]( - 45) + 0,243V 1,97 (45 o 67,5 o ) dan F Ln = - (0,911V 1,79 /22,5)( - 67,5) + 0,911V 1,79 (67,5 o 90 o ); 2. Persamaan yang dapat menggambarkan tahanan hidrodinamik tali pelampung adalah F Df = F Df90 sin 2 + F Df0 cos 2, F Lf = F Lfmax (sin 90/ s - ) 2,5 untuk 0 s dan F Lf = F Lfmax (cos 90 /(90 - s )( - s )) 1,5 untuk s 90; dan 3. Tegangan dan bentuk kelengkungan model trammel net yang didapat dari hasil perhitungan secara matematis hampir sama dengan hasil penelitian. DAFTAR PUSTAKA Kawakami, T. 1981. An introduction to fishing analysis. Kouseisha Kouseikaku, Tokyo. 33-45. Miyatake. 1927. On the plane nets I. Resistance of plane nets in water. J. Imp. Fis. Inst, 23(2), Tokyo, Japan. Miyamoto, H., M. Nomura, and Y. Shimozaki. 1952. Resistance of plane net against the flow of water-ii. Effect of knot type on the resistance of net. Bull. Jp. Soc. Fish., 17(8,9), Tokyo, Japan. 39-44. Miyamoto, H. & M. Nomura. 1953. Resistance of plane net against the flow of water-ii. Effect of different shape of the mesh upon the resistance of net against the flow. Bull. Jp. Soc. Fish., 18(7), Tokyo, Japan. 327-330. Miyazaki, Y. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(i). The resistance of wire gauges. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan. 79-88. Miyazaki, Y. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(vi). The resistance of plane nets placed
47 Pengaruh Arus Terhadap Tegangan dan Bentuk obliquely to the stream. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan. 125-134. Miyazaki, Y. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(iv). The resistance of ropes and plane nets in water. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan.. 105-110. Miyazaki, Y. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(v). The resistance of ropes placed obliquely to the stream. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan.111-123. Miyazaki, Y and T. Takahashi. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(iii). The Resistance of plane nets. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan. pp. 95-103. Miyazaki, Y and T. Takahashi. 1964. Basic investigation on the resistance of fishing nets-(ii). The resistance of ropes. J. Tokyo University of Fisheries, 50, Tokyo, Japan. 89-94. Pode. 1951. Tables for computing the equilibrium configuration of a flexible cable in a uniform stream. Rep. David Taylor Model Basin 687, Washington. 103-157. Tauti,M.1934. The force acting onthe plane net ini motion trough the water. Bull. Jp. Soc. Fish., 3(1), Tokyo, Japan. 1-4.