## Pengembangan Alat Ukur Berbasis Loadcell Untuk Pengujian Tahanan Model Kendaraan Tempur Amphibi
Teddy S. Setiahardja 1

## Abstrak
Pengujian  tahanan  kapal  yang  biasa  dilakukan  di  laboratorium  hidrodinamika  pada  umumnya menggunakan dinamometer pengukur tahanan yang sudah terintegrasi dalam sistem peralatan di kolam uji  (Towing  Tank).  Terkait  dengan  pengujian  tahanan  model  yang  khusus  seperti  model kendaraan tempur amphibi, dilakukan perancangan dan pengembangan alat ukur tahanan model berbasis loadcell untuk memenuhi  situasi  dan  kondisi  model  tersebut.  Validasi  dan  verifikasi  alat ukur tahanan dilakukan dengan langsung melakukan pengujian terhadap model fisik kendaraan tempur amphibi yang mempunyai  skala  1:3, data hasil pengukuran dibandingkan  dengan  data  yang  diperoleh  dari  simulasi atau  perhitungan  secara  numerik. Adanya perbedaan  data  hasil  pengujian  model fisik  sebesar  1,71% dengan data perhitungan  numerik  menunjukkan  bahwa  alat  uji  tahanan  yang  dikembangkan  dapat diandalkan dan digunakan untuk pengujian-pengujian tahanan model berikutnya.
Kata kunci : pengujian tahanan kapal, alat ukur tahanan, loadcell, perhitungan numeric

## Abstract
Ship resistance testing is usually done in hydrodynamics laboratories typically use the measuring resistance dynamometer is already integrated in the system in the swimming test equipment (Towing Tank). Associated with resistance testing specific models such  as models  of amphibious combat vehicles, the  design and development  of measurement-based model prisoner loadcell to meet  the situation and condition of the model. Validation and verification of measuring instruments is done by direct resistance testing on physical models  of amphibious combat  vehicles that have  a 1:3 scale, measurement  data compared with data obtained from simulation or numerical computation. The difference  of data of  physical model test  results of 1.71% with numerical data shows that prisoners who developed test equipment is reliable and used for the tests next model prisoner .
Keywords : Ship Resistance testing, Measuring Resistance, loadcell, numeric Calculation

## PENDAHULUAN
Pengujian  tahanan model dilaksanakan  untuk mendapatkan data tahanan lambung model pada setiap kecepatan.  Tahanan  model  dan  kecepatannya  diukur secara simultan.
Tahanan  adalah komponen  gaya  yang  melawan gerakan  maju  dari  model.  Tahanan  ditentukan  dengan mengukur  gaya  tarik  terhadap  model. Model  ditarik pada kondisi berat displasmen yang sesuai.
Adanya  pengujian  terhadap  model-model  yang khusus,  misal adanya alat  transportasi khusus serta keharusan  untuk  menguji  model  ukuran  kecil,
penggunaan alat ukur standar tidak dapat dilakukan.
Untuk itu perancangan dan pengembangan sebuah alat  ukur tahanan  model yang  sesuai  dengan  situasi dan kondisi model tersebut harus dilakukan.
Laboratorium  Hidrodinamika  UPT-BPPH,  BPPT, menghadapi  hal  semacam  ini  dalam  melaksanakan pekerjaan pengujian model kendaraan tempur amphibi roda  rantai  yang  didesain  PT.  Pindad  atas  prakarsa Dislitbang TNI-AL.
Dengan  berbasis  pada  penerapan loadcell yang biasa digunakan secara  luas untuk  mengukur  beban atau  gaya,  maka  dikembangkanlah  sebuah  alat  uji tahanan  yang  dapat  diterapkan  pada  model-model
1 UPT BPPH - BPPT, Surabaya
berukuran  kecil  dengan  kapasitas  beban  atau  gaya yang sesuai.

## TEORI DAN METODA PERANCANGAN

## Teori
Teori yang digunakan dalam mengembangkan alat uji  tahanan  ini  adalah  bahwasanya  air  yang menyelubungi  bagian  lambung  model  yang  terbenam ke  dalam  air  akan  memberikan  tahanan  seiring kecepatan  laju  dari  model.  Besarnya  tahanan  ini dipengaruhi  oleh  bentuk  lambung  dan  kecepatan bergerak  maju  dari  model,  sehingga  yang  paling berperan  adalah  gaya  gesek  antara  permukaan lambung model dengan air.
Prinsip  alat  ukur  tahanan  yang  dikembangkan  ini adalah  bagaimana  suatu  alat  dapat  mengukur  gaya tahanan dari air saat model bergerak  maju pada setiap kecepatan  yang  ditentukan.  Gambar  1. menunjukkan skema  konfigurasi  pengujian  tahanan  sebuah  model kapal.
Gambar 1. Konfigurasi pengujian tahanan di kolam uji.
Berdasarkan  gambar  1  tersebut  dikembangkan sebuah alat ukur tahanan yang mengintegrasikan force transducer dan peredam  kejut  (shock  absorber) menjadi satu kesatuan sistem yang utuh. Pada kegiatan pengembangan  alat  ukur ini, force  transducer atau sensor  pengukur  gaya  diwakili  sebuah loadcell tipe tarik-tekan dengan  kapasitas  yang  sesuai  atau  mampu ukur  pada  maksimum  gaya  yang  akan  ditimbulkan pada  saat  pengujian. Shock  absorber yang  berfungsi meredam timbulnya beban kejut bertujuan tidak hanya melindungi loadcell tetapi  juga  untuk  mendapatkan pengukuran gaya yang stabil.
Shock  absorber ini diwujudkan  oleh  keberadaan compression spring atau pegas tekan yang ditempatkan di  bagian  depan  dari loadcell.  Pegas  tekan  ini dirancang  ada  dua  buah  menjepit  batang  penarik model uji.

## Metoda Perancangan
Metoda perancangan dalam
kegiatan pengembangan  alat  uji  adalah  dengan  melakukan langkah-langkah  berikut.  Pertama,  menentukan  jenis dan kapasitas loadcell yang akan digunakan. Kapasitas loadcell ini  dapat  ditentukan  dengan  terlebih  dahulu menghitung  berdasarkan  data-data  utama  model  uji, seperti  ukuran  utama  serta gambar  model  uji,  dan dihitung menggunakan formula atau rumus pendekatan (empiris)  perhitungan  gaya  tahanan  kapal. Kedua, menentukan  ukuran  pegas  tekan  yang  sesuai  dengan kapasitas loadcell dan situasi ruangan dimana alat ukur ini akan ditempatkan pada model uji.
Acuan  gaya  yang  digunakan  untuk  merancang pegas  tekan  cukup 10%  dari  kapasitas  maksimum loadcell yang  digunakan  yaitu  sebesar  500  N  dari loadcell tarik-tekan dengan kapasitas 5000 N. Loadcell yang  digunakan  adalah loadcell yang  ada  dan  mudah diperoleh  di  pasaran. Dengan  menerapkan  rumus persamaan  pegas
dapat  dirancang  ukuran pegas seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Pegas tarik untuk alat ukur tahanan model.
Langkah  ketiga,  adalah  merancang  konstruksi loadcell dan  pegas  tekan  yang  akan  menghubungkan batang  penarik  dengan  model  uji. Dirancang  juga batang penarik yang sesuai dengan kondisi kereta tarik di  kolam  uji.  Gambar 3. menunjukkan gambar konstruksi  alat  ukur  tahanan  model. Gambar  4. memperlihatkan  alat  uji  tahanan  model  dengan loadcell terpasang.
Dengan menambahkan batang penghubung melalui sebuah universal joint ke titik tangkap pada model uji, maka lengkaplah konstruksi alat uji tahanan model ini.
Langkah selanjutnya, adalah melakukan pengujian
tahanan model kendaraan tempur amphibi di kolam uji tarik  (Towing  Tank)  sekaligus  sebagai  proses  validasi dan verifikasi kehandalan alat uji tahanan model ini.

## VALIDASI DAN VERIFIKASI
Untuk  memperoleh  keyakinan  penggunaan  alat ukur  tahanan  model  maka  dilakukan  validasi  dan verifikasi melalui pengujian tahanan langsung terhadap model kendaraan tempur amphibi roda rantai yang  sudah  tersedia  seperti  ditunjukkan Gambar 5., serta  membandingkan  hasil  pengujian  tahanan  dengan hasil perhitungan secara numerik.
Model yang  diuji mempunyai  data utama  dan spesifikasi seperti tercantum pada Tabel 1.

## Pembuatan Model
Untuk  memperoleh  besar  tahanan  kendaraan tempur amphibi roda  rantai melalui  metode  uji  model fisik, digunakan model Tank Amphibi BTR 50 dengan skala  1:3. Pemilihan  skala model  didasarkan  pada kondisi  kolam  dan kemampuan  peralatan.  Material yang  digunakan  untuk  membuat  konstruksi  ini  adalah kayu.  Model  dibuat  berdasarkan  data  yang  diberikan oleh  PT.  PINDAD  yakni gambar  Bodyplan  dan  Data Ukuran Utama.

## Gambar 3. Gambar konstruksi alat ukur tahanan model.
Sebelum  dilakukan  pengujian  terlebih  dahulu dilakukan  distribusi  berat  baik  secara  memanjang maupun melintang sedemikian rupa sehingga diperoleh  sarat  air (draft) dan berat displasmen  yang disyaratkan  tercapai  dengan  menempatkan  beberapa pemberat diatas model.
Tabel 1. Data utama kendaraan tempur amphibi roda rantai tipe BTR 50
Awak + Penumpang 2 + 20 orang Dimensi (P x L x T) 6895 x 2995 x 1550 mm Berat tempur 17,84 ton Ground clearence 0.34 m Mesin 6-cylinder diesel, 240 HP Range 240 km Kapasitas tangki Bahan Bakar 400 liter Kecepatan di darat 45 km/jam Kecepatan di air 10 Km/jam Daya Tanjak 38% Kemiringan 18% Loncat Parit 2.8 m Rintangan Tegak 1.1 m Tipe roda Rantai

## Hasil perhitungan dengan metoda numerik
Prediksi  tahanan  (resistance)  adalah    prediksi untuk  mengetahui  besarnya  gaya longitudinal yang bekerja  pada  suatu  benda  yang  bergerak  di  air  pada kecepatan  tertentu.  Untuk  bergerak  di  air  suatu  benda memerlukan  tenaga  untuk  melawan  gaya  tersebut. Perhitungan resistance diperlukan  untuk  mengetahui besarnya  tenaga  yang  diperlukan  tank  amphibi  untuk bergerak  di air  pada  kecepatan  yang  direncanakan, serta  mengetahui  kecepatan  yang  bisa  dicapai  dengan menggunakan tenaga mesin yang tersedia.
Prediksi gaya resistance dilakukan  dengan menggunakan  metode  Campton.  Metode  tersebut dilakukan  berdasarkan  data  statistik  untuk  beberapa parameter  hidrostatik  untuk  lambung  kapal.  Hasil prediksi resistance ditampilkan  dalam  gambar 7. Tabulasi  perhitungan resistance ditampilkan  pada Tabel 2.  Pada  kecepatan  10  km/jam,    tahanan  yang dialami Tank Amphibi adalah sebesar 11,7 kN.
Gambar 4. Konstruksi alat uji tahanan dengan loadcell terpasang.
Gambar 5. Model kendaraan tempur amphibi roda rantai.

## Hasil uji tahanan dengan metoda uji model fisik
Hasil perhitungan tahanan yang  dilakukan melalui metode uji model fisik dapat dilihat pada Tabel 3 dan Gambar 8.  Pengukuran  tahanan  dilakukan  mulai  dari kecepatan  3  km/jam  sampai  dengan  12  km/jam. Pengujian terhadap  model ini  dilakukan pada kondisi sarat air even  keel dan  kondisi  tanpa adanya  tabir gelombang  (shielder).  Dari  hasil  pengujian  terjadi fenomena  dimana  pada  kecepatan  10  km/jam  kapal akan  cenderung  menyusup  kebawah,  sehingga  tidak bisa  dilakukan  pengukuran  tahanan  secara  akurat. Sedangkan  pada  kecepatan  9  km/jam  besar  tahanan yang terukur adalah 7,48 kN (kondisi even keel).
Tabel 2. Data hasil perhitungan numerik.
Vs Tahanan Vs Tahanan km/jam kN km/jam
kN 7,5 4,26 3 0,55 7,8 4,82 3,3 0,67 8,1 5,42 3,6 0,79 8,4 6,08 3,9 0,92 8,7 6,79 4,2 1,06 9 7,61 4,5 1,22 9,3 8,53 4,8 1,39 9,6 9,51 5,1 1,57 9,9 10,57 5,4 1,77 10,2 11,70 5,7 1,97 10,5 12,76 6 2,23 10,8 13,85 6,3 2,57 11,1 15,00 6,6 2,93 11,4 16,20 6,9 3,33 11,7 17,48
7,2 3,76 12 19,61 PROTOTIPE PROTOTIPE
Gambar 6. Pengujian model pada kecepatan 9 km/jam.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  pengujian  tahanan  model  kendaraan tempur amphibi roda rantai BTR 50 menggunakan alat uji  yang  dikembangkan  khusus,  diperoleh  kesimpulan sebagai berikut :
 Hasil perhitungan tahanan dengan simulasi numerik, menggunakan metode  Campton  pada  kecepatan dinas 10  km/jam, kendaraan  tempur amphibi roda rantai mempunyai nilai tahanan sebesar 11.7 kN.
 Hasil pengujian  tahanan model fisik di kolam uji tarik  (Towing  Tank) menunjukkan  hasil  yang  tidak jauh  berbeda  dengan  hasil perhitungan numerik dimana  tahanan  yang  diperoleh  dari  hasil  uji  model fisik adalah  sebesar  7,48  kN  sedangkan  hasil perhitungan numerik sebesar 7,61 kN.
 Dengan  melihat  hasil  uji  model fisik  dan  hasil perhitungan  numerik  yang  menunjukkan perbedaan 1,71% memberikan keyakinan bahwa alat ukur yang telah dikembangkan untuk pengujian tahanan model kendaraan tempur amphibi roda rantai ini seterusnya dapat  digunakan  dalam  setiap  pengujian  tahanan model di kolam uji tarik (Towing Tank).
Tabel 3. Data hasil uji tahanan.
Vm Tahanan Vs Tahanan m/det kg km/jam kN 0,481 1,745 3 0,474 0,642 3,226 4 0,876 0,802 5,135 5 1,394 0,962 7,682 6 2,085 1,123 11,632 7 3,158 1,283 17,321 8 4,703 1,443 27,550 9 7,480 1,604 tidak dilakukan 10 tidak ada hasil 1,764 tidak dilakukan 11 tidak ada hasil 1,925 tidak dilakukan
12 tidak ada hasil MODEL PROTOTIPE
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 Ta ha na n, kN Kecepatan, km/jam Tahanan vs Kecepatan Gambar 7. Kurva tahanan vs kecepatan hasil perhitungan numerik dengan metoda Campton. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 2 4 6 8 10 12 Kecepatan, km/jam Ta ha na n, k N Tahanan vs Kecepatan
Gambar 8. Kurva tahanan vs kecepatan hasil uji model fisik.

## DAFTAR PUSTAKA
Doebelin ,  E.O.,  (1990),  “Measurement  Systems, Application and Design”, 4 th Edition, McGraw-Hill Book Company, Singapore. Jensen,  C.H.,  Helsel,  J.D.,  (1992),  “Engineering Drawing  and  Design”, 4 th Edition,  McGraw-Hill Publishing Company, Singapore.
Johnson, C.D., (1 993), “Process Control Instrumentation Technology”, Prentice -Hall
International, Inc., New Jersey. Lewis,  E.V.,  Ed., (1988),  “Principles  of  Naval Architecture”,  Second  Revision,  Vol.  I – Stability and  Strength,  the  Society  of  Naval  Architects  and Marine  Engineers  (SNAME),  Jersey  City,  New
Jersey.
--- (2003),  “Maxsurf  Manual”,  Ver.  11,  Naval Architects Program, Formation Design Systems Pty. Ltd., Asutralia.
--- (1994),  “Revised  Activity  for  Instruments
Calibration”,  1 st Rev.,  Indonesian  Hydrodynamic Laboratory (IHL), Surabaya.