Pelontar Ball Bullet Otomatis dengan Variasi Tekanan
Liman Hartawan, Diki Ismail Permana, dan Priyan Aras Sandi Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia Jl. PKH. Mustafa No. 23 Bandung 40124 e-mail : liman@itenas.ac.id

## ABSTRAK
Ball  bullet  adalah  peluru  dengan  diameter  6  mm  yang  biasa  digunakan  untuk  air  soft  gun.  Airsoft  gun memanfaatkan gas CO 2 , green  gas atau udara  yang dimampatkan dalam tabung/chamber. Kapasitas gas atau udara yang dihasilkan untuk mendorong ball bullet sudah tertentu. Hal ini akibat konstruksi sistem pelepasan gas atau udara mampat tersebut. Pada penelitian ini dibuat alat pelontar ball bullet 6 mm yang dapat di variasikan tekanannya. Variasi tekanan ini berdampak terhadap peningkatan kecepatan ball bullet (dalam  fps)  yang  keluar  dari  barel.  Tipe  pelontar  ball  bullet  yang  dibuat  adalah  single  pump,  sehingga seluruh udara bertekanan di dalam chamber dikeluarkan semua dalam satu kali tembak. Udara bertekanan dihasilkan dari mini kompresor yang ditampung dalam chamber. Bahan chamber yang digunakan adalah pipa  PVC  schedule  40  ukuran  1  inch  dan  panjang  10  cm,  agar  mudah  dibuat  dan  mampu  menahan tekanan pengujian. Tekanan pada chamber divariasikan 1 hingga 5 bar melalui yang diukur menggunakan piezoresistive  pressure  sensor.  Pengukuran  kecepatan  lontaran  ball  bullet  pada  ujung  barel  diukur menggunakan  chronometer.  Perangkat  kontrol  yang  digunakan  adalah  Arduino  UNO  yang mengendalikan  solenoid  valve  untuk  melepaskan  udara  bertekanan  dari  chamber.  Pengujian  dilakukan dengan jarak tembak 5 meter menggunakan target standar  Perbakin. Hasil  pengujian diperoleh rata-rata peningkatan  kecepatan  terhadap  kenaikan  tekanan  adalah  28%  dari  1  bar  hingga  3  bar.  Namun  pada tekanan 4 dan 5 bar hanya meningkat 15% dan 20%. Kecepatan rata-rata ball bullet minimal pada tekanan 1  bar  yaitu  111,2  fps  dan  maksimal  pada  tekanan  5  bar  yaitu  252,4  fps.  Tingkat  kepresisian  terendah adalah pada tekanan 3 bar yaitu 53 mm dan tertinggi pada tekanan 5 bar yaitu 28 mm.
Kata-kata kunci: Airsoft Gun, Single Pump, PVC pipe, chronometer, solenoid valve.

## ABSTRACT
Ball bullet is a bullet with a diameter of 6 mm which is commonly used for air soft guns. Airsoft guns use CO 2 gas, green gas or compressed air in a tube/chamber. The capacity of the gas or air produced to push the ball bullet is certain. This is due to the construction of the gas or compressed air release system. In this study, a 6 mm ball bullet launcher was made which can be varied in pressure. This pressure variation has an impact on increasing the speed of the ball bullet (in fps) that comes out of the barrel. The type of ball  bullet  launcher  that  is  made  is  a  single  pump,  so  that  all  the  pressurized  air  in  the  chamber  is removed all in single shot. Pressurized air is produced from a mini compressor which is accommodated in the chamber. The chamber material used is schedule 40 PVC pipe with a size of 1 inch and a length of 10 cm, so that it is easy to make and strong enough with testing pressure. The pressure in the chamber is varied from 1 to 5 bar through which it is measured using a piezoresistive pressure sensor. Measurement of  the  speed  of  the  ball  bullet  at  the  end  of  the  barrel  is  measured  using  a  chronometer.  The  control device  used  is  Arduino  UNO  which  controls  the  solenoid  valve  to  release  compressed  air  from  the chamber. The test was carried out to shoot Perbakin's standard targets with 5 meters shooting range. The test results the average speed to pressure increase 28% from 1 bar to 3 bar. But at 4 and 5 bar it only increased 15% and 20%. The minimum average speed of the ball bullet is at 1 bar pressure 111.2 fps and the  maximum  is  at  5  bar  252.4  fps.  The  lowest  level  of  precision  is  at  3  bar  which  is  53  mm  and  the highest is at 5 bar which is 28 mm.
Keywords : Airsoft Gun, Single Pump, PVC pipe, chronometer, solenoid valve.

## 1. Pendahuluan
Pelontar ball bullet diciptakan pertama kali pada tahun 1888 yang disebut ”Daisy” [1] . Ukuran ball  bullet yang  digunakan  adalah  4,5  mm  dan  berbahan  logam.  Pada  tahun  1970  di  Jepang diciptakan pelontar ball bullet juga yang dinamakan airsoft gun [2] . Airsoft gun adalah senjata mainan  replika  dirancang  untuk  melontarkan  proyektil  bola  dari  bahan  plastik  yang  disebut "BB" (Ball Bullet). BB yang digunakan berukuran 6 mm, pada umumnya memiliki massa 0,12 hingga  0,48  gram [3] . Airsoft  gun berdasarkan  pelontaran  BB-nya  dapat  dibagi  menjadi  dua kategori,  yaitu:  mekanik  dan  pneumatika.  Tipe  mekanik  berupa  udara  yang  ditekan  dari chamber menggunakan piston dan pegas koil, secara manual (dikokang) maupun otomatis oleh motor gearbox .  Tipe  pneumatika  melepaskan  gas  ( green  gas atau  CO 2 )  dari  dalam chamber , dengan mengendalikan katup [4] .
Tekanan  gas  atau  udara  yang  dihasilkan airsoft  gun sudah  tertentu,  berdasarkan  konstruksi chamber atau  katupnya.  Sehingga  kecepatan  proyektil  BB  keluar  dari  barel  sudah  tertentu, yaitu: antara 100 hingga 328 fps untuk tipe pegas koil, 100 hingga 500 untuk tipe AEG ( Electric Airsoft  Gun ),  dan  350  hingga  500  fps  untuk  tipe  Gas/CO 2 [6] .  Penelitian  yang  dilakukan Patrawala, 2021, menghasilkan konstruksi trigger yang dapat mengatur kapasitas gas CO 2 yang keluar dari chamber (gambar 1). Namun jika trigger ditekan lebih lama, maka sebagian gas CO 2 yang keluar menjadi terbuang karena peluru sudah keluar dari barel.
(a)
(b)
Gambar 1. (a) Skema;  (b)wujud fisik trigger pengatur kapasitas gas CO 2 [7]
Selain airsoft  gun ,  pelontar  proyektil  yang  memanfaatkan  udara  bertekanan  juga  digunakan pada  senapan  angin.  Pada  senapan  angin,  udara  dipompakan  berkali-kali  dengan  mekanisme pompa bawaan ke dalam chamber , sehingga menghasilkan udara bertekanan tinggi. Kemudian udara  bertekanan  tinggi  dari  dalam  tabung  dikeluarkan  semua  secara  tiba-tiba,  yang menghasilkan tenaga untuk melontarkan peluru [5] .
Pada penelitian ini dibuat alat pelontar BB 6 mm yang dapat divariasikan tekanannya, karena pada  airsoft gun atau  senapan angin tidak dapat divariasikan. Dengan  memvariasikan tekanan akan berdampak terhadap peningkatan kecepatan ball bullet (dalam fps) yang keluar dari barel. Chamber akan diisi oleh udara menggunakan kompresor mini dengan variasi tekanan, yaitu: 1 hingga 5 bar (72,5 psi). Konsep pelontaran ball bullet yang dibuat menyerupai senapan angin, yaitu seluruh udara bertekanan di dalam chamber dikeluarkan semua dalam  satu kali tembak. Chamber menggunakan bahan pipa PVC 1 inch dengan schedule 40, karena mudah dibuat dan memiliki  minimum burst  pressure 1440  psi [8] .  Perangkat  kontrol  dan  instrumentasi  yang digunakan adalah berbasis Arduino. Setelah mengetahui dampak variasi tekanan terhadap hasil tembakan, maka dapat ditentukan tekanan yang diperlukan untuk jarak target tertentu.
Alat  yang  dibuat  ini  nantinya  dapat  diterapkan  pada Automatic  Shooting  Rest [9] ,  sebagai pengganti  senapan  PCP  ( Pre-Charge  Pneumatic ).  Sehingga  menghasilkan  pelontar  proyektil yang  dapat  diatur  arah tembakannya  ke  target  secara  otomatis,  seperti  terlihat  pada  gambar  2
[10] .
(a) (b) Gambar 2. (a) Gun Platform hardware ; (b) Gun shooting experiment [10]
Serta penelitian [11] , yang telah menghasilkan pelontar dengan pengarah otomatis namun belum memvariasikan tekanan pada chamber (gambar 3).
(a) (b)
Gambar 3. (a) Rancangan Pelontar Peluru; (b) Wujud fisik Pelontar Peluru [11]
2. Metodologi
Pembuatan alat pelontar BB diawali dengan proses perancangan. Proses perancangan didasari dengan maksimum tekanan pada chamber yang akan diterapkan, yaitu: 1 bar, 2 bar, 3 bar, 4 bar, dan 5 bar (72,5 psi). Atas dasar tersebut, maka dipilih bahan untuk chamber serta instrumentasi yang  dapat  digunakan.  Prinsip  kerja  dari  pelontar  BB  adalah  jika  sensor  mendeteksi  tekanan
melebihi set  point ,  maka  mikrokontroler  Arduino  akan  me-non-aktifkan  kompresor  dan membuka  katup,  sehingga  udara  bertekanan  dari chamber mendorong  BB.  Kompresor  akan diaktifkan kembali dan katup ditutup, ketika sensor mendeteksi tekanan chamber kurang dari set point .  Proses  menutup  katup  dan  meng-aktifkan  kompresor  diberi  jeda  waktu,  agar  tidak menghambat proses pelontaran BB.

## Gambar 4. Skema Sistem Pelontar
Skema alat pelontar BB seperti terlihat pada gambar 4, terdiri dari: (1) Pressure chamber ; (2) Kompresor;  (3)  Sensor  tekanan;  (4)  Arduino  UNO;  (5)  Relay module 2 channel sebagai kontaktor  antara  Arduino,  kompresor  dan  Katup  solenoid;  (6)  Katup  solenoid;  (7)  Sistem magazine sebagai penyimpan peluru yang akan masuk ke sistem pelontar; (8) Power supply . Hasil  perancangan  tersebut  kemudian  dibuat,  lalu  diuji.  Proses  pengujian  dilakukan  dengan jarak  tembak  5  meter  ke  target  tembak  standar  Perbakin  (Persatuan  Menembak  dan  Berburu Seluruh Indonesia), seperti terlihat pada gambar 5. Penembakan ke sasaran/target berupa kertas untuk menilai akurasi tembakan, telah dilakukan sejak 1960 oleh Perbakin [12] . Kecepatan ball bullet keluar barel diukur menggunakan chronometer . Selain kecepatan ball bullet , ditinjau juga kepresisian hasil lontaran pada target terhadap variasi tekanan yang diberikan.
Gambar 5. Skema sistem pengujian kecepatan BB dan kepresisian hasil tembak
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Sensor dan Aktuator
Sensor yang diperlukan dalam alat ini adalah sensor tekanan yang dapat mendeteksi 1 hingga 5 bar  dan  kompatibel  dengan  Arduino.  Maka  dipilih pressure  sensor G1/4  1.2  Mpa  yang berkualitas tinggi, kecil dan mudah dipasang [13] , seperti terlihat pada gambar 6.
Gambar 6. Pressure sensor G1/4 1.2 Mpa [13]
Selain modul relay 2 channel, aktuator yang digunakan pada alat ini adalah katup solenoid yang kompatibel  dengan  Arduino.  Katup  solenoid  yang  dipilih  adalah  katup  berbahan  kuningan dengan  tipe  2W250-25  ( Normally  Close )  yang  memiliki  rentang  operasi  tekanan  0  hingga  1 Mpa, seperti terlihat pada gambar 7 [14] .
Gambar 7. Katup solenoid tipe 2W250-25 ( Normally Close ) [14]

## 3.2. Pembuatan dan Pengujian Alat Pelontar BB 6 mm
Komponen-komponen  yang  digunakan  sebagian  besar  telah  tersedia,  sehingga  hanya dibutuhkan  perakitan.  Komponen  yang  dibuat  adalah chamber ,  yang  dipasangkan  komponen pentil ban untuk memasukkan udara dari kompresor, serta sensor tekanan pada bagian belakang. Sistem magazine memanfaatkan sistem yang sudah ada pada airsoft gun .  Hasil pembuatan dan perakitan alat seperti terlihat pada gambar 8.
Gambar 8. Wujud Fisik Alat Pelontar BB 6 mm
Keterangan: 1. Pressure sensor 2. Pressure chamber
3. Katup solenoid
4. Barel
5. Relay module 2 channel
6. Kompresor mini
7. Arduino UNO
Pengujian dilakukan dengan jarak target 5 m dan menghasilkan variasi akurasi dan kepresisian, seperti terlihat pada gambar 9. Pada tekanan 1 bar sebaran hasil tembakan berada dalam radius 34 mm dan dari titik tengah sebaran ke titik tengah target berjarak 304 mm. Pada tekanan 3 bar sebaran hasil tembakan berada dalam radius 53 mm dan dari titik tengah sebaran ke titik tengah target berjarak 158 mm. Pada tekanan 5 bar sebaran hasil tembakan berada dalam radius 28 mm dan dari titik tengah sebaran ke titik tengah target berjarak 98 mm diatas target.
(a) (b) (c) Gambar 9. Hasil pengujian pelontaran BB 6 mm 0,2 g ke target pada jarak 5 m
(a)  Tekanan 1 bar; (b) Tekanan 3 bar; (c) Tekanan 4 bar.
Hasil pembacaan chronometer pada berbagai tekanan disajikan pada gambar 10. Pada tekanan 1 bar,  kecepatan  mencapai  sekitar  106,1  fps  ( Feet  per  Second ).  Pada  tekanan  3  bar,  kecepatan mencapai sekitar 182 fps. Pada tekanan 5 bar, kecepatan mencapai sekitar 250,6 fps.
(a)
(b) (c)
Gambar 10. Hasil pengujian pelontaran BB 6 mm 0,2 g (a)  Tekanan 1 bar; (b) Tekanan 3 bar; (c) Tekanan 4 bar.
Hasil  pengujian  selengkapnya  ditampilkan  pada  gambar  11.  Pengujian  dilakukan  sebanyak  5 (lima)  kali  untuk  setiap  tekanan  yang  berbeda.  Terlihat  bahwa  pada  tekanan  yang  sama cenderung menghasilkan kecepatan yang sama. Sehingga menunjukkan bahwa program kontrol untuk proses sensing oleh sensor tekanan dan pelepasan udara bertekanan oleh katup solenoid, telah sesuai dengan prinsip kerja yang direncanakan.
Gambar 11. Grafik hasil pengujian kecepatan BB 6 mm 0,2 g terhadap variasi tekanan

## 4. Kesimpulan dan Saran
Hasil  pengujian  diperoleh  rata-rata  peningkatan  kecepatan  terhadap  kenaikan  tekanan  adalah 28% dari 1 bar hingga 3 bar, namun pada tekanan 4 dan 5 bar hanya meningkat 15% dan 20%, seperti terlihat pada gambar 12. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan kecepatan BB tidak selalu berbanding lurus dengan peningkatan pemberian tekanan pada chamber . Terdapat faktor lain  diantara-Nya  dimensi chamber dan  bentuk  nosel  antara chamber dengan  BB  yang  akan dilontarkan, sebagai bahan penelitian selanjutnya.
Gambar 12. Grafik peningkatan kecepatan rata-rata BB terhadap peningkatan tekanan
Kecepatan rata-rata BB minimal pada tekanan 1 bar yaitu 111,2 fps dan maksimal pada tekanan 5 bar yaitu 252,4 fps. Tingkat kepresisian terendah adalah pada tekanan 3 bar yaitu 53 mm dan tertinggi pada tekanan 5 bar yaitu 28 mm. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat kepresisian tidak berbanding lurus dengan peningkatan tekanan untuk melontarkan BB. Hal ini dapat disebabkan oleh berbagai faktor, seperti profil dan panjang barel sebagai bahan penelitian selanjutnya.
100 120 140 160 180 200 220 240 260 1 2 3 4 5 Ke ce pa ta n (F PS ) Tekanan (bar) Kecepatan BB 6 mm 0,2 g terhadap Tekanan Pengujian ke-1 Pengujian ke-2 Pengujian ke-3 Pengujian ke-4 Pengujian ke-5 111.2 142.6 182.6 210.8 252.4 y = 35.06x + 74.74 100 120 140 160 180 200 220 240 260 1 2 3 4 5 Ke ce pa ta n (F PS ) Tekanan (bar) Kecepatan rata-rata BB terhadap Tekanan
5. Daftar Pustaka
[1] Lankford,  J.  E.,  Meinke,  D.  K.,  Flamme,  G.  A.,  Finan,  D.  S.,  Stewart,  M.,  Tasko,  S.,  & Murphy,  W.  J.  2016. Auditory  risk  of  air  rifles .  International  Journal  of  Audiology, 55(sup1), S51–S58. doi:10.3109/14992027.2015.1131851
[2] Buana,  E.  P.  2014. Perancangan  Interior  Shop  and  Play  Airsoftgun  di  Trawas  dengan Konsep War of Iwojima . Jurnal Intra Vol. 2, No. 2, (2014) 37-46
[3] Duthie  A.,  2021. What  Is  An  Airsoft  Gun:  The  Definitive  Guide. [online]  Available  at: https://www.redwolfairsoft.com/blog/what-are-airsoft-guns [Accessed 1 February, 2023].
[4] eHobby Asia, 2021. What is an Airsoft Gun ? | Explained - Ehobby Asia. [online] Available at:  https://www.ehobbyasia.com/blogs/news/what-is-an-airsoft-gun  [Accessed  1  February, 2023].
[5] Meng,  H.  H.,  Tsai,  P.  C.,  &  Chen,  Y.  H.  (2013). The  effect  of  ambient  temperature variation to the muzzle energy of airguns . Forensic Science Journal, 12(1), 47-56.
[6] Fandom, 2019. FPS . [online] Available at: https://airsoft.fandom.com/wiki/FPS [Accessed 1 February, 2023].
[7] Patrawala T. Qj. 2021. Design And Fabrication Of Pre-Charged Pneumatic Double Acting Rifles .  Multidisciplinary  International  Research  Journal  of  Gujarat  Technological University: Volume 3 Issue 1 January 2021, pp. 37-52, ISSN: 2581-8880
[8] Engineering ToolBox, (2004). PVC Pipes - Pressure Ratings vs. Size . [online] Available at: https://www.engineeringtoolbox.com/pvc-cpvc-pipes-pressures-d_796.html  [Accessed  1 February, 2023].
[9] Ali, Hartawan L., and Supriatna, 2020. Perancangan Sistem Mekanik Automatic Shooting Rest. In:  Seminar  Nasional  –  XIX  Rekayasa  dan  Aplikasi  Teknik  Mesin  di  Industri,  17 Desember 2020, Kampus Institut Teknologi Nasional – Bandung, ISSN 1693-3168
[10] D. Purwanto, D. Prasetyawan and M. Rivai. 2016. Development of auto tracking and target locking  on  static  defence  based  on  machine  vision .  International  Seminar on  Application for  Technology  of  Information  and  Communication  (ISemantic),  Semarang,  Indonesia, 2016, pp. 290-294, doi: 10.1109/ISEMANTIC.2016.7873853.
[11] Kuncorojati A., dan Wahjudi A., 2015. Rancang Bangun Pelontar Peluru Yang Dilengkapi Dengan  Kamera  Stereo  Untuk  Pendeteksian  Target  Secara  Otomatis .  Jurnal  Teknik  ITS Vol. 4, No. 1, ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
[12] Hizbullah G., Purboyo T. W., Hasibuan F. C., 2022. Perancangan Perangkat Lunak Target Penilaian Berbasis Laser Spot . In e-Proceeding of Engineering : Vol.9, No.3 Juni 2022, pp. 1206-1210, ISSN : 2355-9365
[13] Ali, A. H., Duhis, A. H., Alzurfi, N. A. L., & Mnati, M. J. 2019. Smart monitoring system for  pressure  regulator  based  on  IO T.  International  Journal  of  Electrical  and  Computer Engineering, 9(5), 3450.
[14] Bossgoo, 2023.  DN25 1 'Berulir 2W250-25 Katup Solenoid Listrik Kuningan . Available at: https://id.bossgoo.com/product-detail/dn25-1-threaded-2w250-25-brass-62824103.html [Accessed 1 February, 2023].