METODOLOGI PENELITIAN
4.3 Validasi
Validasi dilakukan untuk mengetahui apakah model yang dikembangkan valid atau tidak. Validasi yang dilakukan menggunakan validasi internal yang
Apabila model sudah dinyatakan valid, maka dilanjutkan ke tahap aplikasi model pada studi kasus. Apabila belum valid, maka dilakukan pemeriksaan kembali terhadap pemodelan.
4.3.1. Validasi Fungsi Tujuan
Fungsi tujuan dari model ini seperti terlihat pada Persamaan (4.14).
dimana: = energi (J)
D = diameter silinder (mm) P = tekanan (atm) L = panjang silinder (mm) = perpindahan piston (mm)
γ = rasio panas tertentu
4.3.2. Validasi Batasan Model
Validasi dilakukan pada batasan model sebagai berikut:
1. Panjang ekstensi (La) = cos 6°. ℎ
…..…………………………………………......………………............... (4.15) dimana:
= panjang ekstensi (mm) ℎ
= panjang body knee joint (mm)
(Valid)
2. Panjang kompresi (Le) = ℎ−ℎ …………………………………………………….……………………............... (4.16)
dimana: = panjang kompresi (mm)
ℎ = panjang body knee joint (mm) ℎ
= panjang adapter atas (mm)
3. Panjang silinder (L) dan stroke (s) Validasi pada persamaan panjang ekstensi dan panjang kompresi adalah
sebagai berikut: +
dimana: L = panjang silinder (mm) = stroke pada saat ekstensi (mm) = stroke pada saat kompresi (mm) = panjang ekstensi (mm) = panjang kompresi (mm)
Validasi:
(Valid)
(Valid) (Valid)
ℎ = panjang body knee joint (mm) ℎ
= adapter atas (mm) Validasi:
(Valid) Validasi pada rentangan nilai panjang silinder gas spring adalah sebagai
berikut: ≤≤
dimana: = panjang silinder minimal (mm) L = panjang silinder (mm) = panjang silinder maksimal (mm)
Validasi pada rentangan nilai stroke gas spring adalah sebagai berikut:
dimana: = panjang silinder minimal (mm) s = panjang silinder (mm) = panjang silinder maksimal (mm)
Validasi:
] (Valid) ] (Valid)
Validasi:
] (Valid) Validasi pada perpindahan piston gas spring adalah sebagai berikut:
= − ………………............................................................................................................ (4.23) dimana:
x f = perpindahan piston (mm) = stroke pada saat ekstensi (mm) = stroke pada saat kompresi (mm)
5. Diameter silinder (D) ≤≤
………………................................................................................................. (4.24) dimana:
= diameter silinder minimal (mm) = diameter silinder (mm) = diameter silinder maksimal (mm)
4.4 Aplikasi Model pada Studi Kasus
4.4.1. Penentuan Parameter Model
Studi kasus pada penelitian ini menggunakan knee joint endoskeletal proshtetic leg mekanisme 2-bar pada peneltian Ultahar (2011).
Gambar 4.4 Knee joint mekanisme 2-bar
Sumber: Ultahar, 2011
Hasil pengukuran pada dimensi gas spring pada knee joint mekanisme 2-bar diperoleh data sebagai berikut:
Tabel 4.1 Data pengukuran dimensi gas spring
1 Diameter silinder
D 15,1
mm
2 Diameter piston
d 6,0
mm
3 Panjang silinder
mm
4 Panjang ekstensi
5 Panjang kompresi
6 Stroke pada saat ekstensi
s 1 71,7
mm
7 Stroke pada saat kompresi
s 2 51,8
mm
Tabel 4.2 Nilai batasan model
No Parameter
Notasi Nilai Satuan
Sumber
1 Panjang ekstensi
La 160,59
mm
Panjang body knee joint (Ultahar, 2011)
Panjang kompresi
Le 141,47
mm
Panjang body knee joint (Ultahar, 2011)
3 Panjang silinder
Stroke pada saat ekstensi
s min 0.6 L
mm
Lift support technologies, 2012
s max 1000
mm
Dictator, 2012 5
Stroke pada saat kompresi
Dictator, 2012 6 Diameter
Jarak body knee joint (Ultahar, 2011)
Karakteristik gas spring
X min 1,01
Stabilus, 1995
X max 1,6
Stabilus, 1995 8 Gaya
F min 10 N
Dictator, 2012
F max 1000
Dictator, 2012 Dictator, 2012
Batasan Model:
1. Panjang ekstensi (La) Berdasarkan penelitian (Ultahar, 2011) diketahui panjang body knee joint (h 1 ) adalah 161, 473 mm dan panjang adapter atas (h 2 ) adalah 20 mm. Substitusi nilai
h 1 dan h 2 ke persamaan (4.2) maka diperoleh,
= cos 6° 161,473
2. Panjang kompresi (Le)
Substitusi nilai h 1 dan h 2 ke persamaan (4.3) maka diperoleh,
3. Panjang silinder (L) dan stroke (s) (Dictator, 2012) merancang gas spring dengan panjang silinder lebih besar
atau sama dengan 32 mm dan lebih kecil atau sama dengan 100 mm, sehingga persamaan (4.7) dapat ditulis:
Stroke pada saat ekstensi harus lebih besar atau sama dengan 0.6 L agar tidak masuk ke dalam silinder ketika mengalami kompresi secara maksimum. Katalog Dictator (2012) merancang gas spring dengan stroke pada saat ekstensi lebih kecil atau sama dengan 1000 mm dan stroke pada saat kompresi lebih besar atau sama dengan 10 mm dan lebih kecil atau sama dengan 100 mm, sehingga persamaan (4.8) dapat ditulis:
4. Perpindahan piston di dalam silinder (x f )
Substitusi nilai La ke persamaan (4.9) maka diperoleh,
5. Diameter silinder (D) (Dictactor, 2012) merancang gas spring dengan diameter silinder lebih besar atau sama dengan 10 mm. Dengan mempertimbangkan jarak antara kedua body knee joint maka diameter silinder harus lebih kecil atau sama dengan 43 mm, sehingga persamaan (4.12) dapat ditulis:
6. Karakteristik gas spring (x)
Substitusikan persamaan (2.1) kedalam (2.4) dan (4.13) maka diperoleh:
Rasio kapsitas panas ( γ) untuk tipe gas diatomik (N 2 ) adalah 1,4 (Miler, 1959) sehingga diperoleh,
Penyelesaian masalah dengan menggunakan software LINGO 9.0 sebagai solver . Penyelesaian untuk masalah pada contoh numerik diatas adalah sebgai berikut:
Tabel 4.3 Hasil optimisasi
Variabel Keputusan
Notasi Nilai Optimal
Diameter silinder
D 29.57
Panjang silinder
L 80.15
Stroke pada saat ekstensi
s 1 80.44
Stroke pada saat kompresi
s 2 47.32 s 2 47.32
mm
mm
mm
Ultahar (2011)
15.10 118.10
19.90 486.29 Rancangan
29.57 80.15 33.12 9957.40
Pada tahap ini dilakukan analisis perbandingan energy storing dan analisis sensitivitas terhadap model yang telah dikembangkan.
5.1 Analisis Perbandingan Energi Storing
Hasil optimisasi menggunakan software LINGO 9.0 menghasilkan dimenesi rancangan gas spring yang berbeda dengan rancangan Ultahar (2011). Panjang silinder gas spring (L) memiliki nilai lebih rendah 32,13 % dari nilai awal, diameter silinder (D) memiliki nilai 95,83% lebih tinggi dari nilai awal, stroke
pada saat ekstensi (s 1 ) memiliki nilai 12,19% lebih tinggi dari nilai awal dan stroke pada saat kompresi (s 2 ) memiliki nilai 8,65% lebih rendah dari nilai
awalnya. Nilai energy storing gas spring dalam penelitian ini memiliki nilai yang jauh lebih besar dengan selisih 9471,11 J. Nilai energy storing hasil optimisasi
yang semakin tinggi tersebut dipengaruhi oleh nilai perpindahan piston (x f ) yang juga semakin tinggi. Nilai x f rancangan Ultahar (2011) hanya sebesar 19.9 mm sedangkan nilai x f pada penelitian ini adalah 33.12 mm (166,32% lebih tinggi dari nilai awal). Nilai x f merupakan pengurangan s 1 dan s 2 . Karena pada rancangan ini nilai s 1 memiliki nilai yang lebih besar dari nilai awal dan s 2 memiliki nilai yang
lebih kecil dari nilai awal, maka selisihnya akan menjadi lebih tinggi dari nilai awalnya.
Hasil optimasi energy storing dalam penelitian ini belum dapat divalidasi apakah sudah sesuai dengan energi yang dibutuhkan pengguna prosthetic leg untuk melakukan aktifitas berjalan secara normal sehingga belum dapat dipastikan apakah nilai energy storing yang dibutuhkan pengguna lebih kecil, lebih besar atau sama dengan 9957, 11 J. Dalam penelitian ini yang dapat dilakukan adalah memaksimumkan energy storing karena dengan energy storing yang maksimum diharapkan gas spring dapat menopang tubuh penggunanya dan dapat membantu pengguna prosthetic leg untuk melakukan fase swing. Jika energy storing pada prosthetic leg terlalu kecil maka tidak mampu menahan tubuh penggunanya dan akan memiliki respon yang lambat untuk melakukan ekstensi sehingga pengguna akan kesulitan dalam fase swing. Apabila energy storing dalam penelitian ini Hasil optimasi energy storing dalam penelitian ini belum dapat divalidasi apakah sudah sesuai dengan energi yang dibutuhkan pengguna prosthetic leg untuk melakukan aktifitas berjalan secara normal sehingga belum dapat dipastikan apakah nilai energy storing yang dibutuhkan pengguna lebih kecil, lebih besar atau sama dengan 9957, 11 J. Dalam penelitian ini yang dapat dilakukan adalah memaksimumkan energy storing karena dengan energy storing yang maksimum diharapkan gas spring dapat menopang tubuh penggunanya dan dapat membantu pengguna prosthetic leg untuk melakukan fase swing. Jika energy storing pada prosthetic leg terlalu kecil maka tidak mampu menahan tubuh penggunanya dan akan memiliki respon yang lambat untuk melakukan ekstensi sehingga pengguna akan kesulitan dalam fase swing. Apabila energy storing dalam penelitian ini
Selain kriteria maximum energy storing, gas spring pada endoskeletal prosthetic knee rancangan Ultahar (2011) juga dapat dikembangkan ke arah maximum reliabillity . Kriteria ini berkaitan dengan kemampuan gas spring dalam mencegah kegagalan yang dapat menyebabkan gangguan pada kinerja prosthetic leg. Kriteria lain yang dapat dikembangkan pada gas spring adalah minimum weight , dengan bahan yang lebih ringan maka energi yang digunakan pengguna prosthetic leg untuk berjalan juga akan berkurang. Semakin berkurang energi yang digunakan untuk berjalan mengunakan prosthetic leg maka kelelahan juga akan semakin berkurang.
5.2 Analisis Sensitivitas
Analisis sensitivitas dilakukan dengan mengubah parameter model dan melihat pengaruhnya terhadap variabel keputusan. Parameter model yang diubah yaitu rentang nilai panjang silinder gas spring (parameter-1), panjang ekstensi (parameter-2), panjang kompresi (parameter-3) dan rentang nilai diameter silinder gas spring (parameter-4). Perubahan nilai parameter tersebut ditunjukkan pada Tabel 5.1.
Tabel 5.1 Skenario analisis sensitivitas
Nilai Parameter
Parameter
(2)
Nilai Parameter
Parameter
(3)
Nilai Parameter
Nilai parameter pada skenario analisis sensitivitas diubah dengan menambahkan 5% dan mengurangkan 5% nilai dari kondisi semula. Skenario analisis sensitivitas tidak hanya dilakukan untuk satu parameter tetapi kombinasi dari dua parameter yang berbeda seperti kombinasi parameter-1 dan parameter-2, parameter-2dan parameter-3 serta parameter-1 dan parameter-3. Nilai variabel keputusan dan hasil optimisasi energy storing untuk kombinasi skenario perubahan parameter pada Tabel 5.1 ditunjukkan pada bagian lampiran penelitian ini.
Nilai Parameter
Parameter
(2)
Nilai Parameter
Parameter
(3)
Nilai Parameter
Pengaruh perubahan panjang silinder pada energy storing dapat dilihat pada Gambar
5.1. Pada gambar tersebut nilai energy storing akan mengalami peningkatan setiap
rentang nilai panjang silinder gas spring dinaikkan dan pada akhirnya nilai energy
storing akan tetap pada kisaran nilai 9957, 40 J walaupun rentang nilai panjang silinder gas spring dinaikkan. Hal ini disebabkan karena pada saat tertentu nilai variabel keputusan menghasilkan nilai yang tetap walaupun rentang nilai panjang silinder gas spring terus dilonggarkan. Berdasarkan grafik tersebut maka dapat dikatakan bahwa penurunan rentang panjang silinder gas spring lebih dari 20% dari nilai optimalnya akan mengurangi nilai energy storing sehingga dalam perancangannya, panjang silinder gas spring tidak boleh kurang dari 80,00 mm.
Gambar 5.1 Pengaruh perubahan panjang silinder pada energy storing
5.2.2. Analisis Perubahan Parameter-2
Parameter yang diubah adalah panjang ekstensi dan panjang kompresi gas spring. Pengaruh perubahan panjang ekstensi dan panjang kompresi gas spring pada
energy storing dapat dilihat pada Gambar 5.2. Pada gambar tersebut nilai energy storing akan mengalami peningkatan setiap rentang nilai panjang ekstensi dan panjang kompresi gas spring dinaikkan. Hal ini disebabkan panjang silinder gas spring juga mengalami kenaikan sehingga akan menaikkan panjang stroke dan nilai perpindahan piston dalam silinder gas spring.
Gambar 5.2 Pengaruh perubahan panjang ekstensi dan panjang kompresi pada energy storing
5.2.3. Analisis Perubahan Parameter-3
Parameter yang diubah adalah rentang nilai diameter silinder gas spring. Pengaruh perubahan panjang silinder pada energy storing dapat dilihat pada Gambar
5.3. Pada gambar tersebut nilai energy storing akan mengalami peningkatan setiap
rentang nilai diameter silinder gas spring dinaikkan dan pada akhirnya nilai
energy storing akan tetap pada kisaran nilai 9957, 40 J walaupun rentang nilai
diameter silinder gas spring dinaikkan. Hal ini disebabkan karena pada saat tertentu nilai variabel keputusan menghasilkan nilai yang tetap walaupun rentang nilai diameter silinder gas spring terus dilonggarkan. Berdasarkan grafik tersebut maka dapat dikatakan bahwa penurunan rentang diameter silinder gas spring lebih dari 30% dari nilai optimalnya akan mengurangi nilai energy storing. sehingga dalam perancangannya, diameter silinder gas spring tidak boleh kurang dari 80,15 mm.
Gambar 5.3 Pengaruh perubahan rentang nilai diameter silinder pada energy storing
5.2.4. Analisis Perubahan Parameter 1-dan Parameter-2
Parameter yang diubah adalah rentang nilai panjang silinder, panjang ekstensi dan panjang kompresi gas spring. Pengaruh perubahan rentang nilai panjang silinder, panjang ekstensi dan panjang kompresi gas spring pada energy
storing dapat dilihat pada Gambar 5.4. Pada gambar tersebut nilai energy storing akan mengalami peningkatan setiap rentang nilai panjang silinder, panjang ekstensi dan panjang kompresi gas spring dinaikkan. Hal ini disebabkan panjang silinder gas spring juga mengalami kenaikan sehingga akan menaikkan panjang stroke dan nilai perpindahan piston dalam silinder gas spring.
Gambar 5.4 Pengaruh perubahan rentang nilai panjang silinder, panjang ekstensi dan panjang kompresi pada energy storing
Parameter yang diubah adalah panjang ekstensi, panjang kompresi dan rentang nilai diameter silinder gas spring. Pengaruh perubahan panjang ekstensi, panjang kompresi dan rentang nilai diameter silinder gas spring pada energy storing
dapat dilihat pada Gambar 5.5. Pada gambar tersebut nilai energy storing akan
mengalami peningkatan setiap panjang ekstensi, panjang kompresi dan rentang nilai diameter silinder gas spring dinaikkan. Hal ini disebabkan panjang silinder gas spring juga mengalami kenaikan sehingga akan menaikkan panjang stroke dan nilai perpindahan piston dalam silinder gas spring.
Gambar 5.5 Pengaruh perubahan panjang ekstensi, panjang kompresi dan rentang
nilai diameter silinder pada energy storing
5.2.6. Analisis Perubahan Parameter-1 dan Parameter-3
Parameter yang diubah adalah rentang nilai panjang silinder dan rentang nilai diameter silinder gas spring. Pengaruh perubahan rentang nilai panjang silinder dan rentang nilai diameter pada energy storing dapat dilihat pada Gambar
5.6. Pada gambar tersebut nilai energy storing akan mengalami peningkatan setiap
rentang nilai panjang silinder dan rentang nilai diameter silinder gas spring
dinaikkan dan pada akhirnya nilai energy storing akan tetap pada kisaran nilai
9957, 40 J walaupun rentang nilai panjang silinder dan rentang nilai diameter silinder gas spring dinaikkan. Hal ini disebabkan karena pada saat tertentu nilai variabel keputusan menghasilkan nilai yang tetap walaupun rentang nilai panjang silinder dan rentang nilai diameter silinder gas spring terus dilonggarkan.
optimalnya akan mengurangi nilai energy storing.
Gambar 5.6 Pengaruh perubahan rentang nilai panjang silinder dan rentang nilai diameter silinder pada energy storing
Bab ini berisi tentang kesimpulan yang menjawab tujuan penelitian serta saran mengenai pengembangan penelitian yang dapt dilakukan mendatang.
6.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis terhadap model dapat disimpulkan, sebagai berikut:
1. Penelitian menghasilkan model optimasi untuk merancang gas spring pada endoskeletal prosthetic leg mekanisme 2-bar rancangan Ultahar (2011).
2. Nilai variabel rancangan gas spring yang optimal dengan kriteria maximum energy storing yaitu panjang silinder (L) sebesar 80,15 mm, diameter silinder (D) sebesar 29,57 mm, stroke pasa saat ekstensi (s 1 ) sebesar 80,44 mm dan stroke pada saat kompresi (s 2 ) sebesar 47,31 mm dengan jumlah energy troring sebesar 9.957,40 J.
6.2 Saran
Saran yang dapat diberikan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Penelitian berikutnya diarahkan dengan pertimbangan kriteria minimum weight dan maximum reliability sehingga dapat menggunakan metode Multi Objective Optimization.