PENGARUH KOEFISIEN HAMBATAN UDARA PADA BENTUK LOKOMOTIF TERHADAP GAYA AERODINAMIS KERETA API ARGO LAWU

PENGARUH KOEFISIEN HAMBATAN UDARA PADA BENTUK LOKOMOTIF TERHADAP GAYA AERODINAMIS KERETA API ARGO LAWU SKRIPSI

Oleh:

BETY WULANDARI K 2501026 FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

PENGARUH KOEFISIEN HAMBATAN UDARA PADA BENTUK LOKOMOTIF TERHADAP GAYA AERODINAMIS KERETA API ARGO LAWU SKRIPSI

Oleh:

BETY WULANDARI K 2501026

Ditulis dan Diajukan Untuk Memenuhi Syarat-Syarat Mendapatkan Gelar Sarjana Pendidikan Program Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

PERSETUJUAN

Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan dihadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta

Persetujuan Pembimbing

Pembimbing I Pembimbing II

Drs. H. Suwachid, M. Pd, M. T Drs. Bambang Dwi Wahyudi NIP. 19500104 197903 1 001

NIP. 19571210 198503 1 003

SURAT PERNYATAAN

Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi atau menurut sepengetahuan penulis, juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis mengacu dalam naskah dan disebutkan daftar pustaka.

Bety Wulandari NIM. K 2501026

PENGESAHAN

Skripsi ini telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Skripsi Program Teknik Mesin Jurursan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima untuk memenuhi persyaratan dalam mendapatkan gelar sarjana pendidikan.

Pada hari : Tanggal :

Tim Penguji Skripsi Nama Terang

Tanda Tangan

Ketua : Drs. Ranto HS, M. T

Skretaris : Drs. H. Wardoyo

Anggota I : Drs. H. Suwachid, M. Pd, M. T

Anggota II : Drs. Bambang Dwi Wahyudi

Disahkan oleh Fakultas Keguruan Dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Dekan,

Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M. Pd NIP. 19600727 198702 1 001

ABSTRAK

Bety Wulandari, PENGARUH KOEFISIEN HAMBATAN UDARA PADA

BENTUK LOKOMOTIF TERHADAP GAYA AERODINAMIS KERETA

API ARGO LAWU, Surakarta: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui: (1) Mengetahui pengaruh kecepatan terhadap koefisien hambatan udara. (2) Mengetahui koefisien hambatan udara (Cd) yang terjadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu. (3) Mengetahui pengaruh keceptan terhadap gaya aerodinamis yang terjadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu.

Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen yang menghasilkan data, untuk dianalisis dan dideskripsikan dalam grafik-grafik. Populasi dalam penelitan ini adalah lokomotif kereta api Argo Lawu yang dibuat model, sampel dalam penelitian ini adalah kecepatan dan model yang dibuat sesuai dengan bentuk yang sebenarnya dan menggunakan perbandingan 1:70 (dalam satuan mm) dari bentuk aslinya dengan grill dibuat rata. Teknik pengumpulan data dilalakukan dengan observasi melalui alat observasi. Teknik analisis data dengan matematis, analisis regresi dan deskriptis dengan membandingkan data-data yang ditampilkan dalam grafik-grafik.

Dari hasil analisa data dapat ditarik kesimpulan bahwa: (1) Kecepatan berpengaruh secara signifikan terhadap koefisien hambatan udara yang ditunjukkan oleh harga F hitung > F tabel atau 120,376 > 10,1. Semakin cepat laju lokomotif, maka koefisien hambatan udara yang terjadi juga akan semakin meningkat. Sumbangan efektif kecepatan terhadap koefisien hambatan udara sebesar 97,57%. (2) Koefisien hambatan udara berpengaruh secara signifikan terhadap gaya aerodinamis yang ditunjukkan oleh harga F hitung >F tabel atau 340,8 > 10,1. Semakin besar koefisien hambatan udara, maka gaya aerodinamis yang terjadi juga akan semakin meningkat. Sumbangan efektif koefisien hambatan Dari hasil analisa data dapat ditarik kesimpulan bahwa: (1) Kecepatan berpengaruh secara signifikan terhadap koefisien hambatan udara yang ditunjukkan oleh harga F hitung > F tabel atau 120,376 > 10,1. Semakin cepat laju lokomotif, maka koefisien hambatan udara yang terjadi juga akan semakin meningkat. Sumbangan efektif kecepatan terhadap koefisien hambatan udara sebesar 97,57%. (2) Koefisien hambatan udara berpengaruh secara signifikan terhadap gaya aerodinamis yang ditunjukkan oleh harga F hitung >F tabel atau 340,8 > 10,1. Semakin besar koefisien hambatan udara, maka gaya aerodinamis yang terjadi juga akan semakin meningkat. Sumbangan efektif koefisien hambatan

F tabel atau 46,57 > 10,1. Semakin cepat laju lokomotif, maka gaya aerodinamis yang terjadi juga akan semakin meningkat. Sumbangan efektif kecepatan terhadap gaya aerodinamis sebesar 93,95%. Hal ini dapat dilihat pada hasil yang didapat saat eksperimen dilakukan seperti pada tabel hasil pengamatan.

MOTTO

”Boleh jadi kamu tidak menyenangi sesuatu, padahal itu baik bagimu dan boleh jadi kamu menyukai seseuatu, padahal itu tidak bagimu. Allah Mengetahui, sedangkan kamu tidak mengetahui”

(QS. Al Baqarah : 216)

”Beberapa orang dapat melihat sesuatu dalam waktu yang bersamaan tapi bisa dari sudut pandang yang berbeda”

(Bety)

”Didalam ketenangan ada kekuatan dan semakin banyak kita bisa belajar dari rasa sakit itu, semakin kita kuat”

(Bety)

”Jika menyakini sesuatu, tanamkan itu dalam hati” (Bety)

”Menjadi bijak bukanlah proses yang singkat dan mudah. Ukuran kedewasaan dan kebijaksanaan seseorang diukur dari jumlah kesulitan,tantangan dan kemampuan bertahan menyelesaikan setiap masalah”

(BNI 46)

”Lebih baik diasingkan daripada menyerah pada kemunafikkan” (Soe Hok Gie)

PERSEMBAHAN

Dengan mengucapkan puji syukur Alhamdulillah. Kami panjatkan kepada Allah SWT, karya ini aku persembahkan kepada orang-orang yang selama ini selalu ada disampingku saat aku merasa sedih, selalu tertawa bersama saat aku merasa bahagia, dan akan selalu mengangkatku saat aku merasa rendah.......untuk keluargaku

Untuk seorang teman...sahabat...kakak...dan terkasih yang selalu memberiku semangat dan kekuatan untuk tetap bisa berdiri dan melangkah. Untuk teman-teman PTM angkatan 2001 dan semua pihak yang selama ini telah mendukungku.

yang

selalu

menjadi

spiritku.

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang. Segala puji dan syukur bagi Allah SWT yang cahaya-Nya memancar dalam kalbu para wali-Nya atas segala ni’mat, hidayah, dan taufiq-Nya. Shalawat serta salam tercurah kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat serta umatnya yang selalu istiqomah dijalan-Nya.

Penyusunan Skripsi ini merupakan salah satu kewajiban untuk melengkapi syarat menyelesaikan program pendidikan Strata Satu (S1) Program Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Menyadari bahwa banyak berbagai pihak yang telah ikut membantu menyusun Skripsi ini, maka dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat :

1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebalas Maret.

2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Kejuruan Fakultas Pendidikan dan Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret.

3. Ketua Program Pendidikan Teknik Mesin, Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

4. Bapak Drs. H. Suwachid, M. Pd, M. T, selaku pembimbing I yang telah membantu pikiran,waktu serta bimbingannya sehingga penulisan skripsi ini dapat terselasaikan.

5. Bapak Drs. Bambang Dwi Wahyudi, selaku pembimbing II yang telah membantu pikiran,waktu serta bimbingannya sehingga penulisan skripsi ini dapat terselasaikan.

6. Kepala PT. Kereta Api (Persero) Daerah Operasi 6 Yokyakarta yang telah mengijinkan penulis untuk mengadakan penelitian.

7. Kepada Ketua Lab. Mekanika Fluida Fakultas Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada Yogyakarta yang telah mengijinkan penulis untuk mengadakan penelitian.

8. Seluruh teman-teman PTM angkatan 2001 yang tidak dapat di sebut satu-satu, yang telah banyak membantu dalam penulisan ini baik spiritual maupun material, sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.

9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas segala bantuannya dan dorongan motivasi sehingga penulisan skripsi ini dapat terselesaikan.

Penulis menyadari sebagai manusia biasa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk menyempurnakan skripsi ini. Terakhir semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun bagi pembaca. Amin.

Surakarta, April 2009

Penulis

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Tabel Uji Model Dalam Sesi Terowongan Angin ......................... 32 Tabel 2. Tabel Ringkasan Analisis Regresi ................................................. 38 Tabel 3. Hasil Rata-rata Uji Model Dalam Sesi Terowongan Angin .......... 40 Tabel 4. Hasil Rata-rata Perhitungan Koefisien Hambatan Udara (Cd) ...... 41 Tabel 5. Hasil Perhitungan Gaya Aerodinamis............................................ 42 Tabel 6. Data Statistik Kecepatan dan Koefisien Hambatan Udara ............ 44 Tabel 7. Ringkasan Hasil Perhitungan Analisis Regresi.............................. 45 Tabel 8. Data Statistik Hambatan Udara dan Gaya Aerodinamika.............. 46 Tabel 9. Ringkasan Hasil Perhitungan Analisis Regresi.............................. 46 Tabel 10. Data Statistik Kecepatan terhadap Gaya Aerodinamis ................. 47 Tabel 11. Ringkasan Hasil Perhitungan Analisis Regresi ............................. 48

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Kalibrasi Kecepatan Aliran Udara dalam Terowongan Angin... 54 Lampiran 2. Hasil Uji Model dalam Sesi Terowongan Angin ....................... 56 Lampiran 3. Koefisien Hambatan Udara (Cd) ................................................ 58 Lampiran 4. Gaya Aerodinamika pada Lokomotif ......................................... 59 Lampiran 5. Pengaruh Kecepatan (V) terhadap Koefisien Hambatan

Udara (Cd).................................................................................... 60 Lampiran 6. Pengaruh Antara Koefisien Hambatan Udara (Cd) terhadap Gaya Aerodinamis........................................................................ 62 Lampiran 7. Pengaruh Antara Kecepatan terhadap Gaya Aerodinamis (FD).. 64

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Di era teknologi abad 21 ini, orang cenderung memiliki mobilitas yang tinggi dari satu tempat ke tempat yang lain. Mereka memiliki banyak pilihan alat transportasi yang dapat digunakan untuk memobilitas diri, diantaranya kendaraan pribadi. Namun dengan meningkatnya jumlah pemilik kendaraan pribadi yang tidak diimbangi dengan penambahan luas jalan menyebabkan terjadinya kemacetan lalu lintas jalan raya. Hal ini yang menjadi salah satu penyebab orang mulai enggan menggunakan kendaraan pribadinya dalam memobilisasi diri. Pada akhirnya memilih transportasi massal dalam memobilisasi diri.

Ketepatan waktu dalam alat transportasi massal pun mulai dituntut oleh pengguna jasa trasportasi massal. Hal ini pula yang mendorong para pengguna engineers untuk mengembangkan kereta api berkecepatan tinggi.

Kereta eksekutif Argo Lawu milik PT. Kereta Api (Persero) Daerah Operasi 6 Yogyakarta, dengan kecepatan operasi rata-rata 100 km/jam, adalah salah satu dari beberapa kereta api tercepat yang digunakan sebagai alat transpotasi massal di pulau Jawa saat ini.

Tingkat kecepatan kereta selain tergantung dari daya mesin juga sangat dipengaruhi oleh desain dari bentuk lokomotif itu sendiri. Dari bentuk lokomotif ini sangat berpengaruh pada karakteristik aerodinamika dari kereta tersebut.

Secara teoritis aspek aerodinamika memegang peranan sangat penting hal ini disebabkan cakupan aerodinamika yang luas, seperti diungkapkan oleh Alva Edy Tantowi (1989: 10) bahwa:

“gaya-gaya yang berpengaruh pada gesekan benda diudara adalah gaya angkat aerodinamika (lift) dan gaya tahan aerodinamika (drag). Sedangkan momennya adalah angguk (pithing moment), momen gulung (rolling moment) dan momen toleh (vowing moment). Gaya dan moment tersebut biasanya dinyatakan dalam bentuk koefisien”.

Gaya tahan aerodinamika adalah gaya yang melawan laju kendaraan yang disebabkan oleh gesekkan dengan udara, hal ini akan sangat merugikan karena dengan bertambahnya kecepatan maka gaya tahan aerodinamika akan semakin besar pula.

Faktor lain yang mempengaruhi besarnya gaya tahan aerodinamika adalah bentuk kendaraan yang ditandai dengan luasan karakteristik dari kendaraan yang bentuk yang diambil arah proyeksi tegak lurus dengan arah gerak kendaraan. Kendaraan dengan bentuk dan luas penampang tegak lurus dengan arah aliran yang besar akan menyebabkan hambatan udara yang besar pula, hal ini menyebabkan kerugian daya karena hambatan menjadi lebih besar. Untuk mengurangi kerugian daya karena gaya hambatan aerodinamika diantaranya dengan membentuk kendaraan mengikuti kaidah pelancapan (stremlining).

Gaya angkat aerodinamika ini sebagai akibat dari gerakan kendaraan, seperti dikemukakan Alva Edy Tantowi (1989: 12). ”Gaya angkat aerodinamika mempunyai arah keatas, tegak lurus

permukaan jalan dan disebut gaya angkat positif. Sedangkan apabila mempunyai arah sebaliknya disebut gaya angkat negatif. Pada umumnya dalam perencanaan kendaraan darat seperti otomobil gaya angkat positif ini diusahakan tidak timbul karena gaya ini menurunkan gaya traksi”.

Gaya angkat aerodinamika positif akan sangat merugikan karena mengakibatkan kendaraan terangkat sehingga daya cengkram roda ke permukaan jalan berkurang dan akibatnya kendaraan mengalami slip karena tidak stabil, apalagi kondisi permukaan jalan basah, misalnya sehabis hujan permukaan licin sehingga nilai koefisien gaya cengkram roda kepermukaan jalan menjadi lebih kecil.

Untuk mengetahui informasi lebih lanjut mengenai karakteristik aerodinamika tersebut dapat diperoleh melalui eksperimen diterowongan angin. Namun demikian untuk menjalankan sebuah pengujian terowongan angin yang akurat dengan menggunakan terowongan angin yang sesungguhnya diperlukan biaya dan waktu yang tidak sedikit. Karenanya seiring dengan perkembangan dibidang teknologi yang semakin pesat, eksperimen untuk mendapatkan data-data Untuk mengetahui informasi lebih lanjut mengenai karakteristik aerodinamika tersebut dapat diperoleh melalui eksperimen diterowongan angin. Namun demikian untuk menjalankan sebuah pengujian terowongan angin yang akurat dengan menggunakan terowongan angin yang sesungguhnya diperlukan biaya dan waktu yang tidak sedikit. Karenanya seiring dengan perkembangan dibidang teknologi yang semakin pesat, eksperimen untuk mendapatkan data-data

Dengan bantuan eksperimen yang dilakukan dengan menggunakan model terowongan angin, data-data karakteristik aerodinamika lokomotif dapat diperoleh dalam waktu yang relatif singkat dan dengan biaya yang relatif lebih sedikit.

Kenyataan dan pemikiran tersebut diataslah yang mendasari penulis untuk mengambil judul yang berkaitan dengan aerodinamika yang terjadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu atau yang lebih dikenal dilingkup perkeretaapian dengan nama Lok CC 203 : PENGARUH KOEFISIEN HAMBATAN UDARA

PADA BENTUK LOKOMOTIF TERHADAP GAYA AERODINAMIS KERETA API ARGO LAWU.

Dengan dilakukannya eksperimen pada model yang dibuat sesuai dengan bentuk dari lokomotif Argo Lawu dengan skala yang diperkecil dan grid yang dibuat rata, maka nantinya diharapkan akan memperolah data yang akurat tentang besar kecilnya pengaruh dari aerodinamika yang terjadi terhadap lokomotif itu sendiri.

B. Indentifikasi Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang diatas, maka dapat diidentifikasikan berbagai permasalahan yang timbul yaitu sebagai berikut:

1. Pola aliran udara.

2. Kecepatan lokomotif.

3. Gaya aerodinamis.

4. Koefisien hambatan.

5. Situasi Jalan/rel.

C. Pembatasan Masalah

Agar penelitian ini tidak menyimpang dari permaalahan yang diteliti, maka peneliti menfokuskan masalah pada hal-hal berikut:

1. Gaya aerodinamis.

2. Hambatan aerodinamika.

3. Kecepatan.

D. Perumusan Masalah

Dalam penyusunan penulisan ini penulis menekankan pada efek aerodinamika yang terjadi pada lokomotifnya saja. Untuk mengarahkan jalannya penelitian, maka perlu adanya perumusan masalah diantaranya adalah sebagai berikut:

1. Adakah pengaruh kecepatan terhadap koefisien hambatan udara ?

2. Adakah pengaruh koefisiensi hambatan udara (Cd) terhadap gaya aerodinamis yang tejadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu?

3. Adakah pengaruh kecepatan terhadap gaya aerodinamis yang terjadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu?

E. Tujuan Penelitian

Suatu penelitian akan lebih mudah apabila mempunyai tujuan yang jelas. Maka tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Mengetahui pengaruh kecepatan terhadap koefisien hambatan udara.

2. Mengetahui pengaruh koefisiensi hambatan udara (Cd) terhadap gaya aerodinamis yang tejadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu.

3. Mengetahui pengaruh kecepatan terhadap gaya aerodinamis yang terjadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu.

F. Manfaat Penelitian

Dari hasil penelitian ini diharapkan akan mempunyai manfaat praktis dan teoritis, manfaat itu adalah:

1) Manfaat Praktis

a. Membantu dalam usaha pengembangan kemajuan teknologi, terutama ditinjau dari desain pembuatan lokomotif yang aman dan nyaman untuk digunakan dalam dunia perkeretaapian Indonesia.

b. Membantu dalam segi keamanan penggunaan lokomotif dengan mengetahui gaya aerodinamis yang terjadi saat lokomotif berjalan.

2) Manfaat Teoritis

a. Memberikan informasi tentang pengaruh aerodinamika yang terjadi pada kereta api Argo Lawu.

b. Sebagai masukkan serta bahan pertimbangan dan informasi untuk penelitian sejenis dimasa yang akan datang.

BAB II LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Pengertian Aerodinamika

Aerodinamika berasal dari dua buah kata yaitu aero yang berarti bagian dari udara atau ilmu kendaraan dan dinamika yang berarti cabang ilmu alam yang menyelidiki benda-benda bergerak serta gaya yang menggerakkan benda-benda tersebut. Aero berasal dari bahasa Yunani yang berarti udara, dan dinamika yang diartikan kekuatan atau tenaga. Jadi Aerodinamika dapat diartikan sebagai ilmu pengetahuan untuk mengetahui akibat-akibat yang ditimbulkan oleh udara atau gas-gas lain yang bergerak. Pada intinya aerodinamika bertujuan untuk memecah kecepatan atau hambatan udara pada saat kecepatan tinggi. Hambatan udara yang bekerja pada suatu kendaraan terutama ditentukan oleh bentuk body dari suatu benda.

Secara teoritis aspek aerodinamika memegang peranan sangat penting, hal ini disebabkan cakupan aerodinamika yang luas.

Alva Edy Tantowi(1989 : 10), menyatakan bahwa gaya-gaya yang berpengaruh pada gerakkan benda diudara adalah gaya angkat aerodinamika (lift) dan gaya tahan aerodinamika (drag). Sedangkan momennya adalah momen angguk (pithing moment), momen gulung (rolling moment) dan momen toleh (voming moment). Gaya dan momen tersebut biasanya dinyatakan dalam bentuk koefisien.

Gaya tahan aerodinamika adalah gaya yang melawan laju kendaraan yang disebabkan oleh gesekkan antara bodi kendaraan dengan udara, hal ini akan sangat merugikan karena dengan bertambahnya kecepatan maka gaya tahan aerodinamikanya pula akan besar. Seperti yang dikutip dara penelitian Alva Edi Tantowi, bahwa pada kecepatan diatas 70 km/jam dengan sudut toleh nol derajat, hampir 70% daya yang dihasilkan mesin digunakan untuk mengatasi hambatan aerodinamika.

Faktor lain yang mempengaruhi besarnya gaya tahan aerodinamika adalah bentuk kendaraan yang ditandai dengan luasan karakteristik dari kendaraan yang diambil proyeksi tegak lurus dengan gerak kendaraan, dengan meningkatnya luasan yang searah dengan proyeksi gerak kendaraan maka hambatan aerodinamikanya juga akan semakin besar secara otomatis daya untuk melawan hambatan aerodinamika juga naik.

Kendaran dengan bentuk dan luas penampang tegak lurus dengan arah aliran udara yang besar akan menyebabkan hambatan udara yang besar pula, hal ini menyebabkan kerugian daya karena gaya hambatan aerodinamika diantaranya dengan membentuk mengikuti kaidah pelancapan (treamline).

Alva Edy Tantowi (1989 : 12), menemukakan bahwa gaya angkat aerodinamika mempunyai arah keatas, tegak lurus permukaan jalan dan disebut gaya angkat positif. Sedangkan apabila mempunyai arah sebaliknya disebut gaya angka negatif. Pada umumnya dalam perencanaan kendaraan darat, gaya angkat positif ini diusahakan tidak timbul karena gaya ini menurunkan gaya traksi.

Unjuk kerja kendaraan sangat dipengaruhi oleh tiga hal seperti dikemukakan oleh J. Y. Wong dalam bukunya Theory of Ground Vehicle yang diterjemahkan oleh Djoeli Satrijo (1999: 54).

Tahanan aerodinamika dari kendaraan ditentukan dari tiga sumber: a)

Bentuk drag yang disebabkan oleh turbulensi bagian belakang kendaraan. Merupakan fungsi bentuk dari badan kendaraan, khususnya bentuk dari bagian belakang. Komponen tersebut selalu merupakan bagian yang paling bermakna dari tahanan aerodinamik.

b) Gesekkan kulit yang disebabkan oleh gaya geser yang timbul pada permukaan-permukaan luar kendaraan melalui aliran udara. Untuk permukaan akhir yang lazim, komponen ini mendekati 10% dari tahanan aerodiamik total.

c) Tahanan akibat udara melalui sistem radiator atau interior dari kendaraan untuk tujuan pendingin atau ventilasi. Hal ini bergantung pada rencana saluran. Komponen ini hanya berdistribusi beberapa persen terhadap tahanan total.

Hambatan udara kendaraan (D) diungkapkan dengan persamaan (Clancy, 1975)

D 2 = 0 , 5 . r . Cd . V A

Dari humus hambatan udara didapat koefisien drag :

D Cd =

Dimana : D = Hambatan udara Cd = Koefisiensi hambatan udara

ρ = Massa jenis udara = 1,12 Kg/m 3

V = Kecepatan A = Luas penampang tegak lurus dengan arah aliran udara

Hal yang menarik dalam hambatan udara oleh J. Y. Wong dalam bukunya Theory 0f Ground Vehicle yang diterjemahkan oleh Djoeli Satrijo (1999: 54) menyatakan bahwa:

“tahanan aerodinamika sebanding dengan kuadrat dari kecepatan. Jadi daya kuda yang diperlukan untuk melawan tahanan aerodinamika meningkat dengan pangkat tiga dari kecepatan. Kalau kecepatan dinaikkan dua kali dari semula maka daya kuda yang dibutuhkan untuk melawan tahanan aerodinnamika menjadi delatan kali dari semula”.

Secara sepintas lalu, gaya aerodinamika pada kendaraan memang terlihat sangat komplek, terlebih pada interaksi antara bodi kendaraan, fluida, dan tanah atau permukaan jalan. Akan tetapi sebenarnya, pada kasus ini dan pada semua kasus lainnya, gaya dan momen aerodinamika pada bodi hanya disebabkan oleh dua sumber utama yaitu:

1. Distribusi tekanan sepanjang permukaan bodi. 2. Distribusi tegangan geser sepanjang permukaan bodi.

Betapapun kompleknya bentuk bodinya mungkin, gaya dan momen aerodinamika pada bodi hanya disebabkan oleh dua sumber utama diatas. Tekanan (P) dan tegangan (T), keduanya dimensi gaya perluas area (newton per meter persegi). Seperti pada gambar 2, (P) memiliki aksi normal terhadap permukaan benda dan (T) memiliki aksi tangensial terhadap permukaan benda.

Gambar 1. Ilustrasi Kecepatan Aliran (John D. Anderson, Jr, 2001: 15)

Gambar 2. Ilustrasi Tekanan dan Tegangan Geser pada Permukaan

(John D. Anderson, Jr, 2001: 16)

Resultan dari distribusi (P) dan (T) sepanjang permukaan benda dinamakan Resultan Gaya Aerodinamika (R) dan momen (M) , seperti pada gambar 3.

Gambar 3. Resultan Gaya dan Momen Aerodinamika pada Permukaan Benda (John D. Anderson, Jr, 2001: 16)

2. Aliran Udara

Selain itu pada Aerodinamika kereta api sangat di pengaruhi pula oleh aliran fluida yang melewati kereta tersebut. Dalam ilmu mekanik fluida, aliran udara yang melewati body kereta termasuk dalam aliran luar (external flow) fluida. Aliran luar didefinisikan sebagai aliran yang terbenam di dalam fluida yang tak terbatas. Disebut aliran luar karena aliran fluida tersebut berada diluar permukaan benda, seperti terlihat pada gambar 4.

Gambar 4. Contoh Aliran External Fluida

Hal-hal yang penting menjadi perhatian terhadap aliran luar ini antara lain adalah gaya-gaya yang bekerja pada benda dan seluk beluk pola aliran di sekeliling benda. Aliran luar berkonsentrasi pada pembahasan koefisien drag, koefisien lift dan momen pada suatu benda.

Pada prinsipnya, fokus dari aerodinamika adalah pergerakan dari fluida. Oleh karena itu, kecepatan dari aliran adalah bagian penting yang perlu dipertimbangkan.

Ada banyak problem yang dihadapi dalam mekanika fluida dan para enginering memberikan metode pendekatan terhadap subyek dari problem itu sendiri yaitu aliran udara. Sebelum memberikan solusi, aliran udara diklasifikasikan terlebih dulu berdasarkan karakteristik fisiknya.

a. Aliran Kontinyu v.s Aliran Bebas

Berdasarkan aliran yang mengalir melalui suatu benda, seperti misal pada sebuah silinder dengan diameter , juga berdasarkan fluida yang terdiri hanya satu buah molekul, dimana bergerak secara bebas. Jarak rata-rata dimana molekul bergeser dan bertubrukan dengan tetangganya didefinisikan sebagai jejak bebas rata-rata. Jika jejak bebas rata-rata besarnya lebih kecil dari benda yang diukur dengan diameter, kemudian aliran menghilang pada permukaan benda dengan cara mengikuti alur benda (kontinue). Molekul berulang kali menabrak permukaan benda dan benda tidak dapat membedakan tubrukan molekul individu, dan permukaan benda merasakan pengaruh aliran fluida secara kontinue. Aliran lain yang berlawanan dengan aliran kontinue, dimana molekul gas diposisikan jauh, yang bertabrakan dengan permukaan benda terjadi hanya sekali, dan benda dapat merasakan impact dari tiap molekul. Aliran ini disebut aliran molekul bebas (aliran bebas).

b. Aliran Inviscid v.s Aliran Viskos

Masalah utama yang dipunyai gas maupun likuid adalah kemampuan dari molekulnya untuk bergerak secara bebas. Ketika molekul bergerak, terkadang dengan gerak acaknya, mereka memindahkan massa, momentum dan energi dari suatu titik lokasi ke titik lokasi lain dalam fluida. Transportasi ini dalam skala molekul memberikan reaksi kenaikan pada difusi massa, viskositas (gesekan) dan konduksi termal. Aliran tersebut memiliki fenomena transport. Aliran ini disebut aliran viskos.

Berlawanan dengan aliran viskos, aliran dimana diasumsikan tidak ada gesekan, konduksi termal dan difusi, dimana aliran inviscid. Dalam kenyataannya aliran inviscid itu tidak ada yang terbentuk secara natural, akan tetapi ada banyak aliran aerodinamika praktis dimana pengaruh dari fenomena perpindahannya kecil sehingga kita dapat memodelkan sebagai aliran inviscid.

Gambar 5. Pembagian Aliran Menjadi Dua Bagian: 1. Viskos Lapisan

Batas Tipis; 2. Aliran Inviscid di Luar Lapisan Batas

Gambar 6. Contoh Dominasi Aliran Viskos

(John D. Anderson, Jr, 2001: 56 )

Untuk aliran yang melewati sepanjang permukaan aliran airfoil, seperti digambarkan pada gambar 6, teori inviscid mencukupi untuk memprediksi distribusi tekanan dan gaya angkat serta memberikan representasi valid streamline aliran. Akan tetapi, karena gesekan (tekanan geser) adalah sumber utama dari drag aerodinamik, teori inviscid dengan sendirinya tidak memenuhi untuk memprediksi drag total.

Berlawanan dengan itu, ada aliran yang didominasi oleh pengaruh viskos. Sebagai contohnya, jika airfoil pada gambar 6 cenderung condong terhadap arah aliran, sehingga lapisan batas cenderung terbentuk mendekati Berlawanan dengan itu, ada aliran yang didominasi oleh pengaruh viskos. Sebagai contohnya, jika airfoil pada gambar 6 cenderung condong terhadap arah aliran, sehingga lapisan batas cenderung terbentuk mendekati

3. Hambatan Udara

Hambatan udara adalah salah satu gaya yang dialami kendaraan pada saat bergerak atau melaju., sebagai benda yang bergerak diudara seperti dikatakan Alva Edy Tantowi (1989) dalam penelitiannya mengatakan bahwa ;

”Gaya-gaya yang berpengaruh pada gerakkan benda diudara adalah gaya tahan aerodinamik (drag) dan gaya angkat aerodinamik (lift). Gaya tersebut biasanya dinyatakan dalam bentuk koefisien. Hambatan aerodinamika yang timbul sebagai akibat dari gerakkan kendaraan, terdiri dari hambatan bentuk, hambatan induksi, hambatan interferensi dan hambatan aliran dalam”.

Gaya hambatan bentuk diterangkan sebagai distribusi tekanan pada bentuk mobil dan oleh karena itu disebut gaya tahan bentuk (form drag). Seperti diterangkan Hadi Winarto (1991: 66) menerangkan bahwa :

”Untuk suatu benda tertentu, perbandingan relatif harga gaya tahan bentuk terhadap gaya tahan gesekkan kulit ditentukan oleh bentuk benda tersebut. Benda yang gaya tahan bentuknya lebih jauh lebih besar dari gesekkan kulit disebut benda berbentuk tumpul atau benda tumpul (bluff body). Sebaliknya bila gaya tahan gesekkan kulit jauh lebih besar dari gaya tahan bentuk maka benda tersebut dikatakan berbentuk semulus arus (streamlined body)”.

Sebagaimana lazimnya benda yang bergerak diudara, akan dipengaruhi oleh gaya-gaya dan momen aerodinamika, maka benda yang bergerak didarat juga akan dipengaruhi oleh gaya dan momen aerodinamika ditambah gaya-gaya karena pengaruh permukaan jalan (gaya hambatan gulung) dan gaya hambatan mekanis pada transmisi. Untuk mengurangi kerugian daya karena gaya hambatan aerodinamika, diantaranya adalah dengan membuat bentuk kendaraan mengikuti kaidah pelancapan (streamlining).

Unjuk kerja kendaraan sangat dipengaruhi oleh tiga hal seperti dikemukakan oleh J. Y. Wong dalam bukunya Theory of Ground Vehicle yang diterjemahkan oleh Djoeli Satrijo (1999: 54)

Tahanan aerodinamika dari kendaraan ditentukan dari tiga sumber :

a. Bentuk drag yang disebabkan oleh turbulensi bagian belakang kendaraan. Merupakan suatu fungsi bentuk dari badan kendaraan, khususnya bentuk dari bagian belakang. Komponen tersebut selalu merupakan bagian yang paling bermakna dari tahanan aerodinamik.

b. Gesekkan kulit yang disebabkan oleh gaya geser yang timbul pada permukaan-permukaan luar kendaraan melalui aliran udara.

c. Tahanan akibat udara melalui sistem radiator atau interior dari kendaraan untuk tujuan pendingin atau vebtilasi. Hal ini bergantung pada rencana saluran. Komponen ini hanya berkontribusi beberapa persen terhadap tahanan total.

Hambatan udara kendaraan (D) diungkapakan dengan rumus (Clancy, 1975) :

D 2 = 0 , 5 . r . Cd . V . A

Dari rumus hambatan udara didapat koefisien drag :

Cd =

Dimana :

D = Hambatan udara Cd = Koefisiensi hambatan udara

= Massa jenis udara = 1,12 Kg/m 3

V = Kecepatan A = Luas pemanpang tegak lurus dengan arah aliran udara

Hal yang menarik dalam hambatan udara oleh J. Y. Wong dalam bukunya Theory of Ground Vehicle yang diterjemahkan oleh Djoeli Satrijo (1999: 54) menyatakan bahwa :

Tahanan aerodinamika sebanding dengan kuadrat dari kecepatan. Jadi daya kuda yang diperlukan untuk melawan tahanan aerodinamika meningkat dengan pangkat tiga dari kecepatan. Kalau kecepatan dianikkan dua kali dari semula maka daya kuda yang dibutuhkan untuk melawan tahanan aerodinamika menjadi delapan kali dari semula”.

4. Gaya Aerodinamis

Gaya aerodinamis dapat dinyatakan sebagai akibat aliran udara pada suatu permukaan dari suatu benda yang bersumber dari distribusi tekanan pada permukaan dan tegangan geser pada permukaan.

Gambar 7. Ilustrasi Gaya Aerodinamis yang Terjadi pada Suatu Benda

Keterangan :

P = p (s) = Surface pressure distribution t = τ (s) = Surface shear distribution

Pada setiap titik mengalami perbedaan tekanan yang berbeda tergantung letak titik-titik tersebut. Perbedaan ini mengakibatkan terjadinya distribusi tekanan yang berbeda-beda pada permukaan sehingga mengakibatkan timbulnya gaya, yang dinamakan gaya aerodinamis. Sumber kedua adalah tegangan geser yang terjadi pada permukaan benda yang berasal dari efek gesekkan fluida yang melawan bidang permukaan benda. Resultan

distribusi P dan τ w pada setiap titik permukaan benda menghasilkan gaya R,

dimana dapar diuraikan menjadi dua komponen gaya. Komponen-komponen tersebut adalah komponen yang paralel dengan arah kecepatan V, dan komponen yang tegak lurus kecepatan V. Komponen gaya yang paralel dengan kecepatan bisa dinamakan drag force (gaya hambat) dan komponen gaya yang lainnya dinamakan lift force (gaya angkat).

Gaya aerodinamis yang terjadi pada benda meliputi aerodinamic drag, aerodinamic lift dan aerodinamic slide. Selain menimbulkan momen pada benda yang terdiri dari picthing moment, dan rolling moment

Aerodinamic drag merupakan gaya seret yang bekerja paralel terhadap arah aliran. Drag force ini merupakan gaya yang melawan gerak benda. Secara umum drag force ini terjadi akibat perbedaan tekanan antara bagian depan dan belakang benda.

Besar aerodinamic drag dapat ditentukan dengan persamaan:

FAD 2 = FD = 0 , 5 . Cd . r . V

Pada permulaan aspek lift force tidak terlalu diperhatikan, tetapi dengan semakin pesatnya kemajuan dibidang otomotif dimana kecepatan kendaraan yang semakin tinggi dapat menimbulkan masalah dalam hal stabilitas dan responsif kendaraan. Semakin cepat kendaraan melaju semakin sulit kendaraan dikendalikan. Salah satu cara untuk mengendalikan stabilitas dan meningkatkan respon kendaraan adalah dengan cara memperkecil lift force yang terjadi.

Besar lift force dapat ditentukan dengan persamaan :

FAL 2 = FL = 0 , 5 . Cl . r . V

Aerodinamic side force terjadi pada kendaraan karena mengalami gaya akibat angin yang membentuk sudut terhadap lintasan kendaraan. Kondisi ini dapat terjadi akibat kendaraan kendaraan berbelok atau memang karena ada hembusan angin yang membnetuk sudut terhadap lintasan kendaraan. Gaya ini dapat mendorong kendaraan ke arah samping sehingga kendaraan akan mengalami skid ke samping. Dan apabila side force ini bekerja tidak pada titik pusat gravitasi akan menimbulkan rolling moment dan yawing moment yang berakibat kendaraan akan rolling atau yawing.

Besar aerodimaic side force dapat dicari dengan persamaan : FAS 2 = FS = 0 , 5 . Cs . r . V

Dimana :

Cd = Koefisien gaya hambat Cl = Koefisien gaya angkat Cs = Koefisien gaya samping Cd = Koefisien gaya hambat Cl = Koefisien gaya angkat Cs = Koefisien gaya samping

Af = Luas frontal (m 2 )

V = Kecepatan relatif antara kendaraan dengan udara (m/det) Ketiga gaya tersebut diatas bekerja pada titik pusat tekanan, Cp

(Centre of pressure) dan gaya-gaya ini menimbulkan momen aerodinamis akibat adanya jarak atau lengan antara titik pusat tekanan dengan titik pusat

gravitasi, C G (Centre of Gravity). Besar momen yang dihasilkan sebagai berikut :

MR 2 = 0 , 5 . CR . Af . r . V . l MY 2 = 0 , 5 . CY . Af . r . V . l MP 2 = 0 , 5 . CP . Af . r . V . l

Dimana :

MR = koefisien momen rolling MY = koefisien momen yawing MP = koefisien momen pitching l = panjang karakteristik (m)

a. Pengujian pada Wind Tunnel Untuk menentukan nilai koefisien hambatan udara (Cd) kendaraan pada umumnya dapat dilakukan dengan percobaan menggunakan terowongan angin (Wind Tunnel). Terowongan angin ini dapat berskala penuh apabila digunakan untuk model uji sebenarnya atau berskala kecil untuk model uji dengan skala pengecilan.

Fairing Gauu zes Fan

Working Section Working Section

Terowongan angin mempunyai beberapa bagian diantaranya adalah setting camber, section work, difuser

tertutup. Bahan uji diletakkan dalam sesi uji (working section) kemudian dihwmbuskan angin dengan cara

memutar fan sehingga didapatkan aliran udara, besarnya gaya-gaya dapat dibaca pada timbangan pengukur.

1. Kalibrasi Kecepatan Aliran Udara Kalibrasi kecepatan aliran udara dalam sesi uji menunjukkan seragam distribusi kecepatan pada penampang sesi uji. Kalibarasi kecepatan udara dilakukan dengan Pitot-static Tube. Ada dua tahap perhitungan,

pertama untuk menentukan rapat massa udara (ρ) dan tahap kedua, perhitungan menentukan kalibrasi kecepatan udara dalam sesi uji (V).

Data kondisi udara seperti suhu (T), tekanan udara (P), dan lembaban udara (H U ) serata tabel uap digunakan untuk menentukan besar tekanan uap jeneh dan tekanan uap air (P V ). Dengan mengambil bilangan konstan gas untuk udara (R U ) sebesar 28,97 m/ 0 K dan uap untuk air (R V ) sebesar 47,107 m/ 0 K, kemudian dihitung besar rapat massa udara menggunakan rumus :

kg / m

Untuk mengkalibrasi kecepatan aliran udara dalam sesi uji terowongan angin, digunakan data tinggi parafi pada pipa statis (h st ) dan pipa stagnasi (h t ) Pitot-static Tube. Adapun persamaan kalibrasi kecepatan aliran udara dalam sesi uji terowongan angin sebagai berikut :

g . r r .( h st - h t )

Vk = r u

ρ p = Rapat massa parafin, Kg/m

ρ u = Rapat massa udara, Kg/m 3

2. Pengujian Pada Sesi Uji Koefisien tahanan aerodianmika dapat diperoleh melalui pengujian didalam terowongan angin dari sebuah model kendaraan berskala atau model kendaraan penuh. Salah satu metode untuk menguji hambatan udara aerodinamika seperti dikemukakan Djoeli Satrijo (1999) dalam diktat kuliahnya :

” Metode perlambatan dari uji tahanan aerodinamik. Pada metoda ini, mula-mula kendaraan digerakkan sampai kecepatan tertentu, kemudian lintasan daya dari engine ke roda dilepaskan, dan kendaraan mengalami perlambatan. Perlambatan tersebut merupakan akibat dari gabungan tahanan gelinding dan tahanan aerodinamika”.

Ada beberapa cara pengujian model menggunakan terowongan angin ini (Hoerner, 1965), yaitu pengujian tanpa landasan, menggunakan landasan, cara cermin (image method), menggunakan landasan bergerak (moving belt), dan menggunakan model uji skala penuh.

Mekanisme yang digunakan untuk mengukur hambatan udara didalam sesi uji menggunakan timbangan penyeimbang yang diletakkan pada meja tunnel, tapatnya dibawah sesi uji yang berbentuk oktagonal.

Gambar 9. Mekanisme Timbangan (Aerodinamika L. J. Clancy, 1975)

Keterangan :

1. Sesi uji bentuk octagonal 2. Benda uji (model) 3. Beban timbangan 4. Skala ukuran

5. Meja Wind Tunnel

Gaya yang bekerja dalam mekanisme timbangan dapat digambarkan sebagai berikut :

YS

Gambar 10. Mekanisme Timbangan dalam Wind Tunnel

Dimana : N = Beban timbangan S = Jarak pergeseran (skala)

D = Drag y = Jarak antara timbangan dengan titik berat

b. Titik Berat Kendaraan Perhitungan titik berat kendaraan akan lebih mudah untuk dilakukan apabila dilakukan dengan percobaan berat kendaraan dalam suatu mekanisme pengangkatan dengan ketinggian tertentu pada salah satu poros rodanya (axle).

1) Perbedaan Titik Berat Antara Gandar Depan dan Belakang (Front and Real Axle) Seperti pada gambar 14, berat kendaraan pada gandar depan didefinisikan sebagai m vf , beban pada gandar belakang m vr, serta berat total kendaraan m vt .

Gambar 11. Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Model Uji l

Menurut jousan Raindell dalam bukunya The Automotive Chassis Engineering Principle, menerangkan bahwa :

m vt = m vf + m vr (Kg )

Dimana :

m vt = Beban kendaraan total

m vf = Beban pada gandar depan

m vr = Beban pada gandar belakang

Dengan memakai keseimbangan momen pada gandar depan (m vt ) dan

gandar depan ( m vr ) didapatkan jarak antara gandar depan titik pusat (l f ) dan jarak antara titik pusat dengan gandar

belakang (l r ). secara metematis dapat digambarkan sebagai berikut :

Dimana : m vt = Berat kendaraan total m vf = Beban berat gandar depan (front) m vr = Beban pada gandar belakang (real) l = Jarak roda depan dan belakang (wheel base)

l f = Jarak antara roda depan dengan titik berat lr = Jarak antara roda belakang dengan titik berat

2) Titik Berat Kendaraan Untuk menghitung titik berat (h s ) menggunakan metode percobaan dengan gandar depan dan belakang pada ketinggian yang memungkinkan, dengan cara mengangkat pada ketinggian (h) memakai suatu mekanisme pengangkatan (autohoist, jack, crane).

Gambar 12. Mekanisme Percobaan Untuk Mencari Dm Dengan analisa gaya didapat : (selisih pembebanan gander depan dan belakang)

h = sin a

bila a diketahui maka

D l r dapat kita defisinikan dengan product moment terhadap gandar depan:

m g ( l r + D l r cos a ) = ( m nr + D m ) l cos a

cos a dieliminasi maka

D = nr

= l nr r l f dimana l f l m

sehingga vt

m nt

h s = dan m nt

l jadi

m vt tan a

+ r m dyn vt tan a

Dimana: l

= Jarak roda depan-belakang (wheel base) l f = Jarak titik berat dengan roda depan

l r = Jarak titik berat dengan roda belakang

Dl r = Selisih antara l r dengan l f

S = Titik berat kendaraan h s = Tinggi titik berat r dyn = Jari-jari roda

h 1 s = Selisih antara h s dengan r dyn

h = Tinggi angkat a = Sudut angkat kendaraan

M vf = Beban roda depan M vr = Beban roda belakang M vt = Berat kendaraan Dm = Selisih antara m vf dengan m vr

5. Kereta Api Argo Lawu

1. Spesifikasi Lokomotif CC 203

Nama model lokomotif

U18

Tenaga mesin (PK)

Tenaga generator untuk TM (PK)

MESIN DIESEL: Nomor mode

7 FDL 8

Jumlah silinder

Type

4 langkah dengan turbo charger

PUTARAN: Idle (RPM)

Maksimum (RPM)

Voltage nominal battery (volt)

KAPASITAS: Tangki bahan bakar (liter)

Minyak pelumas motor diesel (liter)

Air pendingin (liter)

Bak pasir (m 3 )

Tinggi atap (penuh)

3574 mm

Lebar (penuh)

2641 mm

Jarak alas gear box ke rel

102 mm

Panjang dari ujung ke ujung plat

14.133 mm

Diameter roda

952 mm

Berat nominal

81.829 kg

Lengkun rel minimum

56.700 mm

2. Fasilitas dan Spesifikasi Teknis Kereta Api Argo Lawu

a. Interior

Desain lokomotif kereta api jenis Lok CC 203 atau yang lebih dikenal dengan Argo Lawu ini disesuaikan dengan aspek estetika, keselamatan dan kenyamanan, dilengkapi peredam suara dan isolasi panas tidak mudah terbakar.

b. Tempat Duduk § Kapasitas 50 tempat duduk per kereta. § Reclining dan revolving seat system. § Dilengkapi meja lipat dan sandaran kaki.

§ Desain ergonomic.

c. Pintu Ruangan § System geser otomatis.

d. Jendela § Kaca dupleks lapisan laminasi isolator panas dilengkapi dengan tirai.

e. Penyegar Udara § 2 set Air Conditioner (AC) tiap kereta dengan temperature 21 – 26 0 C.

f. Jenis Boogie § K8 / NT. 60 dengan system suspensi conical, rubber bounded dan coil

spring. dilengkapi bolster anchor serta vertical shock absorber.

g. Fasilitas Keselamatan § Tabung pemadam kebakaran. § Emergency brake.

h. Fasilitas Lainnya § Audio / video.

§ Lampu baca. § Toilet.

B. Kerangka Pemikiran

Dalam aerodinamika hambatan udara dinyatakan dalam koefisien hambatan udara (Cd), kenaikkan Cd mengakibatkan gaya hambatan udara naik, semakin tinggi gaya-gaya yang menghambat lajunya kendaraan akan semakin besar daya untuk mengatasi gaya-gaya hambatannya.

Hambatan udara dipengaruhi beberapa komponen diantaranya adalah massa jenis udara, koefisien hambatan udara, luas penampang tegak lurus dengan kendaraan (A) dan kecepatan kendaraan. Naiknya kecepatan akan mengakibatkan hambatan udara mengalami pertambahan. Hambatan udara yang besar akan mengakibatkan daya yang besar digunakan untuk mengatasi hambatan udara juga besar.

Pengujian pada terowongan angin dengan menvariasi model {menvariasi penampang tegak lurus dengan arah kendaraan (A) } akan mempengaruhi nilai Cd. Cd yang didapat dari pengujian model digunakan untuk menghitung hambatan udara, dengan menvariasi kecepatan (V) akan didapat hambatan udara yang bervariasi. Karakteristik hubungan daya pada model tertentu yang ditinjau dari efisiensi total kendaraan bisa didapatkan dengan mendeskripsikan data dalam bentuk grafik dengan bantuan aplikasi Microsoft Exel 2003.

Kerangka pemikiran dalam penelitian ini dapat digambarkan dalam paradigma yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

Gambar 13. Paradigma Penelitian

Keterangan:

X 1 = Kecepatan.

X 2 = Koefisien hambatan udara. Y

= Gaya aerodinamis = Garis hubungan antara koefisien hambatan udara dan bentuk lokomotif

dengan gaya aerodinamis.

C. Perumusan Hipotesis

Berdasarkan dari kajian teori dan kerangka berpikir diatas maka dapat dirumuskan jawaban sementara, sebagai berikut:

2. Ada pengaruh yang signifikan antara kecepatan dengan koefisien hambatan udara.

3. Ada pengaruh yang signifikan antara koefisiensi hambatan udara (Cd) dengan gaya aerodinamis yang tejadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu.

4. Ada pengaruh yang signifikan antara kecepatan dengan gaya aerodinamis yang terjadi pada lokomotif kereta api Argo Lawu.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

1. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di dua tempat : 1. Untuk data-data spesifikasi tentang kereta api Argo Lawu Lok CC 203 dilakukan di PT. Kereta

Api (Persero) Daerah Operasi 6 Yogyakarta yang beralamatkan di Jl. Lempuyangan No. 1 Yogyakarta Telp. (0274) 513284. 2. Untuk pengujian model sampel dilakukan di Laboratorium Mekanika Fluida Jurusan Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Yogyakarta.

2. Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan September 2005 - Maret 2009. Adapun jadwal penelitian adalah sebagai berikut:

Rencana Jadwal Penelitian : a. Seminar proposal

: September 2005

b. Revisi proposal

: November 2005

c. Perijinan penelitian

: Juni 2006 – April 2007

d. Pelaksanaan penelitian

: Agustus 2007

e. Analisis data

: September 2007

f. Penulisan laporan

: Juli 2008 – Maret 2009

B. Metode Penelitian

Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah eksperimen. Penelitian eksperimen adalah penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek penelitian serta adanya kontrol. Yaitu dengan memaparkan secara jelas hasil eksperimen di laboratorium terhadap benda uji, kemudian analisis datanya menggunakan angka-angka. Metode penelitian eksperimen ini bertujuan untuk mendeskripsikan keadaan obyek dan subyek penelitian secara mendalam. Penelitian ini diadakan untuk mengetahui pengaruh koefisien hambatan udara yang terjadi dengan bentuk lokomotif yang ada terhadap gaya aerodinamis yang terjadi.

C. Populasi dan Sampel

1. Populasi Penelitian

Populasi menururt Suharsimi Arikunto (1993: 102) menyatakan bahwa: “Populasi adalah keseluruhan obyek penelitian”. Populasi dalam penelitian ini digunakan lokomotif kereta api Argo Lawu atau yang lebih dikenal di lingkup PT. Kereta Api (Persero) dengan nama Lok CC 203.

2. Sampel Penelitian

Dalam penelitian ini sampel penelitiannya diambil dengan menggunakan teknik “Porpusive Sampling” artinya suatu teknik pengambilan sampel yang dilakukan hanya untuk tujuan tertentu saja (Sugiyonoo, 2001: 62). Menurut Suharsimi Arikunto ( 1993: 113) teknik purposive sampling adalah sampel dilakukan dengan cara mengambil subyek bukan didasarkan atas strata, random atau daerah tetapi didasarkan atas adanya tujuan tertentu.

Adapun sampel dalam penelitian ini yaitu model yang dibuat sesuai dengan bentuk yang sebenarnya dan menggunakan perbandingan ukuran perbandingan 1:70 (dalam satuan mm) dari bentuk aslinya dengan menggunakan terowongan angin. Dengan idelisasi model tanpa roda, tanpa kaca, undercarriage rata. Kecepatan udara minimum yang digunakan dalam eksperimen ini adalah sekitar 25 m/s, dan kecepatan maksimum yang digunakan dalam eksperimen adalah 29 m/s. Data didapat dari hasil eksperimen dalam terowongan angin.

Gambar 14. Dimensi Kereta Api Standar (dalam satuan cm)

Gambar 15. Model dari Kereta Api (dalam satuan mm)

D. Teknik Pengumpulan Data

1. Variabel Penelitian

Definisi variabel penelitian ini adalah sebagai obyek penelitian, atau apa yang menjadi titik perhatian suatu penelitian (Suharsimi Arikunto, 1993: 91). Didalam suatu variabel terdapat satu atau lebih gejala, yang mungkin juga terdiri dari berbagai aspek atau unsur sebagai bagian yang tidak terpisahkan. Dari pengertian diatas secara garis besar variabel dalam penelitian ini ada tiga variabel.

a. Variabel Bebas