pengaruh penggunaan fender-frame- drone dan beban...
TRANSCRIPT
i
PENGARUH PENGGUNAAN FENDER-FRAME-DRONE DAN BEBAN TERHADAP KONSUMSI ARUS
BATERAI
SKRIPSI
diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelarSarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
OlehCahyo Budi Wicaksono
5212413024
TEKNIK MESINJURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2019
ii
PERSETUJUAN PEMBIMBING
Nama : Cahyo Budi WicaksonoNIM : 5212413024Program Studi : Teknik MesinJudul : Pengaruh Penggunaan Fender-Frame-Drone dan Beban Terhadap
Konsumsi Arus Baterai
Skripsi ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang
panitia ujian Skripsi Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Negeri Semarang.
Semarang, . . . . . . . . . . . . . .Pembimbing I, Pembimbing II,
Widya Aryadi S.T., M.Eng. Samsudin Anis S.T., M.T., P.hD.
NIP. 197209101999031001 NIP. 197601012003121002
iii
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul Pengaruh Penggunaan Fender-Frame-Drone dan Beban Terhadap
Konsumsi Arus Baterai telah dipertahankan di depan sidang Panitia Ujian Skripsi Fakultas Teknik
UNNES pada . . . . . . . . . . . . .
OlehNama : Cahyo Budi WicaksonoNIM : 5212413024Program Studi : Teknik Mesin
Panitia:Ketua Panitia Sekretaris
Rusiyanto S.Pd., M.T. Rusiyanto S.Pd., M.T.NIP. 197403211999031002 NIP. 197403211999031002
Penguji Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Eng., Karnowo, S.T., M. Eng. Widya Aryadi S.T., M.Eng. Samsudin Anis S.T., M.T., P.hD.
NIP. 197706062005011001 NIP. 197209101999031001 NIP. 197601012003121002
Mengetahui,Dekan Fakultas Teknik UNNES
Dr. Nur Qudus M.TNIP. 196911301994031001
iv
PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa:
1. Skripsi ini, adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan
gelar akademik (sarjana, magister, dan/atau doktor), baik di Universitas
Negeri Semarang (UNNES) maupun di perguruan tinggi lain.
2. Karya tulis ini adalah murni gagasan, rumusan, dan penelitian saya sendiri,
tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan Pembimbing dan masukan Tim
Penguji.
3. Dalam karya tulis ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis
atau dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas
dicantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama
pengarang dan dicantumkan dalam daftar pustaka.
4. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di kemudian
hari terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini,
maka saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar
yang telah diperoleh karena karya ini, serta sanksi lainnya sesuai dengan
norma yang berlaku di perguruan tinggi ini.
Semarang, Februari 2019Yang membuat pernyataan
Cahyo Budi WicaksonoNIM. 5212413024
v
SARI ATAU RINGKASAN
Cahyo Budi Wicaksono. 2019. Pengaruh Penggunaan Fender-Frame-Drone danBeban Terhadap Konsumsi Arus Baterai. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin FakultasTeknik Universitas Negeri Semarang. Widya Aryadi, S.T., M.Eng dan SamsudinAnis S.T., M.T., P.hD.
Tujuan dari penelitian ini yaitu mengetahui pengaruh beban dan konsumsidaya baterai menggunakan frame F450 dengan frame fender. Variasi penambahanbeban yaitu 0,5 kg, 1 kg, 1,5 kg, dan 2 kg dan dengan durasi terbang sama yaitu 2menit dalam ketinggian 1 meter.
Metode penelitian yang digunakan adalah eksperimen. Pengujian konsumsidaya baterai menggunakan multimeter. Data hasil penelitian dianalisis dengancara mengamati secara langsung. Setelah mendapatkan hasil eksperimenkemudian mengolah data dan menyimpulkan hasil penelitian yang telahdilakukan, selanjutnya di tampilkan dalam bentuk grafik dan tabel.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan baterai dari Frame F450tanpa beban yaitu 0,010417 miliamper dan 0,024306 miliamper denganpenambahan beban 2 kg. Frame fender tanpa beban yaitu 0,007407 miliamper danpenambahan beban 2 kg yaitu 0,016667 miliamper. Penggunaan daya baterai dibuat sama dengan gram per secon. Dari data yang di dapat Jadi konsumsi dayabaterai pada frame fender lebih irit dibandingkan frame F450.
Kata Kunci: Drone, Baterai, Konsumsi Arus, Beban
vi
PRAKATA
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT berkat rahmat dan
hidayah-Nya, sehingga dapat diselesaikan skripsi dengan judul “Pengaruh
Penggunaan Fender-Frame-Drone dan Beban Terhadap Konsumsi Arus Baterai”
untuk menyelesaikan studi Strata Satu untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di
Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.
Skripsi ini dapat terselesaikan berkat bimbingan, bantuan dan motivasi dari
berbagai pihak. Oleh karena itu dengan penuh kerendahan hati disampaikan
ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam
penyelesaian skripsi ini. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M. Hum., Rektor Universitas Negeri Semarang
atas kesempatannya yang diberikan kepada penulis untuk menempuh studi di
Universitas Negeri Semarang.
2. Dr. Nur Qudus, M.T., Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.
3. Rusiyanto, S.Pd., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Negeri Semarang.
4. Samsudin Anis S.T., M.T., Ph.D. selaku Pembimbing 2 yang memberikan
bimbingan, arahan, motivasi, masukan dan sebagai Ketua Program Studi S1
Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri
Semarang.
vii
5. Widya Aryadi, S.T., M.Eng., selaku dosen pembimbing 1 yang telah
memberikan bimbingan, arahan, saran, dan masukan kepada penulis dalam
penyelesaian skripsi ini.
6. Dr. Eng., Karnowo, S.T., M. Eng., selaku dosen penguji yang telah
memberikan arahan, saran, dan masukan kepada penulis dalam penyelesaian
skripsi ini.
7. Ayah dan ibu tercinta yang telah memberikan doa, semangat dan motivasi.
8. Istri tercinta yang selalu menemani dan memberikan semangat untuk
mengerjakan skripsi ini.
9. Teman-teman prodi S1 Teknik Mesin 2013 yang telah memberi banyak
pelajaran hidup dan semangat.
10. Semua pihak yang telah memberi motivasi, saran, dan masukan kepada
penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari dalam skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena
itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam perbaikan
skripsi ini. Semoga skrips ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan dunia
pendidikan pada khususnya.
Semarang, Februari 2019
Penulis
viii
DAFTAR ISI
PERSETUJUAN PEMBIMBING ....................................................................... ii
PENGESAHAN.................................................................................................... iii
PERNYATAAN KEASLIAN.............................................................................. iv
SARI ATAU RINGKASAN ................................................................................. v
PRAKATA............................................................................................................ vi
DAFTAR ISI....................................................................................................... viii
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ............................................................ x
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi
DAFTAR GAMBAR........................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN...................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2. Identifikasi Masalah ................................................................................. 3
1.3. Pembatasan Masalah ................................................................................ 3
1.4. Rumusan Masalah .................................................................................... 3
1.5. Tujuan Penelitian...................................................................................... 4
1.6. Manfaat Penelitian.................................................................................... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ................................. 5
2.1. Kajian Pustaka .......................................................................................... 5
2.2. Landasan Teori ......................................................................................... 6
2.2.1. Drone ................................................................................................ 6
2.2.2. Sifat Aliran ...................................................................................... 17
2.2.3. Aerodinamika.................................................................................. 19
BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 21
3.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan............................................................. 21
3.2. Desain Penelitian .................................................................................... 21
3.3. Alat dan Bahan Penelitian ...................................................................... 23
3.4. Parameter Penelitian............................................................................... 29
ix
3.5. Teknik Pengumpulan Data ..................................................................... 29
3.6. Kalibrasi Instrumen ................................................................................ 30
3.7. Teknik Analisis Data .............................................................................. 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 32
4.1. Deskripsi Data ........................................................................................ 32
4.2. Analisis Data dan Pembahasan............................................................... 35
BAB V PENUTUP............................................................................................... 38
1.1. Kesimpulan............................................................................................. 38
1.2. Saran ....................................................................................................... 38
DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................... 40
LAMPIRAN ........................................................................................................ 42
x
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN
Simbol Arti
I
P
V
M
V
γ
/
Kuat Arus (A)
Daya (W)
Tegangan (V)
Massa Jenis (kg/m3)
Massa (kg)
Volume (m3)
berat jenis fluida (N/m2)
masa jenis fluida (kg/m3)
perecepatan grafitas (m/s2)
tegangan geser (N/m3)
Gaya Angkat (N)
Koefisien Lift
Kecepatan Pesawat (m/s)
Volume Pesawat (m3)
Gaya Gesek (N)
Koefisien Drag
Singkatan Arti
UAV
ESC
PWM
BEC
FPP
CPP
CW
CCW
GPS
Unmanned Aerial Vehicie
Electronic Speed Controller
Pulse Width Mudulation
Battery Eliminator Circuit
Fixed Pitch Propeller
Controllable Pitch Propeller
Clock Wise
Counter Clock Wise
Global Positioning System
xi
DAFTAR TABELTabel 2. 1 Gerak Drone........................................................................................... 7
Tabel 2. 2 Deskripsi dan Analisa Multicopter ...................................................... 15
Tabel 3.1 Konsumsi Arus Drone........................................................................... 30
Tabel 4. 1Hasil penelitian konsumsi arus menggunakan frame F450 flame wheel
dengan satuan miliampere/gram/secon................................................. 33
Tabel 4.2 Hasil penelitian konsumsi arus menggunakan Frame Fender dengan
satuan miliampere/gram/secon ............................................................. 34
Tabel 4.3 Rata-rata konsumsi arus dengan satuan miliampere/gram/menit ......... 34
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Drone.................................................................................................. 7
Gambar 2. 2 Gerak Propeller.................................................................................. 8
Gambar 2.3 ESC ..................................................................................................... 8
Gambar 2. 4 Motor Brushless DC Motor.............................................................. 11
Gambar 2. 5 Propeller........................................................................................... 12
Gambar 2. 6 Remote .............................................................................................. 13
Gambar 2. 7 Baterai Lithium ................................................................................. 14
Gambar 2.8 Frame Drone ..................................................................................... 15
Gambar 2. 9 Mikrokontroler ................................................................................. 17
Gambar 3. 1 Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian............................................... 22
Gambar 3. 2 Desain Frame drone......................................................................... 23
Gambar 3.3 frame F450 flame wheel .................................................................... 24
Gambar 3. 4 Motor BLDC .................................................................................... 25
Gambar 3.5 Baterai lithium ................................................................................... 26
Gambar 3. 6 Propeller........................................................................................... 26
Gambar 3. 7 ESC .................................................................................................. 27
Gambar 3.8 Remote Control ................................................................................. 27
Gambar 3. 9 Mikrokontroler ................................................................................. 28
Gambar 3.10 APM ................................................................................................ 28
Gambar 4. 1 Frame F450 Flame Wheel................................................................ 32
Gambar 4.2 Frame Dengan Pengaman Blade....................................................... 33
Gambar 4.3 Hasil Penelitian Menggunakan frame F450...................................... 35
xiii
Gambar 4.4 Hasil Penelitian Menggunakan Frame dengan Pengaman................ 36
Gambar 4.5 Perbandingan konsumsi arus baterai Frame F450 dengan Frame
Fender .............................................................................................. 37
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kita hidup di tengah perkembangan teknologi yang telah memberikan
keuntungan dalam segala kebutuhan. Berbagai teknologi dan perlengkapan
diciptakan untuk membantu pekerjaan agar lebih cepat, efisien, dan mudah. Salah
satu teknologi yang semakin berkembang yaitu pesawat tanpa awak atau
unmanned aerial vehicie (UAV) dengan kendali jarak jauh. UAV dapat berupa
pesawat atau helikopter yang menggunakan navigasi automus untuk melakukan
misi berguna (Utama, dkk. 2013:36).
Drone merupakan salah satu UAV. Drone memiliki beberapa kelebihan
seperti ringan, portable, akurasi tinggi, stabil, hovering, mampu beroperasi indoor
atau outdoor, dan dapat mendarat secara vertikal. Kebutuhan teknologi dalam
berbagai bidang saat ini semakin meningkat, terutama drone sebagai salah satu
alat bantu untuk mempermudah kebutuhan informasi data di era distrubsi 4.0. Saat
ini, drone digunakan dalam bidang pertahanan, pemetaan wilayah, resque, dan
dokumentasi.
Secara umum, drone memiliki performa yang dipengaruhi oleh banyak
faktor seperti motor, propeller, material frame, bentuk frame, aksesoris, program,
kontrol, berat, jangkauan, ketinggian maksimum, kecepatan, dan daya tahan
adalah parameter desain penting yang membedakan berbagai jenis drone dan
klasifikasi. (Hassanalian dan Abdelkefi, 2017:2)
1
2
Frame adalah perangkat utama dalam menopang berbagai teknologi agar
mudah menyambungkan antara bagian komponen dalam satu tempat. Desain
frame yang baik yaitu harus memenuhi beberapa syarat seperti aman, ringan, dan
mudah digunakan dalam berbagai medan. Frame dalam drone yang sudah di
pasarkan banyak sekali yang belum aman dari sisi safety seperti benturan
langsung ke tembok, dan pada pohon. Saat memegang juga sebisa mungkin pada
saat blade sudah berhenti karena blade tidak sepenuhnya dilindungi oleh frame.
Frame tersebut juga memiliki beberapa kelebihan yaitu ringan, simpel, dan mudah
untuk dirangkai.
Karena pada sisi blade belum ada frame yang melindungi saat terbang,
sehingga mudah patah jika berbenturan langsung dengan benda keras seperti
pohon, dan tembok. Penambahan safety ataupun pembuatan frame yang lebih baik
perlu dilakukan dengan penambahan fender agar lebih aman. Fender frame drone
adalah pengembangan dari frame yang memiliki kelebihan yaitu aman apabila
terjadi benturan dan dapat dilengkapi banyak sensor, meskipun demikian
penambahan safety pada sekeliling blade dapat membuat beban frame bertambah
berat.
Daya dari drone untuk memutar motor menggunakan baterai. Baterai yang
sering digunakan yaitu baterai lithium karena menggunakan elektrolit polimer
kering yang disusun berlapis diantara anoda dan katoda yang mengakibatkan
pertukaran ion. Tetapi baterai lithium hanya memiliki daya tahan yang terbatas,
sehingga semakin banyak motor yang digunakan maka daya baterai akan cepat
habis (Fernando dan Derist. 2016:267). Tambahan beban dimungkinkan
3
berdampak pada konsumsi baterai, meskipun demikian perlu riset untuk
mengetahui dampak tersebut secara detail.
1.2.Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, terdapat beberapa masalah diantaranya
sebagai berikut. :
1. Kurangnya keamanan dari frame yang ada di pasaran seperti mudah patahnya
blade.
2. Peforma drone di pengaruhi oleh bentuk frame
3. Performa drone dipengaruhi oleh beban tambahan seperti camera dan sensor
4. Performa drone dipengaruhi oleh program dan sistem kontrol
1.3.Pembatasan Masalah
Agar perancangan mengenai pembuatan drone jelas, peneliti membatasi
masalah dalam perancangan ini, antara lain:
1. Model fender terhadap performa drone
2. Penambahan beban tambahan
1.4.Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang akan di kaji dalam perancangan ini adalah sebagia
berikut:
1. Apakah frame dengan dan tanpa fender berpengaruh terhadap performa
drone khususnya konsumsi arus baterai
2. Seberapa besar dampak pengaruh fender frame drone terhadap konsumsi arus
baterai
3. Apakah beban berpengaruh terhadap performa drone
4
4. Seberapa besar pengaruh beban terhadap performa drone
1.5.Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah di atas maka tujuan dari penelitian yang akan
dilakukan adalah:
1. Mengetahui konsumsi baterai terhadap frame dengan dan tanpa fender
2. Mengetahui dampak pengaruh frame fender terhadap konsumsi baterai
3. Mengetahui pengaruh beban terhadap performa drone
4. Mengetahui seberapa besar pengaruh beban yang ada terhadap perfroma
drone
1.6.Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Memberi pengetahuan tentang salah satu teknologi yang dapat digunakan
dalam modifikasi drone.
2. Memberikan informasi dan menambah ilmu pengetahuan tentang
pengembangan drone
3. Penelitian ini diharapkan dapat menjadi masukan bagi lembaga atau dosen
tentang pengaruh konsumsi baterai
5
BAB II
KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Kajian Pustaka
Beberapa penelitian telah dilakukan terkait tentang drone adalah sebagai
berikut:
Penelitian yang dilakukan oleh Hassanalian dan Abdelkefi, (2017:27)
dengan judul “klasifikasi, aplikasi, dan tantangan desain drone” Penelitian terbaru
di bidang pesawat terbang dibahas secara mendalam. Klasifikasi mencakup
berbagai kelas pesawat tak berawak, kendaraan udara mikro, kendaraan udara
nano, kendaraan udara pico, dan pesawat tak berawak ini bisa digunakan untuk
melakukan berbagai perdata dan misi. Misi yang mungkin termasuk pencarian dan
penyelamatan, perlindungan lingkungan, pengiriman, eksplorasi ruang angkasa.
Metode desain yang digunakan dan tantangannya untuk semua jenis pesawat tak
berawak. Selain itu, Metode dan tantangan manufaktur yang digunakan, Aktuator,
power supply, daya tahan, kontrol dan navigasi.
Penelitian juga dilakukan oleh Fernando dan Derist, (2016:268) dengan
judul “Rancang model Frame Multicopter” yang menyatakan bahwa bentuk frame
atau kerangka mekanik untuk membuat sebuah multicopter dapat dilihat dari
jumlah rotor/motor yang akan digunakan. Jumlah rotor/motor menjadi sebuah
pertimbangan pada penelitan penggunaan sumber daya arus yang digunakan,
kestabilan dalam penerbangan, dan kemudahan fleksibilitas pengontrolan
penerbangan.
5
6
Penelitian yang dilakukan oleh Ferguson dkk, (2012:13) dengan judul
“Auotonomus Quadcopter” dalam penelitian ini mereka mengalami banyak
masalah dalam sistem pengendali kecepatan, motor, dan software yang
menyebabkan masalah dalam pembuatan helikoper tanpa pilot.
Penelitian juga dilakukan oleh Parihar dkk, (2016:2133) dengan judul
“Design & Developmen analysis of Quadcopter” mereka menyimpulkan bahwa
quadcopter akan segera menjadi bagian penting di Indonesia karena akan
memiliki peran besar untuk berbagai pekerjaan seperti mengantar barang, bahkan
iklan udara.
2.2.Landasan Teori
2.2.1. Drone
Drone atau unmanned aerial vehicie (UAV) adalah kendaraan udara tanpa
awak atau tanpa seorang pilot (autopilot), yaitu suatu sistem yang dapat
menggerakkan pesawat terbang tanpa adanya kendali dari manusia. (Mulyani dkk,
2012:1). Kelebihan dari UAV yaitu : (1) Dapat di operasikan dengan cepat dan
dapat di gunakan secara berulang untuk mendeteksi perubahan; (2) dapat di
terbangkan rendah sehingga mampu menghasilkan gambar resolusi tinggi; (3)
biaya lebih rendah untuk perawatan pesawat, sehingga lebih ekonomis; (4)
Aplikasi yang luas dan beragam; dan (5) tanpa pilot sehingga lebih
aman.(Shofiyanti,2011:61). Gambar 2.1. Merupakan contoh gambar dari drone
yang memiliki 4 lengan untuk tempat rotor atau quadcopter.
7
Gambar 2. 1 Drone
Contoh apabila drone akan belok ke kanan maka R1 dan R4 bergerak cepat
dan R2 dan R3 bergerak pelan, maka akan menghasilkan tekanan yang berbeda
sehingga drone dapat berputar sesuai yang diinginkan.
Tabel 2. 1 Gerak DroneGerak R1 R2 R3 R4
Roll rightRoll leftPitch upPitch downYaw CWYaw CCW
CepatPelanCepatPelanPelanCepat
PelanCepatCepatPelanCepatPelan
PelanCepatPelanCepatPelanCepat
CepatPelanPelanCepatCepatPelan
(Wicaksono: 3)
Dari Gambar 2.2. yaitu gerak putar dari propeller. Yang berwarna merah
berarti berputar dengan kecepatan tinggi sedangkan untuk hijau berputar
kecepatan rendah sehingga menghasilkan arah yang kita inginkan. Apabila drone
ingin naik ke atas maka semua berputar dengan kecepatan tinggi agar terangkat ke
atas.
8
Gambar 2. 2 Gerak Propeller(Sumber: http://hme-tadulako.blogspot.co.id/2016/01/elektro-paper-edisi-v-
drone.html)
2.2.1.1. ESC
Electronic Speed Controller (ESC) yaitu rangkaian elektronik yang
digunakan untuk mengatur putaran motor sesuai arus listrik yang dibutuhkan oleh
motor. ESC yang dimaksud disini bekerja dan hanya bisa digunakan untuk motor
jenis 3 fasa connector. Sedangkan untuk motor DC dapat bekerja tanpa
menggunakan ESC dan dapat bekerja dengan ESC 2 fasa (Utomo, 2015:59). ESC
bekerja dengan menterjemahkan sinyal yang diterima receiver dari transmitter.
ESC yang digunakan bertipe brushless seperti contoh Gambar 2.3.
Gambar 2.3 ESC
9
Lema (2016:9) menganjurkan bahwa untuk mengitung max current (amp)
dari motor dapat dilakukan dengan persamaan:I = + × 10%......................................................................................... (2.1)
Dimana:
I = Kuat Arus (A)
P = Daya (W)
V = Tegangan (V)
Dari perhitungan di atas dapat ditentukan nilai ESC yang digunakan dengan
menambahkan nilai aman 10-20% dari max current. Menambahkan nilai aman
sebesar 10-20% digunakan untuk keamanan atau Safety karena laju arus yang
mengalir tidak menentu, dan mengantisipasi apabila ada arus besar yang mengalir.
Kerja ESC pada copter dipengaruhi oleh 2 faktor, yaitu :
1. Kuat arus (Ampere) pada motor untuk mengontrol Speed Ampere ESC harus
lebih besar dari motor/minimal amper ESC = amper Motor ESC. Contoh motor
menggunakan arus maksimal 30a, esc harus lebih besar atau minimal 30a.
apabila ampere ESC lebih kecil dari amper motor, daya kerja ESC akan lebih
berat untuk menyuplai arus ke motor, mengakibatkan ESC cepat panas dan
terbakar, terlebih motor itu tidak bergerak bebas/dalam keadaan memutar
beban.
2. Berat quadcopter berpengaruh terhadap arus ESC. arus ESC diberikan nilai yg
besar, ini sangat berpengaruh saat mengangkat berat quadcopter.
ESC memberikan catuan pada motor sesuai dengan sinyal Pulse Width
Mudulation (PWM) yang masuk pada input ESC. Selain itu ESC jenis ini juga
10
memiliki fasilitas Battery Eliminator Circuit (BEC) yang memiliki keluaran
tegangan kecil untuk mencatu flight controller serta sensor yang lain. Berikut ini
merupakan fitur yang dimiliki ESC ini:
1. Brake, berguna untuk menghentikan motor secara spontan.
2. Soft start, berfungsi sebagai pengatur lama waktu menyalakan sistem.
3. Battery type, pemilihan baterai yang digunakan.
4. Microprocessor, berfungsi untuk mengatur fitur agar dapat diprogram.
5. Cut Off, berfungsi sebagai pemotong arus jika baterai akan habis.
2.2.1.2. Brushless DC Motor (BLDC)
Brushless DC motor listrik (BLDC motor) adalah motor sinkron yang
menggunakan sumber listrik DC melalui Inverter terintegrasi/ switching power
supply, yang menghasilkan sinyal listrik AC untuk memutar motor. (Utomo,
2015:59). Seperti Gambar 2.4 merupakan contoh dari Brushless DC Motor yang
menggunakan sumber arus DC dari baterai Lithium yang di sambung ke ESC dan
diteruskan ke motor listirk yang diubah terlebih dahulu menjadi arus AC.
Medan magnet yang dihasilkan oleh stator dan medan magnet rotor berputar
di frekuensi dan kecepatan yang sama. BLDC motor sudah digunakan sejak
Tahun 1886. Motor BLDC mulai populer pada tahun 1992. Keterbatasan motor
DC (menggunakan sikat sebagai media hantar arus dari sumber ke komutator),
telah diatasi oleh motor BLDC ini, penggunaan sumber DC untuk pengontrolan,
dan tanpa adanya brush adalah ciri utama dari motor BLDC. Tenaga dari motor
ini lebih besar walaupun motor tersebut berukuran lebih kecil tetapi dapat
menghasilkan torsi cukup besar jika dibandingkan dengan ukuran motornya.
11
Gambar 2. 4 Motor Brushless DC Motor
Motor brushless memiliki beberapa keuntungan di bandingkan motor yang
lain yaitu (Zhao, 2011:4):
1. Lebih kecil dan ringan
2. Memiliki tanggapan dinamis yang tinggi
3. Usia pakai lebih lama
4. Speed range yang lebih tinggi
5. Efisiensi nya tinggi
6. Suara operasional yang lebih rendah
2.2.1.3.Propeller
Propeller adalah bagian dari mesin yang berfungsi menjadi alat penggerak
mekanik pada pesawat terbang, kapal laut hovercraft dan jenis lainnya. Baling-
baling mengubah gaya putar menjadi daya dorong untuk menggerakan kapal,
massa udara dengan memutar bilah-bilah pada sumbu poros (Syaifuddin dkk,:2)
Brushless DCMotor
12
Gambar 2. 5 Propeller
Jenis propeller ada dua yaitu fixed pitch propeller (FPP) atau propeller yang
memiliki sudut pitch tertentu dan tidak dapat diubah dan controllable pitch
propeller (CPP) atau propeller yang besar sudut pitch dapat diatur dalam keadaan
berputar. (Utomo, 2015:59). Gambar 2.5. adalah propeller dari drone dan jenis
propeller yang sudut pitch tidak dapat diubah atau tetap.
Propeller berperan sebagai sayap yang berputar dan menghasilkan gaya
dengan mengaplikasikan hukum gerak Newton dan prinsip Bernaoulli. di dunia
aeronoutika yang kita kenal dengan nama rotor wing. Jumlah propeller bervariasi
dari 2, 3, 4, dan seterusnya. Propeller yang digunakan ada dua jenis yaitu Clock
Wise (CW) dan Counter Clock Wise (CCW). Pemilihan propeller pada drone
fleksibel juga pengalaman di lapangan. Pemilihan propeller yang tepat yaitu
mengikuti rekomendasi dari pembuat komponen motor tersebut.
2.2.1.4. Remote dan Receiver
Remote Control yaitu alat elektronik yang digunakan untuk mengoperasikan
drone dari jarak jauh. Remote Control dapat dibedakan menjadi dua, yaitu
transmitter dan receiver. Transmiter digunakan sebagai pengendali robot terbang
13
(drone), akan diterima oleh receiver yang terpasang pada drone sebagai penerima
pesan sinyal selanjutnya akan di kirim ke flight controller untuk diterjemahkan
sesuai data yang terprogram. (Harista dan Satyo. 2018:4)
Gambar 2. 6 Remote
2.2.1.5. Baterai LiPo (Lithium Polymer)
Baterai lipo juga memiliki keuggulan dibandingkan dengan beberapa jenis
baterai lainnya seperti (Brian:1):
1. Bobot lipo baterai lebih ringan dan dapat dibuat dalam bentuk dan ukuran
apapun
2. lipo baterai dapat menyimpan daya yang lebih tinggi
3. dapat menyuplai daya lebih bagus
Baterai lithium polymer atau disebut dengan lipo yaitu baterai jenis baru
yang sekarang sering digunakan karena memiliki daya tinggi dan baterai tidak
cepat rusak (Brian:1).
Gambar 2.7 yaitu baterai lithium yang digunakan untuk menyimpan daya
baterai agar drone bisa bergerak.
14
Gambar 2. 7 Baterai Lithium
Baterai lipo tidak menggunakan cairan sebagai elektrolit melainkan
menggunakan elektrolit polimer kering yang berbentuk seperti lapisan plastik film
tipis. Lapisan ini disusun diantara anoda dan katoda yang mengakibatkan
pertukaran ion. Keuggulan dari baterai ini adalah rasio Power to Weight. Tetapi
baterai ini memiliki kekurangan seperti sifat sensitif dan mudah rusak apabila
diperlakukan tidak tepat.
2.2.1.6.Sistem Holding Position
Sistem holding position adalah sistem kendali GPS dan Accelerometer
untuk mempertahankan posisi koordinat quadcopter secara autonomus. (Utama,
dkk. 2013:38). Untuk mempertahankan posisi drone pada posisi tertentu
menggunakan sistem holding position dengan memasukan sistem koordinat GPS
sehingga saat drone terkena angin akan kembali pada koordinat yang ditentukan.
Menurut Abidin dalam Hanafi (2015:145) menyatakan bahwa posisi GPS
mengacu pada datum global yaitu WGS 1984, Sistem koordinat WGS 1984
mengacu dengan sistem koordinat kartesian dimana: sumbu-x terletak pada
bidang meridian nol (Greenwich) dan sumbu-Y tegak lurus terhadap sumbu-X”
15
2.2.1.7. Frame dan Material Frame
Frame merupakan struktur yang menjadi tempat dudukan untuk semua
komponen. Frame harus kaku, ringan, kuat dan dapat meminimalkan getaran yang
berasal dari motor. Material yang biasa digunakan yaitu serat karbon dan
alumunium.
Gambar 2.8 Frame Drone
Gambar 2.8 yaitu gambar frame jenis F450 yang sudah banyak tersedia di
pasaran dan mudah didapat.
Tabel 2. 2 Deskripsi dan Analisa MulticopterJenis Multi
CopterDeskripsi Kekurangan Kelebihan
Tri Copter Multicopter inimemiliki tiga lengandan juga memilikimotor tiga disetiaplengan, bentuk yangdapat digunakandalam melakukanperancangan adadalam bentuk hurugT dan Y
Pesawat sangat kurangdalam stabilitaspenerbangan apabilaada kesalahan padasalah satu motor
1. Memiliki efisienidalam penggunaansumber daya
2. Kemudahan dalammelakukannavigasi terbang
Quad Copter Multicopter yang Stabilitas dalam 1. Memiliki stabilitas
16
Jenis MultiCopter
Deskripsi Kekurangan Kelebihan
mempunyai 4 motordan 4 lengan
penerbangan sangatkurang apabila adakesalahan pada salahsatu motor, banyakmenggunakan dayasehingga memerlukansumber daya yangbanyak yangdiakibatkan dengnajumlah motor yangbanyak
dalam penerbangandalam kondisi baik
2. Memilikiseimbangan dalampenerbangan
3. Navigasi dalamsegala motor dapatberfungsi
Hexa Copter Multicopter yangmempunyai 6 lengandan 6 motor
Pesawat banyakmenggunakan dayasehingga memerlukansumber daya yangbanyak, dikarenakanmenggunakan jumlahmotor yang banyak
Memiliki kestabilitaspenerbangan yangsangat baik
Octo Copter Multicopter yangmempunyai 6 lengandan 6 motor
Pesawat banyakmenggunakan dayasehingga memerlukansumber daya yangbanyak, dikarenakanmenggunakan jumlahmotor yang banyak
Memiliki kestabilitaspenerbangan yangsangat baik
(Sumber: Fernando dan Derist, 2016:267)
Banyak jenis material yang dapat digunakan untuk membuat frame sesuai
dengan kebutuhan, biaya dan kualitas. Frame yang biasa digunakan yaitu
berbahan dasar fiberglass karena mempunyai kualitas baik dan tahan terhadap
benturan. Untuk kulaitas bahan bagus biasanya menggunakan serat karbon tetapi
memerlukan biaya yang tinggi.
17
2.2.1.8.Mikrokontroler
Mikrokontroler yaitu sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di
dalam sebuah chip yang sudah berisi komponen pendukung serpeti mikroprosesor
yaitu memori dan pemrograman input-output (Santoso dkk, 2013:17). Suatu
mikrokontroler biasanya terdiri dari CPU, RAM, ROM, Timer, Intercup
Controller, I/O, Serial dan Pararel. Mikrokontroler tersedia dalam berbagai
pilihan tergantung dari keperluan dan kemampuan yang diinginkan dengan
memilih 4, 8, 16 atau 32 bit.
Gambar 2. 9 Mikrokontroler
2.2.2. Sifat Aliran
2.2.2.1.Kerapatan
Kerapatan (density) dari sebuah fluida, dilambangkan dengan huruf Yunani
(rho), didefinisikan sebagai massa fluida per satuan volume. Kerapatan biasanya
digunakan untuk mengkarakteristikan massa sebuah sistem fluida. Dalam sistem
BG, mempunyai satuan slugs/ft3 atau dalam satuan SI adalah kg/m3(Munson,
2002:12). Nilai kerapatan dapat bervariasi cukup besar di antara fluida yang
berbeda, untuk zat-zat cair variasi tekanan dan temperature umumnya hanya
18
memberikan pengaruh kecil terhadap nilai . Namun, kerapatan dari gas sangat
dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur. Massa jenis fluida didapatakan dengan
persamaan:= ...................................................................................................... (2.3)
Dimana:
= massa jenis (kg/m3)m = massa (kg)V = volume (m3)
2.2.2.2. Berat Jenis
Berat jenis adalah berat fluida per satuan volume. Berat jenis dari sebuah
fluida dilambangkan dengan huruf Yunani γ (gamma), Berat jenis berhubungan
dengan kerapatan melaluli persamaan:= .................................................................................................... (2.4)
Dimana:
γ = berat jenis fluida (N/m2)= masa jenis fluida (kg/m3)= perecepatan grafitas (m/s2)
Seperti halnya kerapatan yang digunakan untuk mengkarakteristikan massa
dari sebuah sistem fuida, berat jenis juga digunakan untuk mengkarakteristikan
massa sebuah sistem fluida. Dalam satuan BG,γ mempunyai satuan lb/ft3 dan
satuan SI adalah N/m3 (Munson, 2002:13).
2.2.2.3. Kekentalan
Nilai kekentalan (Viskositas) dari sebuah fluida tergantung dari jenis fuida
tersebut. Viskositas disimbolkan dengna huruf Yunani μ (mu) dan disebut sebagai
viskositas mutlak, viskositas dinamik atau viskositas saja. Viskositas sangat
19
bergantung dari nilai temperature. Di dalam gas molekul-molekul terpisah jauh
dan gaya-gaya antar molekul diabaikan. Dalam hal ini, hambatan terhadap gerak
relatif timbul karena pertukaran momentum molekul gas dengan antara lapisan-
lapisan fluida yang bersebelahan.
Dalam kajian fluida dikenal dua jensi viskositas yaitu viskositas dinamik
dan viskositas kinematic. Viskositas dinamik dilambangkan dengan huruf μ (mu).
Jika didefinisikan menurut relasi tegangan geser dengan laju regangan geser pada
fluida newtonia, viskositas dinamik adalah rasio dari tegangan geser terhadap laju
regangan geser:= / ...................................................................................... (2.5)
Dimana :
= tegangan geser (N/m3)dU/dy = laju regangan geser (1/s)
Dengan demikian dalam sistem SI satuan viskositas dinamik adalah N.s/m2.
Sedangkan viskositas kinematik, dilambangkan dengan huruf (nu) merupakan
rasio antara viskositas dinamik dengan kerapatan fluida:= ............................................................................................ (2.6)
Oleh karena itu, dalam sistem SI satuan viskositas kinematic adalah m2/s
2.2.3. Aerodinamika
Aliran udara jika dikaitkan dengan viskositas dapat dibedakan menjadi dua
jenis aliran, yaitu aliran viskos (viscid flow) dan aliran tak-viskos (inviscid flow).
Jika dikaitkan dengan densitas aliran tersebut juga dibedakan menjadi dua aliran,
20
yaitu aliran termampatkan (compressible flow) dan aliran tak-termampatkan
(incompressible flow) (Poernomo, 2009:1).
Saat drone mengudara, terdapat gaya utama yang bekerja pada drone yaitu
Thrust (T), Drag (D), Lift (L), dan Weight (W). saat drone sedang menjelajah
pada kecepatan dan ketinggian konstan, dari gaya tersebut berada dalam
keseimbangan T=D dan L=W.
Gaya angkat dihasilkan oleh bentuk sayap sesuai dengan bentuk
aerodinamis, gaya lift yaitu (Babu, 2014:118):= ............................................................................... (2.7)
Dimana:= Gaya Angkat (N)= Koefisien Lift= Kerapatan Udara (kg/m3)= Kecepatan Pesawat (m/s)/ = Volume Pesawat (m3)
Gaya drag terjadi karena adanya gesekan antara permukaan benda dengan
udara disekitarnya, dapat dicari dengan rumus:= .............................................................................. (2.8)
Dimana:
= Gaya Gesek (N)
= Koefisien Drag
= Kerapatan Udara (kg/m3)
= Kecepatan Pesawat (m/s)/ = Volume Pesawat (m3)
38
BAB V
PENUTUP
1.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian ini diantaranya yaitu:
1. Bentuk frame dan berat sangat berpengaruh terhadap konsumsi baterai.
Semakin berat drone maupun banyaknya motor yang digunakan sangat
berpengaruh terhadap konsumsi baterai yaitu cepat habis. Konsumi baterai
menggunakan fender frame lebih baik dilihat dari konsumsi miliamper
pergram.
2. Baterai dengan daya tahan besar lebih disarankan dalam penelitian ini
karena dapat terbang lama dan dapat di gunakan dalam jangka panjang.
Jika menggunakan daya baterai kecil kurang efisien dari segi waktu
terbang karena lebih cepat habis.
3. Sistem pengaman full pada drone yang menggunakan bahan akrilik
dengan tebal 3 mm pada penelitan ini tidak disarankan karena terlau berat
apabila menggunakan pengaman blade penuh.
1.2. Saran
Saran yang dapat diberikan dari penelitian tentang daya tahan drone
dengan berbagai beban tambahan adalah sebagai berikut:
1. Dari penelitian ini ada beberapa yang perlu di teliti lebih lanjut tentang
pengaruh aksesoris tambahan terhadap kemudahan gerak drone, jenis
baterai maupun model motor terhadap konsumsi arus drone.
38
39
2. Pembuatan frame pada penelitian ini menggunakan akrilik, dapat di teliti
lebih lanjut dengan penggunaan bahan yang berbeda. Lebih ringan tetapi
mudah di dapat dan kuat, juga menggunakan model yang berbeda.
3. Penelitian penggunaan jenis blade 2, 3, ataupun 4 sudut dapat dilakukan
penelitian lebih lanjut.
40
DAFTAR PUSTAKA
Babu, K. K. M., dan M. Subha. 2014. Computational Analysis of Load onEnvelope of MAGLEV Propepped Transportation Airship using FSI.International Journal of Emerging Technology and AdvancedEngineering. 4(2):117-120.
Ferguson, J., T. Coulthard, dan E. Schastlivenko. 2012. Autonomus Quadcopter.Department of Electrical and Computer Enginering.
Fernando, E. dan D. Touriano. 2016. Rancang Model Frame Multicopter:Literaltur Review. Jurnal Ilmiah Media Processor. 11(2): 260-269
Hanafi. 2015. Aplikasi Pemantauan keberadaan Lokasi dan Kecepatan PadaKendaraan Dengan Menggunakan Teknologi Mobile Data dan GPSDengan Digital Peta. Jurnal Teknologi. 8(2):143-150.
Harista, A. F dan S. Nuryadi. 2018. Sistem Navigasi Quadcopter dan PemantauanUdara. Jurnal TeknoSAINS Seri Teknik Elektro. 1(1): 1-7
Hassanalian, M. dan A. Abdelkefi. 2017. Classifications, Applications, andDesign Challenges of Drones: A Review.
Lema, R. A. N. 2016. Flight Controller Pada Sistem Quadcopter MenggunakanSensor IMU (Inertial Measurement Unit) Berbasis Mikrokontroller. TugasAkhir. Program Studi Teknik Elektro Universitas SanataDarma.Yogyakarta.
Mulyani, K. Astrowulan, dan J. Susila. 2012. Autolanding pada UAV (UnmannedAerial Vehicle) menggunakan Kontroler PID-Fuzzy. Jurnal teknik Pomits.1(1):1-5
Munson, Bruce R. Donald F, Y. dan Theodore, H. O. 2002. Solution Manual forFundamentals of Fluid Mechanics, 4th Edition, Great Britain: Wiley.
Parihar, P., P. Bhawsar, dan P. Hargod. 2016. Design & Development Analysis ofQuadcopter. An international jurnal of advanced computer technology.5(6):2128-2133
Poernomo, J. dan S. Sidopekso. 2009. Menghitung Distribusi Tekanan Udara danGaya Hambat Kepala Pesawat BOEING 777-200. Jurnal Fisika danAplikasinya. 5(1) 1-6.
Santoso, A. B., Martinus, dan Sugiyanto. 2013. Pembuatan Otomasi PengaturanKereta Api, Pengereman, dan Palang Pintu Pada Rel Kereta Api MainanBerbasis Mikrokontroler. Jurnal FEMA. 1(1):16-23.
41
Schneider dan Brian. A Guide to LiPo Batteries. https://rogershobbycenter.com/lipoguide/
Shofiyanti, R. 2011. Teknologi Pesawat Tanpa Awak Untuk Pemetaan danPemantauan Tanaman dan lahan Pertanian. Informatika Pertanian. 20(2):58-64
Sugiyono. 2010. Metode Penelitian Pendidikan “Pendidikan Kuantitatif,Kualitatif, dan R & D. Alfabeta. Bandung
Syaifuddin, M. Chaterine, H, O. Dian, R. Candra, K, R, M. dan Rudini. EfisiensiConstant Speed Control Propeller Dibandingkan Fixed Pitch Control PadaPesawat Terbang Ringan.
Utama, M. R. W., M. Komarudin, dan A. Trisanto. 2013. Sistem Kendali HoldingPosition Pada Quadcopter Berbasis Mikrokontroler Atmega 328p. JurnalRekayasa dan Teknologi elektro. 7(1):35-46.
Utomo, B. J. 2015. Rancang Bangun UAV(Unmanned Aerial Vehicle) ModelQuadcopter dengan Menggunakan Algoritma Proportional IntegralDerivative. e-Proceeding of Applied Science. 1(1): 57-63.
Wicaksono, H. Self Stabilizing 1 Axis QuadCopter Using T2-Fuzzy Controller.
Zhao, J. dan Y. Yu. 2011. Brushless DC Motor Fundamentals Application Note.The Future of Analog IC Technology. 1-19