Analisis dan Optimalisasi Desain Struktur Rangka Floating Surface Turbine Aerator Berbasis Metode Elemen Hingga

Oleh :
Benevan Janera - I0422029 - Fak. Teknik

Sektor akuakultur nasional menghadapi permasalahan rendahnya kadar Dissolved Oxygen (DO) di kolam budidaya intensif yang berpotensi menyebabkan kematian massal ikan dan udang. Aerator konvensional seperti kincir air dan diffuser dinilai tidak efisien energi serta menghasilkan gelembung besar yang membatasi luas permukaan transfer oksigen. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, tugas akhir ini berfokus pada analisis dan verifikasi kekuatan struktural dua komponen kritis sistem Floating Surface Turbine Aerator, yaitu rangka utama baja galvanis dan pelampung fiberglass, sebagai bagian dari kegiatan Capstone Design tim perancang sistem aerator terapung terintegrasi.Analisis dilaksanakan melalui pendekatan bertahap yang saling melengkapi, yaitu perhitungan analitik manual berbasis prinsip mekanika teknik dan mekanika fluida sebagai nilai referensi awal (baseline), dilanjutkan dengan verifikasi numerik menggunakan simulasi Finite Element Analysis (FEA) melalui perangkat ANSYS Static Structural. Komponen kritis yang dianalisis adalah rangka utama berbahan baja galvanis ASTM A500 Grade B dengan profil hollow square (SHS) 40×40×2 mm, serta dua pelampung fiberglass berbentuk kapsul berdiameter ⌀500 mm dan panjang total 1.650 mm yang disusun secara bilateral (twin-pontoon).Hasil perhitungan manual menunjukkan massa total sistem sebesar 120,02 kg menghasilkan gaya berat W = 1.177 N. Kedua pelampung menghasilkan gaya apung total Fb = 5.928 N dengan buoyancy ratio 5,04 dan draft operasional 121 mm. Analisis stabilitas awal konfigurasi twin-pontoon menghasilkan tinggi metasentrik GM = +208 mm sehingga sistem dinyatakan stabil. Perhitungan tegangan manual memodelkan rangka sebagai simply supported beam dan menghasilkan tegangan Von-Mises σ'VM = 32,1 MPa dengan faktor keamanan analitik SF = 9,81 terhadap kekuatan luluh Sy = 315 MPa. Simulasi FEA menghasilkan tegangan Von-Mises maksimum 4,13 MPa, deformasi total 10,35 mm, dan SF ≈ 76,2. Perbedaan ~87% antara kedua metode dikaitkan dengan perbedaan model balok 1D dan distribusi beban tiga dimensi penuh, namun keduanya sepakat bahwa rangka aman secara struktural. Luaran tugas akhir ini mencakup verifikasi kelayakan desain rangka dan pelampung yang tertuang dalam gambar teknik produksi lengkap serta Bill of Materials (BOM) 17 komponen yang seluruhnya tersedia di pasar lokal Jawa Tengah. Rangka utama dinyatakan aman secara struktural, sedangkan pelampung dinyatakan mampu memberikan kapasitas apung dan stabilitas awal yang memadai. Hasil ini menunjukkan bahwa desain layak untuk dilanjutkan ke tahap fabrikasi, pengujian purwarupa, dan pengembangan lanjutan sistem Floating Surface Turbine Aerator.