MESIN PENGEPRES PLASTIK DENGAN SISTEM PENGGERAK PNEUMATIK Yuke Lutfi Bahtiar 1) , Fredy Tri Prasetyo H 2) Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 Email:
[email protected]),
[email protected]
2)
Abstrak Kerupuk Tenggiri merupakan produk industri rumahan yang ada di daerah Sidoarjo Jawa Timur yang memiliki proses pengemasan, yakni pengepresan plastik kemasan secara manual. Dengan cara yang manual produsen membutuhkan keaktifan tangan dalam pengemasan, hal ini di karena kan bila proses pengemasan tidak melekat sempurna, akan mengakibatkan hasil yang tidak seragam dan serta rawan mengempes atau tidak renyah lagi. Alat tersebut masih kurang effisien dan effektif dalam berbagai hal. Berdasarkan dampak negative yang ditimbulkan pada proses manual pressing, maka sebagai mahasiswa mendapatkan suatu ide membuat mesin press plastik dengan sistem penggerak pneumatik. Bertujuan menghasilkan konsep dan rancangan sistem yang efisien, mudah, presisi dan berkualitas pada mesin pengepres plastik dengan sistem penggerak pneumatik serta menyusun standart prosedur operasional melalui perhitungan eksak. Sehingga menjadikan mesin press plastik berbasiskan teknologi dan otomasi. Pada mesin press plastik dengan sistem penggerak pneumatik, produsen khususnya pada bagian pengemasan hanya meletakan plastik dan menekan tombol pengoperasian serta dengan fungsi timer sebagai waktu untuk memanaskan plastik. Dari segi ketepatan, kecepatan dan hasil yang maksimal serta mempertimbangkan effisiensi dan kualitas hasil produk diharapkan menjadi sebuah inovasi mesin pengepress plastik. Mesin ini menggunakan tenaga udara dengan sistem elektro pneumatik untuk proses pengepresan. Mesin menggunakann tekanan sebesar 3 bar serta gaya yang di gunakan sebesar 23,34 N. Melalui mesin pres plastik ini hasil yang dihasilkan adalah 514 produk/jam, besar harapan dapat meningkatkan kuantitas produksi dalam hal pengemasan, khususnya di produsen Kerupuk Tenggiri. Kata kunci: pressing, pneumatik, plastic. PENDAHULUAN Seiring dengan pesatnya perkembangan di Indonesia, tidak terasa masalah-masalah produksi pun bermunculan. Salah satunya permasalahan pengemasan plastik dalam industri kecil. Masalah utama adalah kurang effisiennya waktu dan cara pengemasan karena masih menggunakan cara lama, yakni dengan menggunkan media lilin dan alat pemanas manual. Pada saat ini pengusaha makanan home industri sangat berkembang pesat di Indonesia dengan berbagai jenis olahan yang ada, tapi kebanyakan dalam pengemasannya masih dinilai kurang efektif dan masih kurang berkembang dalam menerapkan teknologi. Maka sebagai mahasiswa untuk turut berperan serta bertanggung jawab untuk merubah keadaan di Indonesia agar lebih baik dari sekarang demi memajukan teknologi yang sekarang ini melaju sangat pesat di negara-negara asing. Permasalahan yang timbul tersebut, membuat melakukan sebuah observasi serta melakukan penelitian untuk mencari cara agar mempermudah dalam proses pengemasan makanan untuk home industri. Sehingga akhirnya terciptalah suatu ide perencanaan dan pembuatan suatu mesin khususnya ”Rancang Bangun Alat Pengepres Kemasan Plastik Dengan Sitem Penggerak Pneumatik” yang dapat dilakukan secara maksimal dan dapat membantu dalam pencegahan kurang effisiennya dalam pengemasan makanan. Dalam penelitian digunakan mesin pengepres plastik dengan sistem penggerak pneumatik yang dapat mempermudah pengemasan. Mesin ini sangat effektif dalam hal waktu serta dilengkapi dengan sistem otomatis yang mengunakan media panel yang sangat sering kita jumpai, yang menggunakan penggerak
pneumatik untuk menekan atau mengepres kemasan, sehingga mesin ini mempercepat proses, cara dan sangat lah mudah dalam pengoperasiannya. Fungsi ini lebih efektif dibandingkan dengan menggunakan cara tradisional yakni menggunakan media lilin atau bahkan dengan alat pemanas yang secara manual. DASAR TEORI 2.1 Plastik Bab ini akan dibahas mengenai media yang digunakan, rumusan dan konsep perencanaan alat yang digunakan dalam perhitungan, yaitu besar gaya dan tegangan yang diperlukan, perencanaan silinder pneumatik, kerugian tekanan pada pipa dan kapasitas produk yang dihasilkan. A. Asal Usul Plastik Plastik merupakan material yang baru secara luas dikembangkan dan digunakan sejak abad ke-20 yang berkembang secara luar biasa penggunaannya. Plastik menjadi bagian tak terpisahkan di kehidupan abad 21 dengan memperbaiki properti dari polimer tersebut. Plastik adalah polimer rantai panjang atom mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang atau monomer. B. Plastik sebagai Media Pengemasan Plastik mungkin sering kita jumpai setiap harinya. Hal ini di karenakan banyak hal yang berkaitan dengan plastik sebagai media. Misalkan sebagai pembungkus pada makanan yang yang sering kita jumpai di toko, warung atau bahkan swalayan. Banyak sekali produsen makanan yang menggunakan media ini sebagai pembungkus yang di nilai memiliki nilai ekonomis
yang tinggi, sehingga menurut produsen bisa mendapatkan keuntungan yang lebih. Plastik juga sangat mudah kita jumpai dan memiliki berbagai kualitas yang diproduksi, mulai plastik dengan kualitas tinggi, sedang dan kualitas yang rendah. Semua ini tergantung pada bahan pembuatnya dan harga yang ada di pasaran. C. Sifat Plastik dan Jenis plastik yang digunakan Plastik dapat di bedakan menjadi berbagai jenis, berikut adalah jeni-jenis plastik menurut sifat fisiknya antara lain, termoplastik dan termoset. termoplastik adalah jenis plastik yang bisa di daur ulang atau bisa di cetak lagi dengan proses pemanasan ulang. Sedangkan Termoset merupakan jenis plastik yang tidak dapat di daur ulang atau di proses kembali. Berikut adalah jenis-jenis plastik dan sifat nya. Jenis plastik yang digunakan untuk pembungkus makanan dalam hal ini merupakan polietilena berdensitas rendah (low density polyethylene, LDPE) adalah termoplastik yang terbuat dari minyak bumi. Plastik ini dapat di daur ulang dan memiliki nomor 4 pada simbol daur ulang yakni tergolong aman untuk didaur ulang. Plastik ini aman untuk digunakan sebagai tempat makanan, plastik kemasan, pakaian, mebel dan lain-lain. Barang yang berbahan LDPE ini sulit dihancurkan, tetapi tetap baik untuk tempat makanan karena sulit beraksi secara kimiawi dengan makanan yang dikemas. LDPE memiliki kareakteristik sebagai berikut : Karakteristik : Lemas Lentur Mengkilap Jernih Titik leleh rendah Aman bersentuhan dengan makanan Seal sangat bagus Ukuran : Lebar : 4 cm – 140 cm Tebal : 0,001 mm – 0,08 mm Titik leleh : 105º C sampai 120 º C D. Plastik kemasan krupuk. Plastik kemasan merupakan jenis plastik yang sering kita jumpai di dalam kehidupan sehari hari. Plastik ini memiliki ciri-ciri berwarna bening, tidak berbau, dan merupakan jenis plastik yang tidak dapat di daur ulang (Termoset).
Gambar 2.2 Kemasan Kerupuk
2.2 Alat Press Panas “heater” Alat press panas ini merupakan media untuk pengemasan yang bisa dikatakan lebih modern jika dibandingkan dengan menggunakan lilin atau api sebagai pemanasnya. Alat ini menggunakan elemen yang panas jika di hubungkan dengan listrik. Pada alat ini memiliki waktu untuk menghasilkan panas atau hold timer heat, yang berarti jika waktu yang di tentukan habis maka panas akan berkurang dan media atau plastik yang dipanaskan telah selesai di proses. Alat ini dapat menghasilkan panas hingga temperatur 250 ºC tergantung jenis alatnya. Untuk jenis MIS – 300 ini memiliki spesifikasi antara lain daya listrik yang di gunakan adalah 400 watt. Memiliki panjang press atau penekan sepanjang 30 cm, alat ini biasanya digunakan untuk mengepres plastik dengan ketebalan antara 0,01 mm – 0,08 mm serta memiliki lebar area seal 2mm, alat ini di produksi di negara china yang sekarang mulai terjual bebas di Indonesia. Plastik yang digunakan untuk media pengemas memiliki dimensi panjang 250mm, lebar 150mm, dengan ketebalan 0.08mm. Bagian yang terkekena gaya tekan untuk pengepresan adalah : • Panjang : 150mm • Lebar : 2 mm Maka luas alas yang terkena gaya tekan oleh plat bagian atas adalah : 300 mm²
Gambar 2.4 Alat Press Plastik Manual MIS-300 Penggunaan alat ini dengan cara mengatur holding timer yang ada di sisi samping alat, kemudian plastik yang akan di press diletakan di area seal, yakni daerah yang menghasilkan panas. Kemudian bagian atas ditekan kebawah menuju ke area seal yang diatasnya terdapat plastik yang akan di press. Gaya yang dibutuhkan untuk menekan plat bagian atas yang terdapat pada mesin pengepres plastik ini berkisar antara 0.1007 kgf/mm². 2.3 Sistem Pneumatik 2.3.1 Prinsip Dasar Pneumatik Pada dasarnya tekanan udara atmosfer ini tidak tetap. Hal ini sangat tergantung sekali terhadap lokasi geografis dan cuaca. Tekanan udara dikatakan vakum kalau tekanan udara didalamnya lebih kecil dari tekanan udara di atmosfer. Jadi daerah vakum ini dibatasi dengan garis nol di bawahnya serta garis tekanan atmosfer di atasnya. Berikut merupakan hukum dasar udara bertekanan: 1. Hukum Pascal Tentang perpindahan tekanan statis, terdapat hukum Pascal yang secara eksperimen dibuktikan oleh B.Pascal.
mengambil gaya dan penggeraknya dari udara mampat. Persaingan antar alat-alat pneumatik dengan alat mekanik, hidrolik dan elektrik makin menjadi besar, dimana alat-alat pneumatik diutamakan karena: a. Paling banyak dipertimbangkan untuk beberapa hal dalam mekanisme dan otomasi. b. Dapat bertahan lebih baik terhadap keadaan kerja tertentu. Gambar 2.5 Ilustrasi hukum Pascal Hukum ini menyatakan bahwa tekanan yang diberikan kesuatu bagian dari suatu fluida dalam sebuah ruangan tertutup akan bekerja tegak lurus pada semua bagian dalam ruangan itu. Dari referensi 2 hal 67 (Esposito), apabila permukaanA1 ditekan dengan gaya sebesar F1 maka tekanan yang terjadi adalah sebagai berikut : (Esposito, 2003 : 30) ..........................................................(2.1 ) Sehingga tekanan sebesar P akan diteruskan ke segala arah atau ke semua bagian pada sistem, sehingga permukaan A2terangkat dengan gaya sebesar : (Esposito, 2003 :67) F2 = P2 . A2 Karena P1 = P2 maka: F1 = F2 A1 = A2 Dengan : F1 = gaya penghisap pipa 1 A1 = luas penampang penghisap pipa 1 F2 = gaya pada penghisap pipa 2 A2 = luas permukaan penghisap pipa 2 2. Hukum Boyle Hukum Boyle-Mariotte menyatakan bahwa pada temperatur konstan, volume (V) gas berbanding terbalik dengan tekanan (P), pada saat sebuah piston silinder didorong volume gas berkurang karena tekanan gas naik. (Esposito, 2003 : 455) P1. V1 = P2 . V2 = konstan ...................................(2.2) Constant Temperature Compression
Gambar 2.6 Ilustrasi Hukum Boyle-Mariott 2.3.2 Ciri - Ciri Pneumatik Kata pneumatik berasal dari bahasa Yunani yaitu ”pnuma” yang artinya udara, sehingga dapat dikatakan pneumatik merupakan ilmu yang berkaitan dengan udara baik yang gerak maupun kondisinya yang meliputi alat-alat penggerak, pengukuran, pengaturan, pengendalian, perhubungan dan perentangan yang
2.3.3 Kompressor Udara Pneumatik bekerja dengan memanfaatkan udara yang dimampatkan. Dalam hal ini, udara yang dimampatkan akan didistribusikan kepada sistem yang ada sehingga kapasitas system terpenuhi. Untuk menghasilkan udara yang dimampatkan, maka diperlukan kompresor untuk memadatkan udara sampai pada tekanan kerja yang diinginkan. Penampung udara bertekanan (tangki udara) berfungsi untuk menstabilkan pemakaian udara bertekanan.. Dan lagi luas permukaan yang besar dari penampung akan mendinginkan udara dalam tangki itu sendiri. Jadi penampung udara bertekanan mempunyai fungsi sebagai berikut : 1. Menstabilkan pemakaian udara bertekanan. 2. Mendinginkan udara dalam tangki 3. Menghindari pressure drop (penurunan tekanan) 4. Menyediakan udara bertekanan untuk suatu jangka waktu tertentu dalam masa kecemasan seperti waktu kompresor dimatikan karena listrik padam. Perlu diperhatikan bahwa tangki udara harus dilengkapi alat pengukur tekanan (pressure gauge), katup pengaman (safety valve) dan switch tekanan. 2.3.4 Air Filter (saringan udara) Udara diatmosfir yang dikempa oleh kompresor mengandung benda-benda pengotor seperti debu, oli residu, uap basah, dan butiran-butiran halus lainnya. Apabila udara ditekan dengan kompresor, udara kompresi tersebut akan mengandung sejumlah pengotor atau cemaran. Jika udara yang berisi cemaran tersebut masuk kedalam peralatan pneumatik, dia akan merusak peralatan seperti dudukan katub, keausan packing dan bagian penggerak lainnya. Dengan adanya udara yang bersih ini akan memperpanjang umur dari peralatan pneumatik. Penyaring udara dapat dipasang sebagai perlengkapan tunggal atau sebagai unit gabungan dengan pelumasan dan pengatur tekanan. Syarat-syarat saringan udara: 1. Mempunyai tempat penampung cairan yang besar. 2. Tembus pandang dan tahan pecah, mangkuk saringan dengan keran pembuang. 3. Dapat dicuci dan bagian-bagian saringannya dapat diganti-ganti. 4. Dapat membuat putaran angin dengan baik. 5. Memungkinkan untuk pengeluaran cairan otomatis. 6. Memungkinkan untuk pembersihan tanpa penggantian saringan.
Gambar 2.10. Lubrikator Gambar 2.7 Filter Pneumatik 2.3.5 Regulator Tekanan udara yang keluar dari kompresor masih mempunyai tekanan tinggi, dan ini lebih tinggi dari pada tekanan yang terdapat pada bagian-bagian kontrol atau kerjanya. Untuk mengatur tekanan udara yang akan didistribusikan ke bagian kontrol dan kerjanya digunakan regulator (pengatur tekanan). Biasanya alat ini dipasang secara bersatu dengan penyaringan udara. Setelah udara keluar dari saringan kemudian masuk dalam regulator untuk diatur tekanannya sampai pada batas tekanan yang diinginkan.
2.3.8 Sistem Distribusi udara Untuk mendistribusikan tekanan udara dari kompresor ke peralatan pneumatik lainnya maka diperlukan pipa yang berfungsi untuk menyalurkan udara bertekanan. A. Jenis Pipa Dalam sistem pneumatik, pipa saluran udara tersedia dalam berbagai jenis menurut bahannya. Adapun macam-macam jenis pipa pneumatik tersebut antara lain : a. Metallic Pipe 1. Carbon Steel Pipe 2. Stainless Steel Pipe 3. Seamless Copper Pipe 4. Seamless Aluminium Pipe 5. Various Metallic Pipe Coated with Resin b. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Non Metallic Pipe Nilon Tube Polyurethane Tube Polyethylene Tube Vinyl Tube Teflon Tube Rubber Hose for Air
Gambar 2.8 Regulator 2.3.7 Lubrikator Bagian-bagian yang bergerak dan menimbulkan gesekan memerlukan pelumas. Bagian yang bergerak meluncur termasuk didalamnya peralatan pneumatik (silinder, katub). Untuk menjamin supaya bagianbagian yang bergesekan pada perlengkapan tersebut dapat bekerja dan dipakai secara terus menerus, maka harus memberikan pelumas yang cukup. Jumlah tertentu dari minyak pelumas ditambahkan kedalam udara bertekanan dengan menggunakan perangkat pelumasan. Keuntungan menggunakan pelumasan: 1. Terjadinya penurunan angka gesekan. 2. Perlindungan terhadap korosi. 3. Umur pemakaian lebih lama. Hampir semua perangkat lumas udara kepaan bekerja pada prinsip venturi (pengabutan). Perbedaan tekanan (pressure drop) antara tekanan di depan lubang penyemprot udara dan tekanan pada bagian paling sempit dari lubang penyemprot (nozzle) digunakan supaya dapat menyedot cairan (oli) dari bejana dan mencampurkannya dengan udara.
Gambar 2.11 Pipa Plastik Fleksibel (kiri) dan Pipa Nilon Elastis
pula diartikan total panjang dari saluran pipa termasuk sambungannya. Tabel 2.1 Tabulated values of d and d for schedule 40 common pipe size (ref 2 :509) Esposito
Gambar 2.12 jenis selang beserta warna nya B.
Kerugian yang terjadi pada pipa Udara yang mengalir melalui pipa akan kehilangan energinya dikarenakan terjadinya gesekan, kerugian tekanan pada peralatan dan mesin terbatas sampai 0,10,2 bar. Akan tetapi penyimpangan dari ketentuan diatas masih dapat ditoleransi. Kerugian energi menunjukkan kerugian tekanan dimana dapat dinyatakan dalam persamaan formula Harris(ref 2 : 508)Esposito
………….........................(2.3) Dimana : Pf =Preassure drop (Psi) c = Koefisien yang dideterminasikan dengan eksperiment L = Panjang pipa (ft) Q = Kecepatan aliran Udara (m3/min) CR = Compression Ratio d = Diameter dalam pipa (in) CR=
Nomin al pipe size (in)
Inside diamet er d (in)
3/8
0,493
1
/2
0,622
¾
0,824
1
1,049
11/4
1,380
d
5,31
0,023 4 0,080 4 0,357 7 1,289 2 5,530 4
Nomin al pipe size (in)
Inside diamet er d (in)
11/2
1,610
2
2,067
21/2
2,469
3
3,068
31/2
3,548
.................................................(2.5) Sehingga persamaan formula Harris menjadi (ref 3 :508)Esposito :
...............................(2.6) Kerugian akibat faktor gesekan pada sambungan pneumatik dapat dihitung dengan formula Harris jika ekivalensi sambungan diketahui panjang pipa (L) dapat
12,53 8 47,25 6 121,4 19 384,7 71 832,5 50
2.3.9 Aktuator Penumatik Tenaga udara bertekanan dari kompresor diubah menjadi gerakan lurus oleh silinder pneumatik. Besarnya tenaga yang didapat dan yang ditimbulkan tergantung pada besarnya tekanan, luas penampang silinder, serta gesekan yang timbul antara dinding dalam dengan batang toraknya. Aktuator pneumatik secara garis besar dibagi menjadi 2 macam yaitu : 1. Single Acting Cylinder (Silinder Pneumatik Aksi Tunggal) Silinder ini hanya bekerja pada satu arah, karena mempunyai satu inlet untuk udara bertekana. Adapun kembalinya piston ke posisi netral karena adanya pegas tekan.
TekananOperasi 14,7 .........................(2.4) 14,7
Untuk kooefisien yang dideterminasikan dengan eksperimen dapat ditunjukkan sebagai fungsi dari diameter dalam pipa :
d5,31
Gambar 2.13 Single Acting Cylinder Keterangan : 1. Cylinder barrel 2. End Cap 3. Piston with piston rod 4. Piston packing 5. Spring 6. Bearing bushing 7. Inlet port 8. Compressed air base 9. Piston rod chamber 10. Exhoust port 11. Piston rod chamber 12. Exhaust port
2. Double Acting Cylinder (Silinder Pneumatik Aksi Ganda) Silinder ini digunakan terutama bila piston diperlukan untuk melakukan kerja bukan hanya pada gerak maju, tetapi juga gerakan mundur. Sehingga mempunyai keuntungan yaitu biasa dibebani pada kedua arah gerakan batang pistonnya. Gaya dorong yang ditimbulkan oleh udara bertekanan, menggerakkan piston pada silinder penggerak ganda dalam dua arah. Gaya dorong yang besarnya tertentu digunakan dalam gerakan dua arah maju dan mundur. Gaya yang diberikan pada batang piston adalah lebih besar gerakan maju daripada gerakan mundur karena efektif permukaan piston dikurangi pada sisi batang piston oleh luas permukaan batang piston. Silinder pneumatik double acting terdiri dari komponen sebagai berikut :
•
µ
= koefisien gesekan piston dengan barrel.
b. Tarikan Silinder Gaya tarikan silinder dapat diketahui dengan menggunakan persamaan: (Pneumatik Hand Book, 77) . .........................(2.8) Dimana : • F2 = Gaya dorong silinder (kgf) • D = Diameter tabung silinder (cm) • d = Diameter piston (cm) • P = Tekanan udara (bar) • µ = koefisien gesekan piston dengan barrel = 0,85 (majumdar, 98) c. Kecepatan Langkah Silinder Waktu operasi silinder tergantung pada beban dan ukuran dari lubang masuk. Persamaan antara kebutuhan udara dengan kecepatan langkah silinder adalah (ref 5 : full pneumatik) Q = D².V.CR ................................................(2.9) Dimana : • Q = Kebutuhan udara (m³ /dt) • V = Kecepatan langkah silinder (m/dt) • CR = Compression ratio • D = Diameter tabung silinder (m) d. Konsumsi Udara Pada waktu silinder bergerak maju berlaku rumus sebagai berikut:
Gambar 214 Double Acting Cylinder Keterangan : 1. Cylinder barrel 2. Bearing cup 3. End Cup 4. Piston rod 5. Scrapper ring 6. Piston rod chamber 7. Inlet compresion air 8. Hexagon nut 9. Cup packing 2.4.10 Silinder kerja Silinder kerja (actuator) merupakan peralatan pneumatik yang melaksanakan kerja secara langsung, contohnya silinder dan motor pneumatik. Silinder merupakan peralatan pneumatik yang melakukan gerakan dengan cara merubah energi pemampatan udara menjadi energi mekanik. Sebuah silinder udara digunakan sebagai penggerak dalam system kontrol pneumatik yang berjalan secara linier yaitu gerakan maju dan gerakan mundur, sehingga silinder ini juga disebut aktuator linier. a. Dorongan Silinder Gaya dorong silinder dapat dihitung dari diameter tabung silinder, diameter piston rod dan tekanan udara : (Pneumatik Hand Book, 77)
F1 D 2
4
.................................................(2.10) Pada waktu silinder bergerak mundur :
..............................(2.11) Dimana: • V = Volume (lt) • D = Diameter tabung silinder (mm) • d = Diameter piston (mm) • h = Panjang langkah/stroke (mm)
p. ......................................(2.7)
Dimana : • F1 = Gaya dorong silinder (kgf) • D = Diameter tabung silinder (cm) • P = Tekanan udara (bar)
METODOLOGI
3.1
Flow Chart START T
Observasi lapangan
Study literatur
Pengambilan data
Gambar 4.1 Dimensi Benda (Plastik) 4.2 Perhitungan Gaya yang dibutuhkan Pada bagian ini perhitungan untuk mencari gaya yang di butuhkan anatara lain, gaya pada mesin manual (pengambilan data). Data yang diambil dari suatu percobaan sebagai berikut :
Perencanaan dan perhitungan
Gambar perencanaan
Gambar 4.2 percobaan pada mesin manual Perakitan mesin
Pegujian mesin
TIDAK
BISA Pembuatan laporan
FINISH T
Gambar 3.1. Flow Chart Metodologi Perencanaan PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN Dalam bab ini berisi perencanaan dan perhitungan untuk menentukan peralatan pneumatik yang sesuai dengan beban yang dibutuhkan sehingga alat yang dirancang bisa bekerja maksimal sesuai dengan perencanaan. 4.1 Dimensi Benda (Plastik) Plastik yang digunakan memiliki keterangan sebagai berikut : Jenis yang digunhakan adalah LDPE no 4 pada simbol daur ulang. Berwarna bening. Memiliki ketebalan ± 0,08 mm. Memiliki pnjang 25 mm dengan lebar 15 mm
Tabel 4.1 tabel percobaan uji tekan plastik LDPE (kgf) NO PERCOBAAN Umur GAYA (kgf) KE (tahun) 1 Pertama 16th 1,94 2 Kedua 20th 2,60 3 Ketiga 24th 2,53 4 Keempat 36th 2,45 Maka di dapat hasil rata-rata gaya tekan 2,38 kgf. Didapatkan data sebuah gaya (F) yang diperlukan untuk menekan bagian pengepres (plat) untuk mengepres plastik yang berada di bagian pemanas. Dari data diatas didapatkan gaya rata-rata, yakni sebesar :
,
kgf . g
,
kgf . , m⁄ s
,
Gambar 4.3 Free Body Diagram Gaya Maka gaya yang dibutuhkan untuk pengepresan plastik ini adalah sebesar 23,34 N. Maka dengan mengetahui besar gaya yang di butuhkan serta dimensi luasan yang terkena gaya, dapat di hasilkan Tegangan yang terjadi pada plastik saat proses pengepresan cara manual.
Gambar 4.4 Free Body Diagram Tegangan Maka Luas daerah yang dikenai gaya adalah : A = panjang plastik x lebar plastik = 15cm x 0,2cm = 3 cm2 F = 23,34 N Maka Tegangan yang terjadi adalah : A
Jadi untuk proses manual, didapatkan besar tegangan yang terjadi pada plastik sebesar 7,78 N/cm2. 4.3 Perencanaan Diameter silinder Pneumatik 1. Diameter penampang silinder Untuk mencari diameter yang digunakan pada silinder pneumatik didapat data sebagai berikut : F1 = D2.P .µ ( sesuai dengan persamaan 2.7 ) Keterangan, F = Gaya yang dibutuhkan (kgf) D = Diameter silinder (mm) P = Tekanan udara (bar) µ = koefisien gesekan piston dengan barrel (majumdar, 98). Dari hasil percobaan diatas, didapatkan gaya yang di butuhkan mesin press adalah F = 23,34 N. Sedangkan untuk tekanan yang digunakan sebesar 3 bar, dengan koeffisien gesekan µ = 0,85, Maka di dapatkan : ar Pa
.D .P. sesuai dengan persamaan 2.7 ) Keterangan, F = Gaya yang dibutuhkan (kgf) D = Diameter silinder (mm) P = Tekanan udara (bar) µ = koefisien gesekan piston dengan barrel. (majumdar, 98) Diketahui = D = 5 cm P = 30 N/cm2 µ = 0,85 (dari formula) Maka besar gaya dorong yang di butuhkan sebesar 500,691 N. 3. Gaya tarikan silinder Gaya tarikan silinder pada pneumatik ini dapat diketahui dengan menggunakan persamaan : (
m
⁄m . ⁄cm cm Maka besar tekanan yang di gunakan adalah 3 bar : 30 N/cm2. . D . P . (sesuai dengan persamaan 2.7) Maka diameter silinder pneumatik yang di gunakan adalah sebesar 1,0794 cm. Namun karena diameter silinder pneumatik yang tersedia adalah 5 cm dan gaya yang di hasilkan pneumatik memiliki effisiensi sebesar 90% ( The Pneumatic Technical Centre ) maka alat ini dianggap kuat dan aman. 2. Gaya dorongan silinder Setelah mendapatkan diameter sesuai dengan perhitungan di atas, maka perhitungan gaya yang di hasilkan dengan menggunakan pneumatik double acting cylinder berdiameter 50 mm = 5 cm, serta tekanan sebesar 3 bar = 30 N/cm2 , dengan nilai koefisien gesek pada piston 0,85. Didapatkan :
dengan
persamaan 2.8) Dengan, F = Gaya yang dibutuhkan (kgf) D = Diameter silinder (mm) P = Tekanan udara (bar) µ = koefisien gesekan piston dengan barrel. (majumdar, 98) d = diameter rod ( cm ) Dimana : D = 5 cm d = 4,5 cm P = 3 N/cm2 µ = 0,85 Maka besar Gaya Tarikan adalah sebesar 95,131 N. 4.4 Kerugian Tekanan Pada Pipa Kerugian tekanan pada pipa dari persamaan Formula Harris tentang kerugian tekanan.
Pa ⁄m
sesuai
Pf
,
. . . CR . d ,
( sesuai dengan persamaan 2.6 )
Keterangan, Pf = Kerugian tekanan pada pipa ( psi ) L = Panjang selang ( ft ) Q = Kapasitas udara ( lt/min ) CR = Rasio kompresi d = diameter dalam pipa ( in ) 1. Konsumsi udara Perhitungan konsumsi udara kompresi dapat dihitung dengan rumus : Diketahui : D = 5 cm h = 2,5 cm d = 4,5 cm a. Pada saat silinder bergerak maju . D . h ( sesuai dengan persamaan 2.10) Dimana ; V = Volume (lt) D = Diameter tabung silinder (mm) h = Panjang langkah/stroke (mm)
Maka di dapatkan volume 49,087 cm3 b. Pada saat silinder bergerak mundur . D - d . h ( sesuai dengan persamaan 2.11) Dimana ; V = Volume (lt) D = Diameter tabung silinder (mm) d = Diameter piston (mm) h = Panjang langkah/stroke (mm Maka di dapatkan volume 9,326 cm3 Jadi volume total nya adalah sebesar 58,413 cm3 c. Compression Ratio ( rasio kompresi ) CR adalah suatu tekanan yang terjadi di dalam pipa, untuk mesin ini menggunakan takanan sebesar 3 bar, maka di dapatkan: 1 bar = 14,5038 Psi 3 bar = 43,5114 Psi Jadi tekanan operasi nya adalah 43,5114 Psi Maka untuk kompresi ratio (CR) adalah sebesar 3,9599. 2. Perhitungan kecepatan silinder Besarnya kecepatan silinder didapatkan dari percobaan saat silinder extend dengan menggunakan persamaan : s t
Keterangan, V = kecepatan piston (m/s) s = panjang stroke (m) t = waktu langkah (s) Dari data yang diketahui : s = 2,5 cm t = 2 sekon maka didapatkan kecepatan piston 1,25 cm/s. 3. Kapasitas udara (Q) Kapasitas udara (Q), merupakan ukuran tekanan udara yang di perlukan. Dengan sebelumnya telah diketahui diameter 5cm, kecepatan V = 1,25 cm/s dan kompresi rasio (CR) = 3,9599. Maka : D . . CR ( sesuai dengan persamaan 2.9) Maka di dapatkan kapasitas udara yang di butuhkan adalah 2,062 cm3/min. 4. Mencari nilai dari d5,31 Untuk mendapatkan d5,31 maka kita harus mengetahui dselang = 0,6 cm = 0,0196 ft, dengan diameter selang sebesar 0,236 inchi kita bisa menggunakan ukuran ¼” , ini di dapat dari ukuran selang yang di izinkan pada tabel. Karena pada tabel tidak terdapat nilai d5,31 maka kita bisa menggunakan rumus interpolarsi : Jika din = 0,364 inchi maka untuk d5,31 = 0,0046 inchi Dari hasil data-data sebelumnya disesuaikan dengan rumus yang ada, maka besar kerugian tekanan pada pipa dapat di tentukan melalui persamaan sebagai berikut : Dimana,
Ltot = 140 cm = 4,592 ft CR = 3,9599 Q = 2,062 cm3/min = 2,062 x 10-3 lt/min d5,31 = 0,0046 inchi ,
Pf
. . . CR . d ,
Jadi, kerugian tekanan pada pipa sebesar 3,04 x 10-8 Psi = 2,09 x 10-9 bar. 4.5 Perhitungan kapasitas produk yang dihasilkan Kapasitas produk yang di hasilkan pada mesin press manual dan mesin press plastik dengan sistem penggerak pneumatik. Data ini diketahui dengan percobaan di lapangan. Maka dapat dihitung kapasitas produk per-jam adalah: Pengemasan manual : 372 produk/jam Pengemasan mesin : 514 produk/jam PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari hasil perencanaan dan perhitungan dalam laporan ini, maka di dapatkan kesimpulan : 1. Tekanan yang di gunakan adalah sebesar 3 bar, serta besar gaya yang dibutuhkan adalah sebesar 23,34N. 2. Diameter silinder Pneumatik yang di gunakan adalah sebesar 5cm. 3. Kerugian Tekanan yang terjadi pada selang adalah sebesar 2,09 x 10-9 bar. 4. Kapasitas produk yang di hasilkan dengan menggunakan mesin pengepres plastik dengan sistem penggerak pneumatik adalah 514 produk/jam. DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
S.R. Majumdar ; Pneumatic System – Principle and Maintenance ; Jakarta 1995 Esposito, Anthony., Fluid Power with Application, sixth edition, Prentice Hall International Inc, New Jersey, 2003. Barber, Anthony.,Pneumatic Handbook edition Warring, R.H; Pneumatik HandBook; Trade and Technical Press Ltd; England; 1982. Krist, Thomas., Dasar-dasar Pneumatik, Austria, Erlangga, Jakarta, 1993. www.fullpneumatic.com www.JELPC.com BIMBA., Pneumatic Application and Referenca Handbook, Bimba Manufacturing Company; Monee, Illinois; 2012.
