Pemodelan Pergerakan Benang Pada Saat Peluncuran Pakan Pada Mesin Air Jet Loom

PROSIDING SKF 2015

Pemodelan Pergerakan Benang Pada Saat Peluncuran Pakan Pada Mesin Air Jet Loom Abdurrohman1,a), Irfandhani Fauzi1), dan Elly Koesneliawaty1) 1

Politeknik STTT Bandung Jl. Jakarta No.31 Bandung

a)

[email protected](corresponding author)

Abstrak Pada proses pembuatan kain tenun, penyisipan benang pakan (picking motion) pada mulut lusi merupakan salah satu faktor terbentuknya kain. Penyisipan benang pakan dilakukan dengan berbagai jenis media dari mulai shuttle, gripper, tekanan air (water jet), tekanan udara (air jet), dan projectile. Penggunaan jenis media penyisipan pakan berpengaruh kepada kecepatan produksi kain. Air jet menjadi media terpopuler dalam hal penyisipan pakan karena memiliki kecepatan tinggi dan konstruksi mesin yang sederhana. Pada penelitian ini dapat ditunjukan pemodelan pergerakan benang pada saat penyisipan benang pakan pada mesin Air Jet Loom mulai dari main nozzle sampai ke ujung kain dengan pendekatan teori fisika. Kata-kata kunci: Air Jet Loom, Weft Insertion, Picking Motion

PENDAHULUAN Proses pembuatan kain tenun dilakukan dalam 3 tahapan atau sering disebut sebagai 3 gerakan pokok pertenunan yaitu, pembukaan mulut lusi (shedding motion), peluncuran pakan (filling insertion / picking motion), dan pengetekan (Beat up motion). Dari ketiga tahapan tadi, masing-masing tahapan akan berpengaruh terhadap kontruksi kain yang dihasilkan kecuali peluncuran pakan. Adapun peluncuran pakan akan berpengaruh pada kecepatan produksi kain. Secara umum media peluncuran atau penyisipan benang pakan terbagi menjadi dua yaitu, menggunakan teropong (shuttle) dan tanpa teropong (shuttleless).

Gambar 1, 3 gerakan pokok pertenunan, Encylopedia Britania (1998) [1]

ISBN : 978-602-19655-9-7

16-17 Desember 2015

428

PROSIDING SKF 2015

PEMODELAN PERGERAKAN BENANG

Peluncuran benang pakan tanpa menggunakan teropong (shuttleless) sampai saat ini terbagi kedalam 4 media yaitu : menggunakan gripper (Rapier Loom), menggunakan peluru (projectile loom), menggunakan tekanan air (water jet loom) dan menggunakan tekanan udara (air jet loom). Menurut Sabit Adanur[3] dalam bukunya Handbook of weaving menerangkan bahwa air jet loom merupakan salah satu jenis mesin tenun yang media peluncuran pakannya menggunakan media tekanan udara. Selain itu dalam buku yang sama menerangkan bahwa peluncuran atau penyisipan pakan menggunakan media tekanan udara adalah penyisipan pakan yang paling sederhana dan memiliki beberapa keunggulan yaitu : produktivitas tinggi, memiliki kecepatan penyisipan pakan yang tinggi, memakan tempat yang relatif lebih kecil, kebisingan dan getarannya rendah. Adapun mekanismenya benang pakan didorong dengan tekanan udara dari main nozzle dan diteruskan oleh sub-sub nozzle yang tersebar sampai ujung kain yang aktif secara bergantian dan teratur mendorong benang dari sisi kiri kain sampai ujung sisi kanan kain. Gambar 2 menggambarkan skema penyisipan pakan pada Air jet loom.

Gambar 2, skema penyisipan benang pakan pada mesin air jet loom, Sabit Adanur (2001)[2]

Pada saat peluncurannya benang pakan bergerak keluar dari main nozzle dengan didorong oleh udara dengan gaya tertentu (Fu) dan dilanjutkan dengan didorong oleh udara dari sub-sub nozzle sampai ke ujung pinggir kain.

Gambar 3, skema gerakan benang keluar dari main nozzle, Emel Onder [3]

Gambar 4, skema gaya dorong udara yang terjadi pada benang

ISBN : 978-602-19655-9-7

16-17 Desember 2015

429

PROSIDING SKF 2015

Dari gambar 4 dapat dibuat pemodelan pergerkan benang dengan kordinat x,y,z sebagai berikut:

Gambar 5, gaya-gaya yang bekerja pada benang

Keterangan gambar : Fu = Gaya dorong udara (N) Fc = Gaya hambat udara (N) Fg = Gaya gravitasi (N) Pada hukum 2 Newton sebuah benda dengan massa M mengalami gaya resultan sebesar F akan mengalami percepatan a yang arahnya sama dengan arah gaya, dan besarnya berbanding lurus terhadap F dan berbanding terbalik terhadap M.





 F  ma

Bisa juga diartikan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda sama dengan turunan dari momentum linear benda tersebut terhadap waktu

F 

D  mv  Dt



  mv  t



  mv  x x

t



  mv  y y

t



  mv  z z

(1)

t

Perubahan momentum dirumuskan sebagai berikut;

ISBN : 978-602-19655-9-7

16-17 Desember 2015

430



PROSIDING SKF 2015

     mv      mv      mv    dt  mv  dx  i  mv  dy   j  mv  dz   k t x y z      

 mv

(2)

Perubahan momentum per satuan waktu dirumuskan sebagai berikut;

      mv   mv      mv      mv     dt  m v  dx  i  m v  dy  j  m v  dz   k        t  t x y z        

  mv

    mv  x    mv  y    mv  z     i   j   y dt   z dt   k t  x dt    

(3)

Untuk volume yang terbatas/kecil, dxdydz dengan density yang seragam persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut;       v  v x    v y    v z       i   j  (4)  y dt    z dt   k dxdydz       t  x dt  dx/dt, dy/dt, dan dz/dt adalah komponen kecepatan di sumbu x, y, dan z, jadi perubahan momentum per waktu per unit volume dapat dirumuskan sebagai berikut       v  v     v     v     (5)    vx   i   v y   j   vz   k dxdydz  z    y   t  x 



Menurut Navier Stokes [4], ada 3 komponen gaya yang bekerja pada fluida yaitu : gaya gravitasi ( Fgrv ),







tekanan hidrostatis ( FPr es ), voskositas ( FVisc ) yang terjadi akibat adanya gaya-gaya lain ( FMisc ).           v  v     v     v     Fgrv  Fpres  Fvisc  Fmisc      vx   i   v y   j   vz   k dxdydz  z    y   t  x 

(6)

Dikarenakan yang bergerak adalah benang (benda padat elastis) maka,

 Fpres  0

         v  v     v     v     Fgrv  Fvisc  Fmisc      vx   i   v y   j   vz   k dxdydz  z    y   t  x 

(7)

Pengaruh Gravitasi :

 F  ma    Fgrv  mg  vg

Fgrv   gdxdydz

(8)

        v  v     v     v      gdxdydz  Fvisc  Fmisc      vx   i   v y   j   vz   k dxdydz  z    y   t  x 

(9)

Substitusi persamaan (8) ke (7)









 v

 v

 v

 v 





 v

 v

 v

 v 

 v

 v

 v

 v 

g x  Fvisc   Fx   x  vx x  v y x  vz x  x y z   t g y  Fvisc   Fy    y  vx y  v y y  vz y  x y z   t

(10)

g z  Fvisc   Fz    z  vx z  v y z  vz z  x y z   t

ISBN : 978-602-19655-9-7

16-17 Desember 2015

431

PROSIDING SKF 2015

Viskostas

 Fviskositas    dV  dxdydz   xx  xy  xz Fvisc( x )    x y z   yx  yy  yz Fvisc( y )    x y z   zx  zy  zz Fvisc( z )    x y z

(11)

Dengan menggunakan persamaan hukum Hok’s untuk media elastis isotop

 ij  ekk  ij  2eij

 ij  ekk  ij   uij  u ji 

maka

 vx 2   xx     v  2 3 x   vy 2   yy     v  2 3 y  2  v   zz     v  2 z 3 z

(12)

      2vx  2vx  2vx  Fvisc x     2  2  2  y z   x       2v y  2v y  2v y  Fvisc y     2  2  2   x y z         2vz  2vz  2vz   Fvisc z     2  2  2  y z   x

(13)

Substitusi persaman (12) ke (11)

Substitusi persamaan (13) ke (10)           2vx  2vx  2vx   vx  vx  vx  vx      g x    2  2  2    Fx     vx  vy  vz x y z  y z   t  x           2v y  2v y  2v y  v y v y v y   v y    g y    2  2  2    Fy    vx  vy  vz y z  x y z   t  x           2v  2v  2v   v  v  v  v  g z    2z  2z  2z    Fz   z  vx z  v y z  vz z  y z  x y z   t  x Gravitasi hanya terjadi pada sumbu y

(14)

g x  0 g z  0 Gaya dorong udara hanya terjadi pada sumbu z



 F F

x z

ISBN : 978-602-19655-9-7

0    Fu  Fc



F

y

0

16-17 Desember 2015

432

PROSIDING SKF 2015

maka

         2vx  2vx  2vx   vx  vx  vx  vx     2  2  2      vx  vy  vz y z  x y z   t  x          2v y  2v y  2v y   v y  v y  v y  v y     g y    2  2  2      vx  vy  vz y z  x y z   t  x

(15)

         2vz  2vz  2vz     vz  vz  vz  vz     2  2  2   Fu  Fc     vx  vy  vz  x  y  z  t  x  y  z     Jika vx dan vy sangat kecil, maka

         2vz  2vz  2vz     vz  vz  vz  vz     2  2  2   Fu  Fc     vx  vy  vz y x z  y z   t  x

(16)

HASIL DAN PEMBAHASAN Menurut Sabit Adanur [2] dalam buku handbook of weaving menyatakan bahwa





  Fu  Fc

dengan Fu adalah gaya dorong udara dan Fc adalah gaya hambat udara. Pada penelitian ini sesuai dengan pernyataan Navier-Stokes [3] bahwa terdapat 3 komponen gaya dan gaya





tamabahan pada benda padat elastis yang bergerak. gaya gravitasi ( Fgrv ), tekanan hidrostatis ( FPr es ),





voskositas ( FVisc ) yang terjadi akibat adanya gaya-gaya lain ( FMisc ).



Jika FVisc

    dv Fvisc  Fu  Fc  m dt   c  1 dan Fu  Fc maka, sangat kecil, m   vu  vz e  z   vz  vu e z

(17)

(18) (19)

dengan vu adalah kecepatan udara dan vz adalah kecepatan benang Persamaan (18) dan (19) ditampilkan dalam grafik waktu terhadap jarak sebagai berikut,

Gambar 6, grafik waktu terhadap jarak

Dari grafik pada gambar 6 diatas dapat kita lihat bahwa hubungan kecepatan udara dengan jarak berupa grafik eksponensial yang menunjukan penurunan kecepatan udara dalam setiap pertambahan jarak. Adapun kecepatan benangnya akan bertambah seiring dengan pertambahan jarak. Hal ini sesuai dengan pembahasan

ISBN : 978-602-19655-9-7

16-17 Desember 2015

433

PROSIDING SKF 2015

Sabit Adanur[1] dalam buku handbook of weaving tentang hubungan kecepatan udara, kecepatan benang dan jarak pada peluncuran pakan seperti grafik berikut.

Gambar 7, grafik hubungan waktu terhadap jarak pada peluncuran pakan mesin air jet loom [2]

REFERENSI 1. 2. 3. 4.

Encylopedia britania Sabit Adanir, Handbook of weaving, Sulzer, Switzerland, 2001 Emel Onder, Jet Weaving, Turkey The Navier-Stokes Equation, academic resource center, Ilinois Institute of Technology

ISBN : 978-602-19655-9-7

16-17 Desember 2015

434