TUGAS AKHIR. Analisa Hidrolik Mengenai Aliran Fluida Pada Model Alat Pemasang Ban Tenaga Pneumatik

TUGAS AKHIR

Analisa Hidrolik Mengenai Aliran Fluida Pada Model Alat Pemasang Ban Tenaga Pneumatik

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Strata Satu ( S1 ) Teknik Mesin

Disusun Oleh :

EKO YULIANTO 01300-043

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007

Lembar Pengesahan

LEMBAR PENGESAHAN

ANALISA HIDROLIK MENGENAI ALIRAN FLUIDA PADA MODEL ALAT PEMASANG BAN TENAGA PNEUMATIK

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Meraih Gelar Sarjana Teknik ( S1 ) Pada Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

Disetujui dan Diterima Oleh :

Pembimbing Tugas Akhir I

DR. H. Abdul Hamid, M.Eng

i

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

Abstrak

ABSTRAK

Alat Pemasang Ban yang penulis rancang dan buat ini digerakan dengan tenga pneumatik merupakan alat miniatur yang berfungsi untuk pemasangan ban secara otomatis dengan sistem pneumatik. Alat Pemasang Ban tersebut dibuat dan dirakit di suatu workshop di Bintaro, selain itu alat tersebut dilengkapi dengan sensor – sensor yang berfungsi untuk mendeteksi keberadaan obyek dan juga dilengkapi dengan limit switch yang berfungsi untuk membatasi jarak langkah aktuator atau ON/OFF nya aktuator. Hasil perhitungan menunjukkan pressure loss dan head loss. Silinder

Pressure Loss N/m2

Head Loss m

1 2 3 4 5 6 7

197,28 1,836 1,836 147,93 2,11 1,432 147,93

17,08 0,159 0,159 12,81 0,183 0,124 12,81

xii


Daftar Isi

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ ii LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................ iii KATA PENGANTAR ......................................................................................... iv DAFTAR ISI ....................................................................................................... vii ABSTRAK .......................................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiii DAFTAR TABEL .............................................................................................. xv NOMENKLATUR ............................................................................................ xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang ............................................................................. I-1

1.2

Perumusan Masalah ..................................................................... I-2

1.3

Pembatasan Masalah .................................................................... I-3

1.4

Sistematika Penulisan .................................................................. I-4

BAB II PRINSIP-PRINSIP DASAR 2.1 Teori Dasar Hidrolik .................................................................. II-1 2.2

Perbandingan Sistem Secara Ringkas ........................................ II-3 2.2.1 Sistem Elektrik ............................................................... II-3 2.2.2 Sistem Hidrolik .............................................................. II-5 2.2.3

Sistem Pneumatik ........................................................... II-8

vii


Daftar Isi

2.3

Hukum-hukum Dasar Pneumatik ............................................. II-11 2.3.1 Hukum Pascal ............................................................... II-11 2.3.2

Hukum Boyle ................................................................ II-13

2.3.3

Hukum Bernouli ............................................................ II-14

2.4 Pengadaan Udara dan Distribusi ............................................... II-17 2.4.1 Faktor Pemakaian ......................................................... II-18 2.4.2 Mengeringkan Udara Bertekanan ................................ II-19 2.4.3 Pengadaan dan Penyaluran Udara Bertekanan ............. II-19 2.4.4 Unit Pemelihara Udara ................................................. II-22 2.4.4.1

Penyaring Udara Bertekanan.......................... II-22

2.4.4.2

Pengatur Tekanan Udara ................................ II-23

2.4.4.3

Pelumas Udara Bertekanan ............................ II-23

2.5 Keunggulan dan Karakteristik Khas dari Udara Bertekanan ... II-23 2.6

Kompresor Udara ..................................................................... II-26 2.6.1

Kompresor Membran ................................................... II-27

2.6.2 Kompresor Piston Putar ............................................... II-27 2.6.3

Tangki Udara................................................................. II-27

2.7

Penyaring Udara Bertekanan..................................................... II-28

2.8

Pengatur Tekanan ...................................................................... II-30

2.9

2.8.1

Pengatur Tekanan Lubang............................................. II-31

2.8.2

Penyetelan dan Pengaturan ........................................... II-33

2.8.3

Perawatan Unit Pelayanan Udara .................................. II-33

Distribusi Udara ........................................................................ II-34

viii


Daftar Isi

2.9.1

Ukuran Pipa Saluran ..................................................... II-34

2.9.2

Hambatan Aliran ........................................................... II-35

2.9.3

Tata Letak Pemipaan ..................................................... II-36

BAB III PERENCANAAN ALAT 3.1 Proses Perencanaan ................................................................... III-1 3.1.1

Fungsi Alat ..................................................................... III-2

3.1.2 Landasan Alat................................................................. III-2 3.2 Kerangka Utama ........................................................................ III-3 3.2.1

Tegangan Pada Batang Rangka...................................... III-4

3.2.2 Berat Yang Harus Ditumpu Oleh Rangka .................... III-4 3.2.3

Pengukuran dan Pemotongan ......................................... III-5

3.2.4

Perlakuan Pengelasan ..................................................... III-6

3.2.5

Perlakuan Bubut ............................................................. III-7

3.2.6

Perlakuan Pengeboran .................................................... III-7

3.2.7 Pemasangan Mur dan Baut ............................................ III-8 3.2.8 Rivet ............................................................................... III-9 3.3

Motor DC ................................................................................. III-11

3.4

Pengertian Sistem Pneumatik ................................................... III-13

3.5

Rangkaian Pneumatik............................................................... III-16 3.5.1 Tekanan ........................................................................ III-17

3.6

Komponen Pneumatik ............................................................. III-20 3.6.1

Penghasil dan Distribusi Udara .................................... III-20

ix


Daftar Isi

3.6.2

Kompresor Udara ......................................................... III-21 3.6.2.1

Kompresor Piston/Torak ............................... III-22

3.6.3 Distribusi Udara ........................................................... III-23 3.6.3.1 Katup Kontrol ............................................... III-23 3.6.3.2 Togle ............................................................. III-25 3.6.3.3 Selang ............................................................ III-26 3.6.3.4

Nepel ............................................................. III-27

3.7 Peralatan Pendukung ................................................................ III-28 3.7.1 Aktuator ....................................................................... III-28 3.7.2

Silinder kerja ganda...................................................... III-28

3.7.3 Sensor Photoelektrik .................................................... III-30 3.7.3.1

Photoelektrik Retroreflektif .......................... III-30

3.7.3.2

Photoelektrik Ganda (Through Beam) .......... III-30

3.7.4 Selenoid (Direction Control Valve Selenoid) .............. III-31

BAB IV PERHITUNGAN 4.1

4.2

Proses Pneumatik ...................................................................... IV-1 4.1.1

Kompresor ..................................................................... IV-1

4.1.2

Valve ............................................................................. IV-2

4.1.3

Silinder Ganda ............................................................... IV-2

Data Teknik Yang Diperlukan Dalam Perhitungan .................. IV-4 4.3.1 Perhitungan Pada Silinder I ........................................... IV-5 4.3.2 Perhitungan Pada Silinder II ......................................... IV-6

x


Daftar Isi

4.3.3 Perhitungan Pada Silinder III ........................................ IV-8 4.3.4 Perhitungan Pada Silinder IV ...................................... IV-10 4.3.5 Perhitungan Pada Silinder V ....................................... IV-12 4.3.6 Perhitungan Pada Silinder VI ...................................... IV-13 4.3.7 Perhitungan Pada Silinder VII .................................... IV-15

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan ................................................................................ V-1

5.2 Saran ........................................................................................... V-7

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

xi


Daftar Tabel

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.2.1

Solusi elektrik, didasarkan pada motor tiga fase ................... II-5

Gambar 2.2.2

Solusi hidrolik ...................................................................... II-7

Gambar 2.2.3

Solusi pneumatik .................................................................. II-8

Gambar 2.3.1a

Hukum Pascal ..................................................................... II-12

Gambar 2.3.1b

Perpindahan Panas ............................................................. II-13

Gambar 2.3.2

Hukum Boyle ..................................................................... II-14

Gambar 2.3.3a

Energi Potensial ................................................................. II-15

Gambar 2.3.3b

Kerja yang dilakukan oleh tekanan yang bekerja terus-menerus ...................................................................... II-15

Gambar 2.4.3

Sistem pengadaan udara bertekanan .................................. II-21

Gambar 2.6.3

Tangki Udara ...................................................................... II-28

Gambar 2.8.1

Pengatur tekanan tanpa relief ............................................. II-32

Gambar 3.2.3

Foto Rangka alat ................................................................. III-5

Gambar 3.2.4

Perlakuan las ........................................................................ III-6

Gambar 3.2.6

Perlakuan pengeboran ......................................................... III-8

Gambar 3.2.7

Baut dan Mur ...................................................................... III-9

Gambar 3.3

Motor DC ......................................................................... III-12

Gambar 3.4

Sistem Pneumatik Sederhana ............................................ III-14

Gambar 3.6.3.1

Katup Kontrol .................................................................... III-24

Gambar 3.6.3.1.1 Katup kontrol kecepatan .................................................... III-25 Gambar 3.6.3.2

Tampak Depan Katup Togle ............................................. III-26

xiii


Daftar Tabel

Gambar 3.6.3.3

Selang ................................................................................. III-26

Gambar 3.6.3.4

Nepel ................................................................................. III-27

Gambar 3.6.3.4

Tampak Depan Nepel ........................................................ III-28

Gambar 3.7.2

Silinder kerja ganda ........................................................... III-29

Gambar 3.7.3.1

Sensor Photoelektrik Retroreflektif.................................... III-30

Gambar 3.6.3.2

Sensor Photoelektrik Ganda ............................................... III-31

Gambar 3.7.4

Penampang Selenoid .......................................................... III-31

xiv


Daftar Tabel

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1

Perbandingan sistem elektrik, hidrolik dan pneumatik ................ II-10

Tabel 3.1

Tegangan yang dijinkan untuk sambungan las ............................. III-3

Tabel 5.1

Rekapitulasi hasil perhitungan ....................................................... V-5

xv


Nomenklatur

NOMENKLATUR Simbol

Lambang

Satuan

A

Luas penampang

m2

F

Gaya

N

g

Grafitasi

-

hf

Head Loss

m

p

Konvensi Head Loss

N/m2

p

Tekanan

Pa

r

Jari-jari

m

Re

Bilangan Reynold

-

v

Kecepatan Aliran

m/s

V

Volume

m3

xvi



BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, telah mendorong manusia

untuk memanfaatkannya dalam kehidupan sehari-hari disegala bidang untuk memperoleh kemudahan atau menambah kenyamanan dan keamanan dalam melakukan tugas atau pekerjaan. Di zaman yang serba modern dan teknologi yang semakin canggih, maka diperlukan suatu alat penunjang yang memenuhi segala kriteria yang dibutuhkan oleh pasar sehingga alat tersebut akan berguna dan berfungsi dengan baik di pasaran.

I-1



I-2

Dalam suatu sistem transportasi khususnya mobil yang semakin rumit dan komplek, dimana lalu lintas yang semakin padat dan macet apalagi dikota-kota besar seperti Jakarta yang permintaan alat transportasinya semakin meningkat untuk itu diperukan suatu teknologi yang ada untuk memperoleh sesuatu yang lebih memadai dan lebih aman serta cepat. Dengan melihat kondisi Negara kita yang sangat jauh tertinggal dibidang teknologi maka kita hendaknya memaksimalkan potensi yang ada untuk mengejar segala ketertinggalan khususnya dibidang teknologi maka penulis berinisiatif yang ada di Indonesia, dengan membuat alat pemasang ban dengan system pneumatik. Dengan tujuan seperti yang disebutkan diatas yaitu mempermudah dan memberikan kenyamanan serta keamanan bagi para konsumen.

1.2

Perumusan Masalah Tugas akhir tentang modal alat pemasang ban adalah penelitian awal yang

pada dasarnya merupakan rancang bangun dari alat pemasang ban. Adapun rancang bangun yang dimaksud meliputi perancangan struktur, permodelan CAD, system pneumatik, perancangan pergerakan beserta analisa kestabilan dalam kondisi statis maupun dinamis, serta desain proses manufaktur dan perakitan. Khusus dalam tugas akhir ini, pembahasan masalah akan difokuskan pada analisa desain kinematika. Adapun hal-hal yang tidak berhubungan dengan kinematik tidak dibahas ini dikarenakan akan dibahas oleh research group lain.



1.3

I-3

Pembatasan Masalah Dalam tulisan ini akan dibatasi pada sistem kinematika serta perhitungan

gerak baik statis maupun dinamis yang akan digunakan untuk pemasang ban dengan tidak merencanakan suatu pemasang ban secara keseluruhan. Dengan anggapan bahwa mekanisme alat pemasang ban yang ada saat ini sudah cukup memadai.

1.4

Sistematika Penulisan BAB I

PENDAHULUAN Berisikan latar belakang, tujuan penulisan dan penelitian, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II

TEORI DASAR Penjelasan teori dasar kinematika, komponen-komponen kinematika serta rangkaian logika dalam system pneumatik.

BAB III

PERANCANGAN Perancangan system kinematika pada model alat pemasang ban, perancangan gerak dari alat pemasang ban baik secara dinamis maupun statis.

BAB IV

PERHITUNGAN Perhitungan dari masing-masing komponen yang akan digunakan dalam model alat pemasang ban yang telah dirancang. FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


BAB V

I-4

KESIMPULAN Berisikan kesimpulan dan saran-saran dari proses pembuatan “Prototipe alat pemasang ban dengan system pneumatik”

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN



BAB II PRINSIP-PRINSIP DASAR

2.1

Teori Dasar Hidrolik Kebanyakan proses industri menuntut pemindahan objek atau bahan dari

satu tempat ke tempat lain, atau membutuhkan gaya untuk menahan, membentuk, atau menekan suatu produk. Kegiatan-kegiatan semacam itu dilaksanakan oleh Penggerak Mula (Prime Movers); yaitu kuda pekerja (work horses) pada industri manufaktur. Di banyak tempat, penggerak yang digunakan adalah penggerak elektrik. Gerakan berputar dapat diberikan oleh motor-motor sederhana, dan gerakan linier dapat diperoleh dari gerakan berputar yang dilakukan peralatan seperti screw

II-1



II-2

jacks (dongkrak sekrup) atau dongkrak (racks and pinions). Ketika gaya murni atau stroke (langkah) linier pendek dibutuhkan, maka solenoida dapat digunakan (walaupun gaya yang dapat diperoleh dengan cara ini ada batasnya). Meskipun demikian, peralatan elektrik bukanlah satu-satunya sarana untuk menghasilkan penggerak mula. Fluida dalam tempat tertutup (baik cairan maupun gas) juga dapat digunakan untuk mentransfer energi dari satu tempat ke tempat lain, dan selanjutnya, untuk menghasilkan gerakan berputar atau linier atau mengerahkan suatu gaya. Sistem berbasis fluida yang menggunakan cairan sebagai media transmisi dinamakan sistem hidrolik (dari kata Yunani hydra untuk air dan aulos untuk pipa; gambaran yang menunjukkan bahwa fluida adalah air, walaupun minyak lebih sering digunakan). Sistem berbasis gas dinamakan sistem Pneumatik (dari bahasa Yunani pneumn untuk angin atau nafas). Gas yang paling umum dipakai adalah udara yang bertekanan, walaupun kadang-kadang digunakan juga nitrogen. Keuntungan dan kerugian utama sistem pneumatik atau hidrolik muncul dari karakteristik gas kompresibel berdensitas rendah dan cairan inkompresibel (secara relatif) berdensitas tinggi yang berbeda. Sebuah sistem pneumatik misalnya, cenderung mempunyai cara kerja yang lebih ‘lembut’ dibandingkan sistem hidrolik yang cenderung menghasilkan guncangan-guncangan penyebab bising dan keausan dalam perpipaan. Namun, sebuah sistem hidrolik berbasis cairan dapat bekerja pada tekanan yang jauh lebih tinggi daripada sistem pneumatik, dan oleh sebab itu, dapat digunakan untuk menghasilkan gaya-gaya yang sangat besar.



II-3

Untuk membandingkan berbagai keuntungan dan kerugian sistem pneumatik dan sistem hidrolik elektrik, tiga bagian berikut membahas suatu tugas mengangkat yang sederhana dapat ditangani oleh masing-masing sistem.

2.2

Perbandingan Sistem Secara Ringkas

2.2.1 Sistem Elektrik Pada sistem elektrik terdapat tiga pilihan dasar; solenoida, motor DC, atau kuda pekerja yang ada di berbagai industri, yaitu motor induksi AC. Dari ketiga pilihan ini, solenoida langsung menghasilkan stroke linier, tetapi strokenya biasanya terbatas pada jarak maksimum sekitar 100 mm. Motor DC dan AC adalah peralatan yang berputar dan keluarannya perlu dikonversikan menjadi gerakan linier lewat peralatan mekanik seperti sekrup ulir (wormscrews) atau dongkrak. Ini tidak menggambarkan persoalan yang nyata; di mana peralatan-peralatan komersial yang terdiri dari motor dan sekrup tersedia. Pemilihan motor terutama bergantung pada persyaratan kontrol laju. Sebuah motor DC yang dipasang dengan sebuah tacho (takometer) dan digerakkan oleh sebuah penggerak thyristor dapat memberikan kontrol laju secara istimewa, tetapi motor tipe ini mempunyai persyaratan perawatan yang tinggi untuk sikat dan komutatornya. Sebuah motor AC sebenarnya bebas perawatan, tetapi motor ini adalah peralatan dengan laju tetap (dengan laju yang ditentukan oleh jumlah kutub dan frekuensi pasokan). Laju dapat disesuaikan dengan penggerak frekunesi variabel, tetapi diperlukan kewaspadaan untuk menghindarkan pemanasan berlebih karena



II-4

kebanyakan motor didinginkan oleh kipas internal yang dihubungkan langsung ke poros motor. Kita mengasumsikan bahwa suatu kenaikan/penurunan kecepatan tetap dibutuhkan, sehingga sebuah motor AC yang menggerakkan sbuah dongkrak akan terlihat sebagai pilihan yang logis. Tidak ada jenis motor apapun yang diperbolehkan untuk mengurangi kecepatan melawan akhir suatu penghentian gerakan, (ini tidak sepenuhnya benar; motor DC yang didesain secara khusus, yang menonjolkan arus yang baik pada penggerak thyristor bersama dengan kipas pendingin eksternal, dapat diijinkan mengurangi kecepatan) jadi, akhir batas gerakan dibutuhkan untuk menghentikan penggerak. Maka kita pun telah sampai pada sistem yang ditunjukkan di Gambar 2.2.1, yang terdiri dari suatu dongkrak mekanik yang digerakkan oleh motor AC yang dikendalikan oleh suatu starter pembalik. Peralatan bantu terdiri dari dua sakelar pembatas, ditambah sebuah motor alat proteksi beban lebih. Tidak terdapat pembatasan beban praktis asalkan rasio sekrup/kotak persneling, ukuran motor, dan rating kontaktor dihitung dengan betul.



II-5

Gambar 2.2.1 Solusi elektrik, didasarkan pada motor tiga fase

2.2.2 Sistem Hidrolik Sebuah pemecahan sepenjang jaringan hidrolik ditunjukkan Gambar 2.2.2. Sebuah aktuator linier hidrolik yang cocok untuk aplikasi ini adalah ram (silinder), yang ditunjukkan secara skematik dalam Gambar 2.2.2a. Ram ini terdiri dari piston yang dapat bergerak dan dihubungkan secara langsung ke poros keluaran. Jika fluida dipompa ke dalam pipa A, maka piston akan bergerak naik dan poros akan menjulur keluar; jika fluida dipompa ke dalam pipa B, poros akan tertarik masuk. Jelaslah bahwa beberapa metode untuk mendapatkan kembali fluida dari sisi piston yang bertekanan harus digabungkan. Sebuah sistem hidrolik yang cocok ditunjukkan di Gambar 2.2.2b. Sistem itu membutuhkan fluida cair, mahal, dan kotor untuk beroperasi; dan akibatnya, perpipaan harus berlaku sebagai loop tertutup, dengan fluida ditransfer dari tangki penyimpanan ke salah satu sisi piston, dan dikembalikan dari sisi lain piston ke tangki. Fluida dihisap dari tangki oleh pompa yang menghasilkan aliran fluida pada 150 bar yang dibutuhkan. Namun, pompa bertekanan tinggi semacam itu



II-6

tidak dapat beroperasi ke beban “jalan buntu” ketika mereka menghantar fluida dengan volume konstan dari port masukan ke port keluaran untuk tiap putaran poros pompa. Dengan beban jalan buntu, tekanan fluida naik secara tak menentu, sampai pipa atau pompa itu sendiri rusak. Oleh karena itu, beberapa bentuk pengaturan tekanan, seperti yang ditunjukan dalam gambar, dibutuhkan untuk melimpahkan fluida berlebih kembali ke tangki. Gerakan silinder dikenalikan oleh katup penukar tiga posisi. Untuk memunculkan poros silinder, port A dihubungkan ke jaringan bertekanan dan port B ke tangki. Untuk membalik gerakan, port B dihubungkan ke jaringan bertekanan dan port A ke tangki. Pada posisi tengahnya katup mengunci fluida masuk ke silinder (dengan demikian mempertahankan posisinya) dan membuntu jaringan fluida (yang menyebabkan semua fluida keluaran pompa kembali ke tangki lewat regulator tekanan). Ada beberapa poin tambahan yang berharga untuk dibahas. Pertama, kontrol kecepatan mudah dicapai dengan mengatur laju aliran volume ke silinder (dibahas di bagian yang akan datang). Kontrol yang tepat pada kecepatan rendah adalah salah satu keuntungan utama sistem hidrolik. Kedua, batas-batas lintasan ditentukan oleh stroke silinder dan silindersilinder, biasanya, dapat diijinkan mengurangi kecepatan di ujung-ujung lintasannya, sehingga tidak dibutuhkan proteksi kelebihan lintasan. Ketiga, pompa perlu dihidupkan oleh sumber daya eksternal; hampir pasti sebuah motor induksi AC yang, selanjutnya, membutuhkan starter motor dan proteksi beban lebih.



II-7

Keempat, fluida hidrolik harus sangat bersih, jadi sebuah filter dibutuhkan (ditunjukkan di Gambar 2.2.2b) untuk mengeluarkan partikel-partikel kotoran sebelum fluida lewat dari tangki ke pompa.

Gambar 2.2.2 Solusi hidrolik Hal terakhir yang penting untuk disebutkan adalah bahwa kebocoran fuida dari sistem bersifat tak terlihat, licin (sehingga berbahaya) dan secara lingkungan sangat tak diinginkan. Sebuah kegagalan besar dapat merupakan bencana. FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


II-8

Pada pandangan pertama, Gambar 2.2.2b nampak sangat rumit dibandingkan dengan sistem elektrik di Gambar 2.2.1, tetapi harus diingat bahwa semua bagian yang berada dalam kotak garis putus-putus di Gambar 2.2.2 umum bagi suatu daerah instalasi dan tidak biasanya ditujukan hanya untuk satu gerakan seperti yang kita gambarkan.

2.2.3 Sistem Pneumatik Gambar 2.2.3 menunjukkan komponen-komponen suatu sistem pneumatik. Aktuator dasar adalah juga sebuah silinder, dengan gaya maksimum pada poros akan ditentukan oleh tekanan udara dan luas penampang piston. Tekanan operasi dalam sistem pneumatik biasanya jauh lebih rendahdari tekanan dalam sistem hidrolik. Oleh sebab itu, sistem pneumatik membutuhkan aktuator yang lebih besar dibandingkan ke sistem hidrolik untuk beban yang sama.

Gambar 2.2.3 Solusi pneumatik



II-9

Katup yang mengirimkan udara ke silinder beroperasi dengan cara yang serupa ke ekuivalen hidroliknya. Satu perbedaan penting muncul dari kenyataan sederhana bahwa udara adalah bebas; maka udara balik akan dengan mudah dilepas ke atmosfer. Udara dihisap dari atmosfer lewat filter udara dan dinaikkan ketekanan yang dibutuhkan oleh sebuah kompresor udara (biasanya digerakkan oleh sebuah motor AC). Temperatur udara dinaikkan cukup banyak oleh kompresor ini. Udara juga mengandung uap air dalam jumlah besar. Sebelum dapat digunakan, udara harus didinginkan, dan ini menyebabkan kondensasi. Jadi, kompresor udara harus disertai oleh sebuah unit pendingin dan pengolah udara. Kompresibilitas suatu gas membuat kita perlu menyimpan sejumlah gas bertekanan dalam reservoir, untuk ditarik oleh beban. Tanpa reservoir ini, suatu kenaikan eksponensial tekanan yang lambat menghasilkan gerakan silinder yang juga lambat bila katup dibuka terlebih dahulu. Jadi, sebuah unit pengolah udara mesti disertai dengan reservoir udara. Sistem hidrolik membutuhkan suatu suatu regulator tekanan untuk melimpahkan kelebihan fluida kembali ke tangki, tetapi kontrol tekanan dalam sebuah sistem hidrolik jauh lebih sederhana. Suatu sakelar tekanan, yang dipasang pada reservoir udara, menghidupkan motor kompresor bila tekanan turun dan mematikannya kembali bila tekanan mencapai level yang dibutuhkan. Kesan umum yang kita dapat, lagi-lagi, adalah suatu kerumitan, tetapi unitunit dalam kotak bergaris putus-putus kembali merupakan sesuatu yang biasa bagi suatu instalasi atau bahkan seluruh pabrik. Banyak pabrik memproduksi udara terkompresi pada satu stasiun pusat dan mendistribusikan suatu jaringan utama



II-10

udara ke semua tempat di pabrik dalam cara yang sama dengan layanan yang lain seperti listrik, air atau gas. Terdapat suatu kekurangan yang hampir universal mengenai standardisasi satuan yang digunakan untuk pengukuran dalam industri, dan setiap insinyur akan bercerita tentang gauge yang menunjukkan, katakanlah, kecepatan dalam furlong (ukuran panjang sebesar 220 yard) oleh karakteristik ini, dan sama sekali tidak aneh untuk menemukan tekanan yang ditunjukkan di lokasi yang berbeda pada sistem yang sama dalam bar, kpascal, psi. Bagaimanapun, terdapat suatu gerakan awal (yang dinanti-nantikan) terhadap standardisasi Sistem Internasional (SI) satuan-satuan, tetapi akan butuh waktu beberapa lama sebelum hal ini tuntas, sehingga para insinyur akan menjumpai banyak sistem yang tak lazim dalam tahun-tahun mendatang. Tabel 1.1 Perbandingan sistem elektrik, hidrolik dan pneumatik

Sumber energi Penyimpanan energi Sistem distribusi

Biaya energi Aktuator berputar

Aktuator linier

Gaya terkontrol

Beberapa catatan

Elektrik

Hidrolik

Pneumatik

Biasanya dari pemasok di luar Terbatas (baterai) Istimewa, dengan rugi minimum

Motor listrik atau digerakkan diesel Terbatas (akumulator) Terbatas, pada dasarnya fasilitas lokal. Medium. Kecepatan rendah. Kontol baik. Dapat diperlambat

Motor listrik atau digerakkan diesel Baik (reservoir) Baik. Dapat diperlakukan sebagai layanan seluas pabrik Paling tinggi Jangkauan kecepatan lebar. Kontrol kecepatan yang akurat sulit Silinder. Gaya medium.

Paling rendah Motor AC & DC. Kontrol yang baik pada motor DC. Motor AC murah Gerakan pendek lewat solenoida. Bila tidak, lewat konversi mekanik. Mungkin dengan solenoida & motor DC. Rumit untuk keperluan pendinginan Bahaya dari kejutan listrik

Silinder. Gaya sangat besar

Gaya tinggi terkontrol

Gaya medium terkontrol

Kebocoran berbahaya dan tak terlihat. Bahaya kebakaran

Bising



2.3

II-11

Hukum-hukum Dasar Pneumatik Pada pneumatik penerapan hukum dasar yang di gunakan adalah hukum

fisika khususnya mengenai udara yang bertekanan. Dibawah ini adalah beberpa hukum dasar yang digunakan dalam pneumatik, yaitu: 2.3.1 Hukum Pascal Pascal dari Perancis menjelaskan bahwa tekanan yang diberikan pada suatu penampang fluida statis yang berada pada bejana tertutup akan diteruskan ke semua bagian fluida tersebut. Hal ini berlaku juga jika fluida berupa udara bertekanan. Hukum yang dikemukakan ini dikenal sebagai hukum pascal mengenai perpindahan tekanan statis. Adapun hukum pascal dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Persamaan pascal F=PXA Keterangan : F = Gaya yang bekerja

=N

P = Tekanan

= Pa

A = Luas permukaan yang menerima gaya

= m2

Bila sebuah piston terdapat luas luas A dan pada piston lain terdapat luas A2 maka pada bagian piston dengan luas A1, akan menghasilkan gaya F1, sedangkan pada piston dengan luas A2, akan menghasilkan gaya F2, persamaan dari kalimat ini adalah :

P2 =

F1 X F2 A1

atau

P =

F1 F = 2 A1 A 2



II-12

Keterangan : P

= Tekanan yang diteruskan oleh fluida bertekanan :

N/m2

F1

= Gaya pada bidang 1

:

N

F2

= Gaya pada bidang 2

:

N

A1

= Luas penampang bidang 1

:

m2

A2

= Luas penampang bidang 2

:

m2

Pada gambar 2.3.1a Luas penampang A1, lebih kecil dari pada luas penampang A2, demikian juga gaya yang dihasilkan F1, lebih kecil daripada yang dihasilkan F2.

Gambar 2.3.1a Hukum Pascal

Pada gambar 2.3.1b ada tekanan udara yang berasal dari kompresor masuk ke dalam pipa penyambung pada piston A2, akan bergerak. Hal ini merupakan prinsip penggerakan silinder pneumatik. Setelah mengetahui beberapa tekanan udara yang diperlukan dan penggunaan silinder berdiameter tertentu maka dapat diketahui beberapa gaya dorong yang dihasilkan dengan menggunakan rumus Pascal.



II-13

Gambar 2.3.1b Perpindahan Panas

2.3.2 Hukum Boyle R boyle. (1627 – 1691) di Inggris menjelaskan bahwa “Pada keadaan temperatur yang konstan, tekanan pada gas berbanding lurus dengan volumenya “. Adapun hukum Boyle dapat dihitung dengan menggunakan rumus : persamaan Boyle ( konstan ).

⎛V P2 = P1 x ⎜⎜ 1 ⎝ V2

⎞ ⎟⎟ atau ⎠

⎛V ⎞ V2 = P1 x ⎜⎜ 1 ⎟⎟ ⎝ P2 ⎠

Keterangan: P1

= Tekanan absolut awal

:

Pa atau N/m2

P2

= Tekanan absolut akhir

:

Pa atau N/m2

V1

= Volume awal

:

m3

V2

= Volume akhir

:

m3



II-14

Gambar 2.3.2 Hukum Boyle

2.3.3 Hukum Bernouli Konstanta integrasi untuk kerapatan yang konstan menghasilkan persamaan Bernouli gz +

ν2 p + = konst ............................................................................................. (1) 2 ρ

Konstanta integrasi (yang disebut konstanta Bernoulli) pada umumnya berubah dari satu garis aliran ke garis aliran lainnya tetapi tetap konstan sepanjang suatu garis aliran dalam aliran stedi (ajeg), tanpa-gesekan, tak mampu mampat. Pada waktu menerapkan persamaan ini kita memerlukan serta harus mengingat keempat asumsi ini. Masing-masing suku mempunyai dimensi (L/T)2 atau satuan meter-newton per kilogram. m.N m.kg.m / s 2 m 2 = = 2 kg kg s karena 1 N = 1 kg . m/s2. Oleh karena itu, Pers. (1) adalah dalam energi per massa satuan. Bila persamaan ini dibagi dengan g, maka z+

ν2 p + = konst ............................................................................................... (2) 2g γ



II-15

yang dapat ditafsirkan sebagai energi per berat satuan, meter-newton per newton (atau foot-pound per pound). Bentuk ini terutama mudah dipergunakan untuk menggarap soal-soal cairan dengan permukaan bebas. Dengan mengalikan pers. (1) dengan ρ kita memperoleh γz +

ρν 2 + p = konst ............................................................................................ (3) 2

yang mudah dipergunakan untuk aliran gas, karena perubahan ketinggian acapkali tidak penting dan γz dapat dicoret. Dalam bentuk ini masing-masing suku adalah dalam meter-newton per meter kubik, foot-pound per foot kubik, atau energi per volume satuan. Masing-masing suku dalam persamaan Bernoulli dapat ditafsirkan sebagai suatu bentuk energi. Dalam Pers. (1) suku pertama adalah energi potensial per massa satuan. Dalam menunjuk Gb.2.3.3a, kerja yang diperlukan untuk mengangkat W newton setinggi z meter adalah Wz. Massanya W newton adalah W/g/kg; maka dari itu, energi potensialnya dalam meter-newton per kilogram adalah :

Wz = gz W/g

Gambar 2.3.3a Energi Potensial Gambar 2.3.3b Kerja yang dilakukan oleh tekanan yang bekerja terus-menerus FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


II-16

Suku berikutnya, ν2/2, ditafsirkan sebagai berikut. Energi kinetik suatu partikel massa adalah δm 2/2. Untuk membuatnya berdasarkan massa satuan, bagilah dengan δm; jadi, ν2/2 adalah energi kinetik dalam meter-newton per kilogram. Suku terakhir p/ρ, adalah kerja aliran atau energi aliran per massa satuan. Kerja aliran adalah kerja bersih (neto) yang dilakukan oleh elemen fluida terhadap lingkungannya selagi fluida tersebut mengalir. Sebagai contoh, dalam Gb. 2.3.3b, bayangkanlah sebuah turbin yang terdiri dari satuan bersudut yang berputar bila fluida mengalir melaluinya, dengan melakukan torsi pada porosnya. Untuk perputaran yang kecil, jatuh tekanan melintasi sebuah sudu kali luas sudu yang terkena tekanan adalah gaya terahdap rotor. Bila dikalikan dengan jarak dari titik pusat gaya ke sumbu rotor, maka kita mendapat torsi. Kerja elemental yang dilakukan adalah ρ δA ds oleh p δA ds satuan massa fluida yang mengalir; maka dari itu, kerja per massa satuan ialah p/ρ. Ketiga suku energi pers. (3.6.1) disebut energi terseida. Dengan menerapkan Pers. (2) pada dua titik pada suatu garis aliran, maka : z1 +

ν2 p1 ν 12 p + = z2 + 2 + 2 γ 2g γ 2g

atau z1 − z 2 +

p1 − p 2 ν 12 − ν 22 + =0 γ 2g

Persamaan ini menunjukkan bahwa sebenarnya beda energi potensial, eneri aliran, dan energi kinetiklah yang mempunyai arti dalam persamaan tersebut. Jadi



II-17

z1 – z2. tidak tergantung pada datum ketinggian tertentu, karena merupakan beda ketinggian kedua titik itu. Demikain apula, p1/γ - p2/γ ialah beda tinggi tekanan yang dinyatakan dalam satuan panjang fluida yang mengalir dan tidak diubah oleh datum tekanan tertentu yang dipilih. Karena suku-suku kecepatan tidak linear, maka datumnya tertentu.

2.4

Pengadaan Udara Dan Distribusi

Supaya dapat menjamin keandalan pengendalian pneumatik, harus disediakan udara yang kualitasnya memadai. Termasuk didalamnya adalah faktorfaktor sebagai berikut : udara yang bersih, kering, dan tekanan yang tepat. Jika ketentuan-ketentuan ini diabaikan, maka akibatnya adalah keandalan mesin tidak terjamin dan dengan demikian akan menaikkan biaya perbaikan dan penggantian komponen. Udara bertekanan diperoleh dari kompresor, kemudian dialirkan melalui beberapa elemen sampai mencapai pemakai. Tidak menggunakan persiapan udara yang berkualitas baik dan pemilihan komponen yang salah akan mengurangi kualitas. Elemen-elemen berikut harus dipergunakan dalam penyiapan udara bertekanan : ¾ Kompresor udara ¾ Tangki udara ¾ Penyaringan udara dengan pemisah air ¾ Pengering udara ¾ Pengatur-tekanan



II-18

¾ Pelumas ¾ Tempat pembuangan untuk kondensasi

Jenis dan penempatan kompresor turut mempengaruhi kadar partikelpartikel debu, minyak dan air masuk ke daam sistem. Persiapan udara yang kurang baik akan mengakibatkan sering menimbulkan gangguan dan menurunkan daya tahan sistem pneumatik. Berikut adalah gejala-gejala yang tampak : ¾ Keausan yang cepat pada seal dan elemen yang bergerak dalam katup silinder ¾ Katup beroli ¾ Peredam suara yang kotor

Persiapan dilakukan oleh penyaring isap pada pengambilan uara masuk kompresor, disambung seri dengan pengering, penyaring dan pemisah minyak dan air kondensasi. Mereka harus dipilih sesuai dengan tugasnya.

2.4.1 Faktor pemakaian

Karakteristik jumlah konsumsi udara bisa dibatasi untuk kompresor dengan ukuran besar, sesuai dengan bebannya, seperti beban normal menengah dan puncak. Praktisnya telah ditunjukkan bahwa dengan variasi konsumsi udara, beberapa jensi kompresor bisa dipakai untuk penggunaan yang lebih efektif daripada satu kompresor dengan ukuran besar. 75% dari jumlah sesungguhnya bisa diambil sebagai faktor pemakaian untuk pengoperasian bahan menengah. Agar supaya membuat seleksi yang benar, hal ini vital untuk mempunyai daftar semua bagian pemakai yang tersambung ke jaringan kerja udara bertekanan



II-19

bersamaan dengan konsumsi udara rata-rata dan maksimumnya, siklus kerja, dan frekwensi operasinya.

2.4.2 Mengeringkan udara bertekanan

Udara yang dihisap kompresor selalu mengandung uap air. Kadar air ini harus ditekan serendah mungkin. Suhu dan tekanan udara menentukan kadar kelembaban udara. Makin tinggi suhu udara, makin banyak kadar uap air yang dapat diserap. Apabila titik jenuh dari kelembaban udara mencapai 100%, meneteslah air. Jika kondensasi tidak dibuang semua, maka sisanya akan masuk kedalam sistem dan dapat mengakibatkan kerusakan-kerusakan sebagai berikut : ¾ Korosi dalam pipa, katup, silinder, dan elemen-elemen lainnya. Ini akan

menambah biaya pemakaian dan perawatan. ¾ Mencuci pelumas asli pada elemen yang bergerak. ¾ Mengganggu fungsi kontak dari katup. ¾ Mencemarkan dan merusak hal tertentu misalnya pada industri makanan, dan

pengecetan. Oleh karena itu, kandungan air harus dikeluarkan dari udara bertekanan sebelum menyebabkan gangguan; udara harus benar-benar kering.

2.4.3 Pengadaan dan Penyaluran Udara Bertekanan

Udara bertekanan untuk penggunaan pneumatik harus dapat memadai dan memiliki kualitas yang baik.



II-20

Udara dimampatkan kira-kira menjadi 1/7 dari volume udara bebas oleh kompresor dan disalurkan melalui sistem pendistribusian udara. Untuk menjaga kualitas udara yang diterima, peralatan unit pemelihara udara (service unit) harus digunakan untuk mempersiapkan udara sebelum digunakan ke dalam sistem kontrol pneumatik. Kerusakan dalam sistem pneumatik bisa dikurangi jika udara bertekanan dipersiapkan dengan benar. Untuk hal tersebut aspek dibawah ini harus diperhatikan guna untuk mendapatkan udara yang berkualitas. •

Kuantitas udara yang diinginkan harus memenuhi kebutuhan sistem

•

Jenis kompresor yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan sistem

•

Tangki penyimpanan udara yang memadai

•

Persyaratan udara yang bersih

•

Tingkat kelembaban udara yang dapat mengurangi korosi dan lembab

•

Persyaratan udara yang bersih

•

Temperatur udara dan pengaruh lain yang rendah pada sistem

•

Persyaratan tekanan kerja

•

Ukuran katup dan saluran harus memenuhi kebutuhan sistem

•

Pemilihan bahan dan dan kebutuhan sistem harus sesuai dengan lingkungan

•

Tersedianya titik-titik drainase dan saluran buangan pada sistem distribusi

•

Tata letak sistem pendistribusian udara yang sesuai. Disain dari komponen pneumatik direncanakan untuk maskimum operasi

pada tekanan 8 s/d 10 bar (800 s/d 1000 kPa), tetapi dalam praktek dianjurkan beroperasi pada tekanan 5 s/d 6 bar (500 s/d 600 kPa) untuk penggunaan FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


II-21

ekonomis. Memperhatikan adanya kerugian tekanan pada sistem distribusi maka kompresor harus menyalurkan udara bertekanan 6.5 s/d 7 bar, sehingga pada sistem kontrol, tekanan tetap tercapai sebesar 5 s/d 6 bar. Sebuah tangki udara harus dipasang untuk mengurangi faktor turun naiknya tekanan. Biasanya kompresor beroperasi mengisi tangki udara jika dibutuhkan dan tangki berfungsi sebagai cadangan udara untuk jangka waktu tertentu. Hal ini dilakukan guna mengurangi kerja kompresor untuk hidup mati dalam siklus pendek.

Gambar 2.4.3 Sistem pengadaan udara bertekanan

Jika sistem pneumatik membutuhkan oli, maka dibutuhkan peralatan unit pemelihara udara yang terpisah dari yang tidak membutuhkan pelumasan. Adanya kebutuhan udara yang tinggi pada tahapan pemakaian tertentu, maka dibutuhkan sistem distribusi udara yang mampu memberikan jumlah udara yang tinggi dan tekanan yang stabil. Sistem distribusi yang dipakai berupa sistem cincin, karena cara ini dapat meedam pengaruh turun kemiringan 1-2% untuk mengalirkan embun yang menjadi air yang disebabkan proses kondensasi dari kompresor. Jika terjadi tingkat kondensasi yang tinggi maka peralatan pengering FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


II-22

udara harus dipasang dan disesuaikan dengan kualitas udara kering yang dibutuhkan. Proses kondensasi salah satu penyebab kerusakan pada sistem kontrol pneumatik.

2.4.4 Unit pemelihara udara

Unit pemelihara udara terdiri atas : •

Penyaring udara bertekanan

•

Pengatur tekanan udara

•

Pelumas udara bertekanan Kombinasi ukuran dan jenis yang benar dari elemen ini ditentukan oleh

penerapan dan permintaan dari sitem kontrol. Unit pemelihara udara dipasang pada setiap jaringan kerja sistem kontrol untuk menjamin kualitas udara bagi tiap tugas sistem kontrol. 2.4.4.1 Penyaring udara bertekanan

Penyaring udara bertekanan mempunyai tugas memisahkan semua yang mencemari udara bertekenan yang mengalir melaluinya, sebagaimana juga memisahkan air yang telah terkondensasi. Udara bertekanan masuk ke dalam mangkuk penyaringan melalui lubang masukan. Tetes air dan butiran kotoran dipisahkan dari udara bertekanan dengan prinsip sentrifugal dan jatuh ke bagian bawah mangkuk penyaring. Kumpulan air yang ditampung oleh mangkuk penyaring harus dikeluarkan sebelum mencapai batas maksimum yang ditunjukkan oleh mangkuk. Kalau tidak, air ini akan mengalir kembali bersama udara bertekanan kedalam sistem.



II-23

2.4.4.2 Pengatur Tekanan Udara

Kegunaan pengatur adalah untuk menjaga tekanan kerja (tekanan sekunder) relatif konstan meskipun tekanan udara turun naik pada saluran distribusi (saluran primer) dan bervariasinya pemakaian udara.

2.4.4.3 Pelumas udara bertekanan

Kegunaan alat ini untuk menyalurkan oli berupa kabut dalam jumlah yang dapat diatur, lalu dialirkan ke sistem distribusi dari sistem kontrol dan komponen pneumatik yang membutuhkannya.

2.5

Keunggulan dan karakteristik khas dari udara bertekanan

Ketersediaan

:

Udara praktis terdapat dimana-mana dalam jumlah yang tidak terbatas.

Transportasi

:

Udara dengan sangat mudah dapat ditransportasikan melalui pipa saluran sampai jarak yang jauh.

Penyimpanan

:

Udara-bertekanan dari kompresor dapat disimpan dalam

tabung

untuk

dipergunakan,

sehingga

kompresor tidak perlu hidup terus-menerus. Selain itu tangki (botol) penyimpan mudah dipindah-pindah. Temperatur

:

Udara-bertekanan perubahan

relatif

temperatur.

tidak

peka

Hal

ini

terhadap menjamin

pengoperasian yang handal, bahkan dalam kondisi yang ekstrim sekalipun.



Tahan ledakan

:

II-24

Udara-bertekanan tidak mengandung resiko terbakar atau meledak.

Bersih

:

Udara-bertekanan tanpa lubrikasi adalah bersih. Meskipun ada yang keluar (dari kebocoran pipa atau komponen) tidak akan menyebabkan pencemaran terhadap lingkungan. Ini penting sekali dalam industri makanan, kayu, dan tekstil.

Konstruksi

:

Elemen kerja mempunyai konstruksi komponen yang sederhana dengan demikian harganya murah.

Kecepatan

:

Udara bertekanan merupakan media kerja yang cepat. Kecepatan kerja yang tinggi dapat tercapai.

Pengaturan

:

Dengan menggunakan komponen-komponen udara bertekanan, kecepatan dan gaya dapat diatur.

Beban berlebih

:

Perkakas dan elemen pneumatik akan tetap aman terhadap beban berlebih yang diberikan. Peralatan akan berhenti, tanpa ada kerusakan sedikitpun.

Agar dapat lebih cermat menentukan cakupan dari aplikasi pneumatik, tentu harus diketahui pula kekurangan-kekurangannya : Pengadaan

:

Udara-bertekanan harus disiapkan dengan baik untuk mencegah timbulnya resiko keausan komponen pneumatik yang terlalu cepat karena partikel debu dan kondensasi.



Mampu dimampatkan :

II-25

Udara-bertekanan dapat dimampatkan, sehingga tidak mungkin diperoleh kecepatan piston yang teratur dan konstan.

Gaya :

Udara-bertekanan efisien sampai kebutuhan gaya tertentu. Pada tekanan kerja normala antara 6 sampai 7bar (600 – 700kPa) dan kondisi lintasan dan kecepatan tertentu, maka gaya berkisar antara 20.000 sampai dengan 30.000 Newton. Gangguan suara :

Udara buangan menimbulkan suara yang sangat bising. Tetapi masalah ini dapat diatasi secara baik dengan adanya material peredam suara dan silincer. Biaya :

Pemakaian udara bertekanan memerlukan biaya yang relatif mahal Biaya energi yang mahal diompensasi oleh harga komponen yang murah dan prestasi kerja yang tinggi. Dibandingkan dengan bentuk energi yang lain, maka pneumatik perlu dipertimbangkan sebagai alternatif untuk media kendali atau kerja. Penilaian ini mencakup seluruh total sistem mulai dari sinyal input (sensor) melalui bagian kontrol (prosesor) ke peralatan keluaran (aktuator). Semua faktor berikut harus dipertimbangkan yaitu : •

Kebutuhan kerja atau keluaran.

•

Metoda kontrol yang diinginkan.



II-26

•

Sumber daya dan pengetahuan teknik yang memadai

•

Keterpaduan antara sistem yang ada dengan yang akan dipilih.

2.6

Kompresor Udara

Pemilihan jenis-jenis kompresor tergantung dari jumlah udara yang dibutuhkan, tekanan, kualitas, kebersihan dan bagaimana pengeringannya. Satu langkah piston memampatkan udara yang dihisap langkah melalui katup hisap. Udara disalurkan lagi melalui katup pembuangan. Kompresor langkah banyak dipakai karena cocok untuk bidang tekanan yang luas. Untuk memproduksi tekanan yang tinggi, digunakan kompresor multi-tahap. Di sini, udara didinginkan pada setiap tahapan kompresor. Daerah tekanan optimal untuk kompresor langkah : Satu tahap

sampai

400 kPa (4 bar)

Dua tahap

sampai

1500 kPa (15 bar)

Multi tahap

diatas

1500 Kpa (15 bar)

Daerah tekanan yang mungkin dicapai, tetapi tidak selamanya ekonomis dalam pemakaiannya adalah : Satu tahap

sampai

1200 kPa (12 bar)

Dua tahap

sampai

3000 kPa (30 bar)

Multi tahap

diatas

22000 Kpa (220 bar)



II-27

2.6.1 Kompresor Membran

Kompresor membran digunakan pada pemakai yang udara suplainya bebas dari oli, misalnya di dalam industri makanan, farmasi, dan kimia. Di sini, tidak diperlukan pelumasan pada udara bertekanannya.

2.6.2 Kompresor Piston Putar

Pada kompresor ini, udara dimampatkan dengan piston yang berputar dan tekanan udaranya bertambah. Operasinya halus tetapi tekanannya tidak sebesar kompresor langkah dengan multi-tahap. Kompresor aliran menghasilkan volume udara yang banyak dengan penambahan tekanan rendah. Udara dipercepat oleh daun baling-baling kompresor, tetapi penambahan tekanan rendah kira-kira 1,2 kali tekanan masuk per langkah.

2.6.3 Tangki Udara

Tangki menghasilkan tekanan udara yang konstan di dalam sistem pneumatik, tanpa memperhatikan pemakaian yang berubah-ubah. Fungsi yang lain dari tangki adalah sebagai penyediaan udara darurat ke sistem bila tiba-tiba terjadi kegagalan pada sumber.



II-28

Gambar 2.6.3 Tangki Udara

Permukaan tangki yang luas akan mendinginkan udara, sehingga embun dalam udara akan menjadi air. Oleh karena itu, penting pada tangki bagian bawah dipasang kran untuk membuang air kondensasi. Ukuran tangki udara bertekanan tergantung dari : ¾ Volume udara yang ditarik ke dalam kompresor. ¾ Pemakaian udara konsumen. ¾ Ukuran saluran. ¾ Jenis dari pengaturan siklus kerja kompresor. ¾ Penurunan tekanan yang diperkenankan dari jaringan saluran.

2.7

Penyaring udara bertekanan

Pemilihan penyaring udara yang benar memegang peranan yang sangat penting dalam pengadaan udara bertekenan yang bagus kualitasnya untuk sistem. Parameter penyaring udara adalah ukuran porinya. Ukuran pori penyaring



II-29

menunjukkan ukuran partikel-partikel minimum yang dapat disaring dari udara bertekanan. Sebagai contoh elemen penyaring 5 mikron, menyaring semua partikel yang berdiameter lebih besar dari 0,005 mm. Dengan desain yang benar, penyaring udara pun dapat digunakan untuk memisahkan kondensasi dari udara bertekanan. Kondensasi yang terkumpul harus segera dibuang sebelum mencapai batas maksimum yang ditetapkan. Jika tidak, air kondensasi akan masuk kembali ke dalam aliran udara. Bila kondensasi yang dihasilkan besar, sebaiknya dipasang pembuang air secara otomatis pada tempat kran pembuang manual. Pembuang otomatis menggunakan pelampung untuk menentukan batas kondensasi di dalam mangkuk dan bila batas tercapai, piston kontrol membuka kedudukan katup sehingga keluar di bawah tekanan udara saluran. Udara bertekanan masuk ke filter dari kiri ke kanan dan melalui piringan plat di dalam mangkuk filter. Piringan plat menyebabkan aliran udara berputar sehingga partikel debu yang berat dan butiran-butiran air dilempar oleh gaya sentrifugal ke dinding mangkuk filter. Setelah melalui pembersihan awal, udara dengan partikel kotoran yang lebih kecil lewat ke elemen filter untuk disaring. Tingkat penyaringan tergantung dari ukuran pori yang digunakan. Ukuran pori yang umum digunakan adalah antara 5 um dan 40 um. Karakteristik yang penting dari filter udara adalah tingkat penyaringan atau efisiensi, yaitu yang menunjukkan prosentase partikel yang tersaring dari aliran udara. Filter 5 um efisiensinya mencapai 99,99%. Filter harus diganti setelah bekerja dalam waktu lama dan dengan pengotoran yang berat. Dalam kondisi



II-30

tersebut terjadi penurunan tekanan yang menjadikan tingginya ketidakseimbangan dan filter menjadi energi pembuang. Saat yang tepat untuk mengganti elemen filter dengan jalan mengontrol atau mengukur perbedaan tekanan. Elemen filter seharusnya diganti atau dibersihkan, jika perbedaan tekanan mencapai 40-60 kPa (0,4 – 0,6 bar). Perawatan filter tergantung dari keadaan udara dan jumlah komponenkomponen yang dipasang. Pekerjaan perawatan meliputi : •

Melepas atau membersihkan elemen filter.

•

Pembuangan air kondensasi. Jika melakukan pembersihan, spesifikasi dari pabrik pembuatnya harus

diperhatikan terutama tentang bahan pembersih. Banyak bahan pembersih yang tidak cocok untuk mangkuk filter (misalnya trichloroethylene). Bahan erseut akan menyebabkan retak atau getasnya mangkuk filter. Yang cocok adalah dengan menggunakan air sabun sedikit hangat dengan sikat yang lunak agar tidak menggores. Elemen filter ditiup dengan arah yang berlawanan dengan arah aliran normal.

2.8

Pengatur Tekanan

Udara bertekanan yang dibangkitkan oleh kompresor akan berfluktuasi. Pengatur tekanan terpusat dipasang untuk menjamin agar saringan udara bertekanan menjadi stabil tekanannya. Perubahan tekanan dalam sistem pipa dapat berdampak negatif pada sifat kontak katup, langkah silinder dan sifat waktu dari katup kontrol aliran dan katup memori.



II-31

Tekanan konstan adalah prasyarat agar operasi kontrol pneumatik bebas dari kesalahan. Untuk mendapatkan tekanan yang konstan, pengatur tekanan dipasang sealiran dengan filter udara dan mempunyai kegiatan yaitu menjaga kestabilan tekanan tanpa memperhatikan fluktuasi tekanan atau pemakaian udara dalam sistem. Tekanan udara seharusnya disesuaikan dengan kebutuhan masing-masing instalasi. Tekanan pada sistem, yang telah dibuktikan praktis secara ekonomi maupun teknis antara pengadaan udara bertekanan dan efisiensi komponen adalah: •

6 bar pada bagian tenaga

•

4 bar pada bagian kontrol Tekanan yang terlalu tinggi membawa energi yang tidak efisien dan

menambah pemakaian, sedangkan tekanan rendah membuat efisiensi rendah terutama pada bagian tenaga. Tekanan masukan harus lebih tinggi daripada tekanan keluaran. Tekanan diatur oleh membran. Tekanan keluar mengaktifkan satu sisi membran, dan pegas mengaktifkan sisi yang lain. Gaya pegas dapat diatur oleh sekrup pengatur. Jika tekanan keluaran bertambah, membran bergerak melawan gaya pegas sehingga lubang keluaran pada dudukan katup akan mengecil atau menutup. Oleh karena itu, tekanan dapat diatur melalui volume udara yang lewat.

2.8.1 Pengatur Tekanan Tanpa Lubang

Katup pengatur tekanan tanpa lubang adalah yang cocok secara komersial. Dengan katup ini tidak cocok untuk membuang udara bertekanan yang berlebihan



II-32

yang disebabkan oleh beban yang tiba-tiba. Jika tidak ada udara yag keluar ke atmosfir,maka tekanan naik dan menekan membran melawan peas kompresi. Oleh karena itu, pegas kompresi menggerakkan baang katup ke bawah, dan aliran udara tertutup. Udara dapat kembali mengalir bila udara pada sisi sekunder keluar. Bila tekanan bertambah, membran bergerak melawan gaya pegas menyebabkan lubang keluaran pada dudukan katup mengecil atau menutup. Oleh karena itu, tekanan diatur oleh volume udara yang lewat.

Gambar 2.8.1 Pengatur tekanan tanpa relief



II-33

2.8.2 Penyetelan dan Pengaturan

Pengatur tekanan dapat disetel antara batas nol dan tekanan pada saluran kompresor. Untuk mendapatkan tekanan yang tinggi dilakukan dengan cara menambah tekanan pegas kompresi. Unit pelayanan udara merupakan gabungan : •

Filter udara

•

Pengatur udara dan manometer

•

Pelumas udara Berikut hal-hal yang harus diperhatikan dalam unit pemeliharaan :

•

Besarnya unit pemeliharaan ditentukan oleh besarnya harga aliran udara (m3/h). Harga aliran udara yang terlalu tinggi mengakibatkan susutnya tekanan dalam peralatan menjadi besar pula. Oleh sebab itu, keterangan pabrik mutlak harus diperhatikan.

•

Tekanan kerja jangan melampaui harga yang tercantum pada unit pemeliharaan. Suhu lingkungan tidak boleh lebih tinggi dari 50oC (nilai maksimal untuk mangkuk plastik).

2.8.3 Perawatan Unit Pelayanan Udara

Pekerjaan servis berikut harus dilaksanakan secara teratur : •

Filter udara : Batas kondensat harus dikontrol secara teratur, sebab batas yang tampak pada kaca pemeriksa, tidak boleh terlampui. Kalau terlampaui mengakibatkan kondensat yang sudah terkumpul terisap lagi ke dalam saluran udara. FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


II-34

Kondensat yang sudah terlalu banyak dapat dibuang melalui kran pembuangan pada kaca periksa. Selanjutnya, pelindung filter pun harus selalu dikontrol dan kalau perlu dibersihkan. •

Pengatur tekanan udara : Ini tidak memerlukan servis, kecuali kalau filter udara dipasang di depan.

•

Pelumas udara : Disini pun penunjuk keadaan penuh, harus dicek pada kaca periksa dan bila perlu ditambahkan oli. Hanya oli mineral yang boleh dipakai. Filter plastik dan mangkuk oli tidak boleh dibersihkan dengan trikloretilin.

2.9

Distribusi Udara

Untuk menjamin distribusi udara yang handal dan lancar, beberapa hal harus diperhatikan. Ukuran pipa yang benar sama pentingnya seperti halnya bahan yang digunakan, tahanan sirkulasi, susunan pipa dan pemeliharaan. 2.9.1 Ukuran Pipa Saluran

Untuk instalasi baru, kemungkinan perluasan jaringan harus diperhitungkan. Oleh sebab itu, saluran utama harus dibuat lebih besar daripada tuntutan sistem yang sebenarnya. Dalam kaitan ini pula, disarankan untuk memasang penutup katup tambahan. Di semua pipa, timbul penyusutan tekanan akibat tahanan sirkulasi, terutama pada penyempitan, tikungan (bengkokan), percabangan dan sambungan pipa. Penyusutan ini harus diberi kompensasi oleh kompresor. Turunnya tekanan di seluruh jaringan, jangan sampai lebih besar dari besar dari 0,1 bar.



II-35

2.9.2 Hambatan Aliran

Untuk menghitung penurunan tekanan, harus diketahui panjang pipa secara keseluruhan. Untuk pipa sambungan, percabangan dan tikungan harus ditentukan sama dengan equivalen panjang pipa. Penentuan diameter dalam yang benar bergantung pula pada tekanan kerja dan jumlah udara yang disalurkan dari kompreosr, dan sebaiknya dihitung dengan bantuan sebuah nomogram. Bahan Pipa Sistem udara tekan modern memerlukan pipa yang memiliki sifat-sfiat khusus. Pipa ini harus menjamin : •

Kecilnya penyusutan tekanan

•

Bebas dari kebocoran

•

Daya tahan dari korosi

•

Kemungkinan perluasan Pipa plastik dapat dipertimbangkan karena harga bahannya juga biaya

pemasangan yang paling rendah. Pipa plastik dapat disambung rapat seratus persen dengan menggunakan bahan perekat dan juga dapat diperluas dengan mudah. Sebaliknya, harga pipa tembaga dan pipa baja memang lebih rendah, tetapi dalam penyambungan perlu disolder, dilas atau dengan sambungan ulir. Jika pekerjaan ini tidak dilaksanakan dengan cermat, maka bisa saja terjadi sedimen dari pengelasan, endapan, atau bahan perapat terbawa masuk ke dalam sistem. Ini dapat mengakibatkan gangguan yang serius. Untk diameter kecil dan menengah,



II-36

pipa plastik lebih unggul dari semua bahan lainnya dari segi harga, pemasangan, servis dan kemungkinan perluasan.

2.9.3 Tata Letak Pemipaan

Ukuran, kualitas dan tata letak pipa yang benar, adalah faktor penting dalam penentuan sistem udara bertekanan yuang ekonomis dan handal. Seringkali terjadi bahwa pemakaian pada peralatan pemakai, naik dalam waktu yang singkat. Hal ini membuat kondisi yang tidak baik pada jaringan udara bertekanan. Oleh karena itu, seharusnya jaringan udara bertekanan dibuat dalam bentuk melingkar. Saluran utama melingkar menjamin konsisi tekanan yang konstan. Perubahan tekanan di dalam jaringan menuntut pemasangan pipa yang baik untuk menjaga agar kebocoran pada sambungan yang diulir dan di solder tidak terjadi. Untuk kemudahan perawatan, perbaikan atau penambahan saluran tanpa mengganggu keseluruhan sistem jaringan, sebaiknya dibagi ke dalam beberaa bagian yang dapat ditutup oleh katup “buka-tutup”. Pencabangan dengan “T” dan terminal saluran dengan penghubung, membuat peralatan pemakai dari air kondensasi dari saluran utama, saluran pencabangan harus diletakkan ke atas. Meskipun pemisahan air dalam sistem pembangkit tekanan berjalan baik, penurunan tekanan dan pendingin-luar dapat menghasilkan kondensat dalam pipa sistem. Supaya kondensat ini dapat dibuang, saluran harus diletakkanpada arus dengan kemiringan 1-2%. Saluran ini dapat pula dipasang bertahap. Kemudian kondensat dapat dibuang pada titik terendah melalui pembuang air.



II-37

Katup kotrol arah (KKA) dapat berupa sebagai sensor, pengolah atau pengontrol aktuator. Jika KKA digunakan sebagai pengontrol gerakan silinder maka dia masuk grup aktuator bagian elemen kontrol. Jika sebagai elemen pengolah maka masuk digrup prosesor atau sensor. Perbedaan fungsi biasanya berdasarkan cara pengoperasiannya dan bergantung pada letak KKA di dalam gambar rangkaian.



BAB III PERENCANAAN ALAT

3.1

Proses Perencanaan Proses perencanaan yang akan dilakukan tidak jauh-jauh dari batasan yang

telah dikemukakan penulis pada bab I yaitu data teknis dari model alat pemasang ban dengan system pnuematik seperti rangka, motor Dc, kompresor, Plc, dan lainlain. Berdasarkan teori yang didapat di buku dan pelajaran yang didapat pada saat kuliah, pada saat pembuatan dan pengerjaan alat akan mengalami sedikit perbedaan dari hasil perhitungan dan penggunaan komponen mesin yang dipakai oleh alat tersebut, tetapi nilai yang diambil adalah nilai yang mendekati hasil dari perhitungan dan perencanaan itu sendiri.

III-1



III-2

3.1.1 Fungsi Alat Alat ini berfungsi untuk memasang ban pada mobil-mobil mainan, dan dalam pemasangan ban ini semua peralatan dikendalikan dengan PLC (Program Logic Control) dan serba otomatis sehingga kita hanya menekan tombol yang telah disedikan maka alat ini akan segera meresponnya.

3.1.2 Landasan Alat Pada alat pemasangan dengan system pneumatic ini untuk landasan alat di gunakan besi hollow 20x20mm, selain besi hollow juga digunakan papan kayu digunakan sebagai alas atau penopang peralatan dan komponen pneumatic lainya, plat-plat besi tersebut disambung dengan menggunakan las listrik. Besi ini dipilih karena dalam proses pengelasan lebih mudah dan sesuai dengan kebutuhan karena besi cukup kuat menahan beban yang berat. Seangkan untuk dudukan silinder pneumatic menggunakan papan kayu yang telah dibaut dengan rangka, yaitu dengan ketebalan 12 mm, papan ini dipilih karena selain kuat juga mudah didapat dan harganya juga relative murah. Papan kayu ini memiliki kekeuatan yang cukup untuk menerima beban yang diberikan oleh silinder pneumatik. Pada landasan debrikan plat untuk dudukan rangka hal ini dilakukan untuk memudahkan untuk memindahkan alat tersebut, selain hal itu plat ini juga dapat dengan mudah mendapatkan perlakuan pengeboran.



III-3

3.2 Kerangka Utama Kerangka utama berfungsi untuk menghubungkan seluruh system, pada kerangka utama menempel seluruh system. Karena fungsinya yang sangat penting maka kerangka utama ini memiliki beberapa kriteria yaitu : ¾ Mampu menahan seluruh gaya dan beban yang ada. ¾ Memiliki mekanisme penyambungan yang mudah dan baik dengan seluruh system. ¾ Dapat dilakukan perakitan dengan mudah. Dalam perencanaan dan perhitungan metalurgi pada logam dasar akibat panas dari operasi pengelasan diabaikan. Data yang diperlukan untuk proses perhitungan adalah sebagai berikut : ¾ Panjang pelat

l

= 900 mm = 90 cm

¾ Lebar pelat

b

= 600 mm = 60 cm

¾ Tebal pelat

t

= 20 mm

¾ Tegangan lentur maksimum

σb

= 350 N/mm2

¾ Tegangan geser yang diijinkan

τ

= 262,5 N/mm2

Tabel 3.1 Tegangan yang dijinkan untuk sambungan las Bare Electrode Type of weld 1. Filled Welds (all type) 2. Butt Welds - Tension - Compression - Shear

Steady load (N/mm2) 790

900 1000 550

Covered Electrode

fatique load (N/mm2) 210

350 350 210

steady load (N/mm2) 210

1100 1250 700

fatique load (N/mm2) 350

550 550 350



III-4

3.2.1 Tegangan Pada Batang Rangka Perhitungan kekuatan rangka dilakukan untuk mengetahui titik beban yang sesuai pada rangka dengan beranggapan : ¾ Beban terbagi rata dan profil rangka berbentuk siku. ¾ Semua gaya yang bekerja dianggap vertical. ¾ Bahan rangka yang digunakan sama kuat dalam hal tarikan.

3.2.2 Berat Yang Harus Ditumpu Oleh Rangka Dalam perencanaan rangka ini diharapkan rangka mampu menumpu beban yang terdapat diatas rangka yang terdiri dari berbagi komponen antara lain : Motor DC, Plc, Silinder longdress, dan Kendaraan sample yang akan dipasang ban dan Ban itu sendiri, adapun berat masing masing komponen adalah sebagai berikut: ¾ Berat kendaraan sample dengan jumlah 4 buah dengan berat setiap kendaraannya adalah 10 g. ¾ Berat silinder longdress 100 g dan terdapat 3 buah silinder longdress yang digunakan. ¾ Plc terdapat sebuah Plc dengan berat 10 g ¾ Ban dengan berat 10 g, terdapat kira-kira 10 ban dalam boks yang harus ditumpu oleh rangka.



III-5

3.2.3 Pengukuran dan Pemotongan Pada pembuatan alat ini ada beberapa komponen yang mendapatkan perlakuan pemotongan, hal ini dimaksudkan untuk agar komponen sesuai dengan yang dibutuhkan. Pemotongan dilakukan ada yang menggunakan mesin pemotong logam dan pelat tetapi untuk mendapat model sesuai dengan yang dinginkan maka digunakan mesin pemotong untuk mempercepat proses pengerjaan dan tenaga yang dipergunakan. Adapun komponen yang mendapatkan perlakuan pemotongan ini antara lain adalah : ¾ Besi hollow 20 x 20 mm diukur sesuai dengan kebutuhan dan dipotong menggunakan mesin pemotong menurut ukuran yang diinginkan untuk membuat rangka landasan. ¾ Pelat

alumunium 3 mm dan 4 mm yang digunakan untuk panel

dan

mounting. ¾ Kayu setebal 12 mm digunakan sebagai landasan alat. ¾ Seng setebal 0,1 mm digunakan sebagi tutup panel. ¾ Alumunium siku 15x15 mm digunakan untuk mounting alat.

Gambar 3.2.3 Foto Rangka alat FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


III-6

3.2.4 Perlakuan Pengelasan Perlakuan pengelasan dilakukan untuk menyambung antara komponen yang satu dengan komponen yang lainnya. Proses ini menggunkan mesin las listrik bukan las karbit, dengan demikian akan didapatkan kualitas penyambungan yang baik. Jenis sambungan yang banyak dilakukan adalah sambungan sudut (filled weld). Proses pengelasan dilakukan untuk menyambung antara besi hollow satu dengan yang lainnya yang diperuntukan sebagai rangka dan frame alat. Penyambungan antara pelat sebagai tahanan dan dudukan konveter mobil, silinder longdress, dan dudukan panel lainnya. Proses pengelasan dilakukan untuk menyambung antara besi hollow yang satu dengan yang lainnya yang diperutukan untuk menyambung pelat tersebut sehingga terbentuk frame.

Gambar 3.2.4 Perlakuan las



III-7

3.2.5 Perlakuan Bubut Pada proses ini dilakukan pembubutan dengan menggunakan mesin bubut memanjang pada permukaan. Pada saat melakukan perlakuan bubut ini (bubut permukaan, putaran mesin bubut sebesar 1020 rpm dengan pemakain feeding 0,2 mm/rev. Proses pembubutan dilakukan pada permukaan dan diameter nillon yang akan digunakan sebagai roda pada model kendaraan yang akan digunakan sebagai alat peraga. Pembubutan ini dilakukan untuk dapat menciptakan hasil yang diinginkan dan lebih baik.

3.2.6 Perlakuan Pengeboran Perlakuan pengeboran dilakukan untuk membuat lubang pada pelat yang digunakan untuk dudukan silinder longdress, pembuatan jalur selang-selang pneumatic. Lubang yang dibuat digunkan untuk memasukan baut-baut, sebelumnya ada beberapa lubang yang lebih dulu ditap ntuk membuat alur. Pengeboran dilakukan dengan kecepatan putar sebesar 380 rpm dan feeding 0,18 mm/rev dan jarak pemakanan 11 mm.



III-8

Gambar 3.2.6 Perlakuan pengeboran

3.2.7 Pemasangan Mur dan Baut Baut yang digunakan pada alat ini menggunakan berbagi macam jenis baut yang memiliki berbagai ukuran tergantung dari pada elemen mesin yang hendak diikat dengan baut dan mur. Pada rancangan ini baut digunakan sebagai penyambung komponenkomponen elemen mesin dengan rangka. ¾ Penyambungan antara longdress dengan rangka. ¾ Penyambungan antara pelat siku dengan rangka. ¾ Penyambungan antara dudukan ban dengan model kendaraan ¾ Penyambungan antara seng dengan control panel. ¾ Penyambungan antara konveter dengan landasan kayu. ¾ Penyambungan antara kayu dengan rangka.



III-9

Gambar 3.2.7 Baut dan Mur

3.2.8 Rivet Paku rivet adalah paku batang pendek yang berbentuk silinder dengan kepala yang bulat. Dengan bagaian silinder paku keling atau badan dan menurunkan bagian tulang yang dikenal dengan bagian bawah mata paku, paku rivet ini digunakan secara permanen, diikat antara pelat seperti dalam pengerjaan tangki dan ketel uap, dan dalam pembuatan model alat pemasang ban dengan system pneumatic ini paku rivet digunakan sebagai penyambung antara plat seng penutup panel dengan rangka. Paku rivet ini biasanya terbut dari baja, kuningan, alumunium dan sebagainya. Dan paku rivet yang digunakan pada model alat ini adalah paku rivet jenis alumunium. Akan tetapi jika pertimbangan zat cair yang digunakan melalui pipa secara bersama maka paku rivet berbahan baja yang



III-10

digunakan, akan teteapi pada model alat ini tidak berhubungan dengan air maupun zat cair, dan tidak mementingkan factor kekuatan yang di utamakan serta memperhitungkan efisiensi maka pada model alat ini digunkan paku rivet berbahan alumunium. Istilah –istilah yang berhubungan denga paku rivet dan informat adalah sebagai berikut : a. Pitch/luncur b. Puncak diagonal c. Punggung paku d. Garis tepi Meskipun paku rivet dirancang sedemikian rupa akan tetapi tentu saja terdapat kekurangan dan kelemahan dari paku rivet diantaranya adalah sebagai berikut : a. Sering terjadi pembasahan pada pelat. b. Dari bawah pelat yang dirivet pun sering terjadi kebocoran yang terjadi hingga didalam control panel. c. Terjadi pembakaran rivet Fungsi dari paku rivet adalah untuk mendapatkan kekuatan material yaitu antara pelat seng dengan rangka, dengan kata lain pku rivet disini digunakan untuk menempelkan plat seng terhadap rangka yang berfungsi sebagai panel control. Adapun spesifikasi umum dari paku rivet yang digunakan adalah sebagai berikut :



III-11

1. kepala rivet umum dengan diameter dibawah 12 mm menunjuk pada IS : 2155-1962 2. kepala rivet umum dengan diameter dari 12 mm – 48 mm, menunjuk pada IS : 1929 – 1961. 3. kepala rivet untuk ketel uap diameter dari 12 mm – 48 mm menunjuk pada IS 1928 -1961. Sedangkan pada model alat pemasang ban ini paku rivet berdiamater 12mm yang digunakan, ini merujuk pada efektifitas dan efesiensi dari pada alat pemasang ban ini.

3.3 Motor DC Motor pengerak yang digunakan adalah jenis motor DC dengan menggunakan gear box, yang mempunyai spesifikasi : perbandingan gigi, trafo dan tegangan yang digunakan pada motor dc tersebut. Motor listrik dapat diklasifikasikan secara kasar atas Motor Induksi dan Motor Sinkron. Motor Induksi mempunyai factor daya dan daya efisien lebih rendah daripada Motor Sinkron. Arus motor induksi juga sangat besar, namun hanya mencapai daya sampai 60 KW. Motor induksi banyak dipakai karena harganya relative murah dan pemeliharaannya mudah. Motor induksi terdapat dalam dua jenis, yaitu jenis sangkar bajing ( Squirel Cage ) dan jenis rotor lilitan (Wound rotor).



III-12

Pada akhir-akhir ini motor jenis sangkar bajing banyak digunakan karena pemeliharaannya sangat mudah.

Gambar 3.3 Motor DC Sedangkan pada pembuatan model alat pemasang ban ini kita menggunakan motor DC dengan menggunkan gear boks yang mempunyai prinsip kerja sebagi berikut segulungan kawat yang dialiri arus listrik dan ditempatkan didalam suatu medan magnet, akibat gulungan kawat ini akan menghasilkan suatu medan magnet yang mengakibatkan perputaran antara medan magnet bertolak belakang. Adapun spesifikasi dari motor DC yang kita gunakan adalah sebagai berikut: ¾ Perbandingan gigi : 1 : 35 ¾ Tegangan

: 10 – 24 volt

¾ Trafo

: 1 ampere, T:0, 3 – 12 volt

Cara kerja motor DC ini sangat lah sederhana yaitu dengan arus mengalir kekoil melalui sikat-sikat yang selalu berhubungan dengan komutator yang ditekan oleh pegas, aliran arus pada koil akan menghasilkan medan magnet yang



III-13

berlawanan dengan medan magnet dari stator, sehingga menyebabkan koil berputar secara berlawanan, apabila arus tetap mengalir kearah semula, koil akan tetap diam diposisi vertical. Setelah berputar 90 derajat, akibatnya komutator akan menyebabkan aliran arus yang mengalir melalui koil berbalik kearah semula. Dan begitu seterusnya siklus yang terjadi didalam motor DC.

3.4

Pengertian Sistem Pneumatik Sistem pneumatik atau suatu sistem yang memampatkan udara yang di

mampatkan yang diambil dari sekitarnya, kemudian udara mampat tersebut digunakan untuk menghasilkan suatu kerja atau tenaga. Hal ini dimungkinkan karena udara menyimpan hampir seluruh tenaga yang digunakan untuk memampatkannya atau memasukannya secara paksa 1. Dalam bidang industri pneumatik digunakan dalam berbagai ragam peralatan dengan berbagai variasi tekanan udara sesuai dengan kebutuhan kontruksi pabrik. Dalam kehidupan sehari-hari pneumatik banyak kita jumpai pada bengkel-bengkel kendaraan seperti untuk pengeboran atau pelepasan mur roda, serta penyemprot cat, selain itu juga dapat kita lihat pada rem kendaraan sistem suspensi kendaraan dan sebagainya. Komponen pneumatik biasanya digunakan dalam sistem otomatisasi dan pada berbagai proses produksi dalam suatu industri. Komponen tersebut memungkinkan

dilakukannya

otomatisasi

pada

proses

produksi

seperti

pengolahan bahan, pembuatan komponen mesin, pemasangan dan pengepakan



III-14

disamping itu proses produksi yang dilaksanakan secara manual pun sering menggunakan peralatan pneumatik untuk sistem kontrol dan keselamatan kerja. Pada sistem pneumatik mutlak dibutuhkan alat atau mesin untuk mendapatkan udara atau gas yang dikompresor. Kompresor tersebut mengisap udara dari atmosfir, Kemudian dimampatkan dan disimpan dalam tabung atau tangki udara untuk penggunaan selanjutnya 4. Apabila kompresor digunakan untuk mengisap udara atau gas untuk menghasilkan tekanan yang lebih tinggi dari tekanan atmosfir, disebut kompresor penguat ( booster ) sedangkan yang bekerja sebaliknya disebut vakum. Sistem pneumatik sederhana terdiri dari kompresor, katup pneumatik serta tabung pneumatik atau aktuator seperti diagram berikut :

Gambar 3.4 Sistem Pneumatik Sederhana Jadi pada dasarnya pneumatik merupakan suatu hal yang membahas mengenai udara yang bergerak. Keadaan dan syarat keseimbangan udara pada perkembangan industri, udara di hisap dengan menggunakan pompa khusus yang FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


III-15

disebut kompresor dan di mampatkan dari tekanan normal ( 0,98 bar ) sampai tekanan lebih tinggi ( 8-15 bar ) masuk kedalam sebuah rangkaian pneumatik. Udara mampat digunakan dengan cara mengalirkan udara yang bertekanan tersebut melalui rangkaian untuk menggerakan aktuator. Jika motor kompresor yang dipakai menggunakan tenaga listrik maka tenaga yang dihasilkan adalah tenaga listrik 4. Adapun hal-hal yang harus diperhatikan dalam konstruksi teknik pneumatik adalah: 1. Perkembangan kecepatan melalui penampang pipa jalan. 2. Pengaruh panjang dan kekasaran dingin pipa atas hambatan aliran gas. 3. Mengurangi hambatan aliran gas pada suatu benda secara garis besar pembagian pneumatik adalah sebagai berikut: ¾ Adapun pembagian teknis. a. Pneumatik adalah penyerahan gaya dan energi mekanik seperti: mesin produksi dan peralatan pengangkutan. b. Pneumatik kendali dan penyatuan adalah teknik pengolahan sinyal dan data seperti: pengerjaan cermat dengan menggunakan PLC. ¾ Menurut tenaga kerja. a. Tekanan yang sangat rendah

( 1,001-1,1 bar )

b. Tekanan rendah

( 1,2-2 bar )

c. Tekanan tinggi

( 2-8 bar )

d. Tekanan sangat tinggi

( 8-15 bar )

¾ Menurut bidang penggunaan. a. Penyerahan kerja gaya dan kerja mekanik



III-16

1. Pergerakan kerja gaya dan kerja mekanik 2. Menyetel dan menempatkan seperti rem. b. Pengangkutan, seperti: pesawat angkat. c. Pengolahan sinyal dan pengolahan data. 1. Elemen pemasuk dan keluar data, seperti: alat penunjuk dan pencatat pada PLC 2. Elemen pengolah data, seperti: tabung hitung analog.

3.5 Rangkaian Pneumatik Sebelum tahun 1950 pneumatik telah banyak digunakan sebagai media kerja dalam bentuk energi tersimpan. Era tahun 1950 kebutuhan sensor dan prosesor berkembang sejalan dengan kebutuhan penggerak. Perkembangan ini membantu operasi kerja yang dikontrol dengan menggunakan sensor untuk mengukur kondisi mesin. Perkembangan sensorm, prosesor dan actuator memungkinkan munculnya berbagai system pneumatic. Sejalan dengan munculnya system tersebut berbagai komponen terus dikembangkan baik berupa perubahan material, prosses manufaktur, dan proses desainnya. Silinder pneumatic banyak dipakai sebagai penggerak linier, karena harganya yang relative murah, mudah dipasang, sederhana dan konstruksi yang kokoh serta mudah diperoleh dalam bebagai ukuran dan langkah kerja. Karakteristik umum dari silinder pneumatic adalah sebagai berikut : a. Diameter

: 6 sampai 320 mm

b. Panjang langkah : 1 sampai 2000 mm



c. Gaya

III-17

: 2 sampai 50.000 N

d. Kecepatan piston : 0.02 sampai 1 m/s Permukaan bumi ini ditutupi oleh mantel udara. Udara adalah campuran gas yang terdiri atas senyawa Nitrogen 78 % dan senyawa Oksigen 21%. Sisanya adalah campuran karbondioksida, argon, hydrogen, neon, helium, krypton, dan xenon. Adapun hal-hal yang berhubungan dengan pneumatic adalah sebagi berikut : 3.5.1 Tekanan 1 pascal sama dengan tekanan vertical sebesar 1 N pada bidang 1 m2 dan 100 KPa sama dengan 143 psi. Karena segala sesuatu dibumi ini menerima tekanan yaitu tekanan absolute atmosfir (pat), maka tekanan ini tidak bisa dirasakan. Pada umumnya tekanan atmosfir dianggap sebagai tekanan dasar, sedangkan yang bervariasi (akibat penyimpangan nilai) adalah (tekanan ukur = pg, tekanan vakum = pv ). Sebagaimana umumnya gas udara juga tidak mempunyai bentuk yang khusus. Bentuknya mudah berubah karena tahanannya kecil, dan udara akan berubah bentuk sesuai dengan tempatnya. Udara dapat dimampatkan dan selalu berusaha untuk mengembang. Udara bertekanan untuk penggunaan pneumatic harus dapat memeadi dan memiliki kulaitas yang baik. Kerusakan dalam sitem pneumatic dapat dikurangi jika udara bertekanan dipersiapkan dengan benar. Adanya kebutuhan udara yang tinggi pada tahapan pemakaian tertentu dibutuhkan system distribusi uadara yang mampu memberikan jumlah udara yang tinggi dan tekakan yang stabil pula.



III-18

Kombinasi ukuran dan jenis yang benar dari elemen ini ditentukan oleh penerapan dan permintaan dari system control. Unit pemeliharan udara bertekanan dipasang disetiap jaringan kerja system control untuk menjamin kualitas udara bagi tiap tugas system control. Unit pemilihan udara terdiri atas : 1. Pengatur tekanan udara. Kegunaan untuk menjaga tekanan kerja (tekanan sekunder) relative konstan meskipun tekanan turun naik pada saluran distibusi ( aluran primer) dan bervariasinya pemakain udara. 2. Pelumasan udara bertekanan Kegunaan alat ini untuk menyalurkan oli berupa kabut dalam jumlah yang yang dapat diatur, lalu dialirkan kesistem distribusi dari sitem control komponen pneumatic yang membutuhkannya. 3. Penyaring udara bertekanan Penyaring udara bertekanan mempunyai tugas memisahkan semua udara yang bertekanan yang mengalir melaluinya, sebagaimana juga memisahkan air yang telah terkondensasi. Udara bertekanan masuk kedalam kedalam mangkuk penyaring melalui lubang masukan. Tetesan air dan butiran kotoran dipisahkan dari udara bertekanan dengan prinsip sentrifugal dan jatuh kebagian bawah mangkuk penyaring. Kumpulan air yang ditampung aleh mangkuk penyaring harus dikeluarkan sebelum mencapai batas maksimum yang ditunjukan oleh manguk. Kalau tidak air ini akan mengalir kembali bersama udara bertekanan kedalam system.



III-19

Pada dasarnya udara bertekanan harus kering dan bebas dari minyak. Untuk beberapa komponen udara berlubrikasi adalah merusak yang lain, tetapi komponen daya, lubrikasi justru sangat diperlukan. Lubrikasi dari udara bertekanan seharusnya dibatasi pada bagian tertentu. Jika lubrikasi diperlukan. Untuk hal yang diperlukan minyak khusus, minyak terbawa udara kompresor tidak cocok bila digunakan untuk lubrikasi komponen system control. Masalah yang sering terjadi dengan lubrikasi yang berlebihan adalah : 1. Gangguan pada komponen yang terlubrikasi secara berlebih. 2. Polusi lingkungan 3. Pengaratan terjadi setelah komponen diam dalam waktu yang lama 4. Kesulitan didalam pengaturan lubrikasi yang tepat. Walaupun hal tersebut diatas adalah masalah, tetapi lubrikasi juga dibutuhkan pada hal-hal berikut yaitu gerakan bolak-balik yang sangat cepat dan silinder berdiamater besar ( 125 mm keatas), lubricator seharusnya dipasang langsung dekat dengan silinder. Pemilihan penyaringan udara yang benar memegang peranan yang sangat penting dalam pengadaan udara bertekanan yang bagus kualitas sistemnya. Parameter penyaring udara adalah ukuran porinya. Ukuran pori penyaring menunjukkan ukuran pertikel – partikel minimum yang dapat disaring dari udara bertekanan. Tekanan konstan adalah prasyarat agar operasi control pneumatic bebas dari kesalahan. Untuk mendapatkan tekanan yang konstan, pengatur tekanan dipasang



III-20

sealiran dengan filter udara dan mempunyai kegiatan yaitu menjaga kestabilan tekanan tanpa memperhatikan fluktasi tekanan atau pemakaian udara dalam system. Tekanan udara seharusnya disesuaikan dengan kebutuhan masing – masing instalasi.

3.6

Komponen Pneumatik

3.6.1 Penghasil dan Distribusi Udara Dalam bidang indusrti, pemakain kebutuhan akan udara semakin hari udara semakin bertambah. Oleh karena itu, udara yang diperlukan harus memenuhi syarat kualitas yang baik. Demikian pula udara yang bertekanan yang digunakan dalam system pneumatic harus memedahi, yaitu berada dalam keadaan kering, bebas dari minyak, bebas dari debu, bahkan kadang-kadang harus bebas dari kuman (steril). Agar dapat menghasilkan udara mampat pada system pneumatic maka udara bertekanan yang memedahi tersebut harus mengandung energi kalor dalam bentuk suhu yang lebih tinggi dan dalam bentuk kalor terikat. Sedangkan dalam motor udara mampat (pemakaian udara mampat ) akan menghasilkan energi muaian dari gas yang memuai (energi termis) dan energi aliran dari udar mampat yang dihasilkan tersebut sering kali menjadi lebih unggul dari pada bentuk energi lainnya. Kompresor adalah penyedia udara bertekanan kesemua unit pneumatic, dan kompresor dapat juga berfungsi untuk mengisi tangki atau tabung udara dan



III-21

sebagai cadangan udara dalam jangka waktu tertentu. Bagian utama dari kompresor terdiri dari motor dan tabung udara. Supaya dapat menjamin keaandalan pengendalian pneumatic, harus disediakan udara yang kualitasnya memadai. Factor-faktor yang termasuk didalamnya adalah udara yang bersih, tekanan yang tepat, dan kering. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam mempertimbangkan pemakaian udara mampat adalah sebagai berikut : ¾ Berapa harga yang harus dikeluarkan ? Jika dibandingkan dengan cara lain dalam pengangkutan tenaga dan gaya (mekanik dan hidroulik) pengerak pneumatic banyak memberikan keuntungan antara lain yaitu dapat memperbesar hasil kerja angkut seperti pada model alat pemasang ban ini. ¾ Dalam menyiapkan udara mampat proses pneumatic terdiri dari beberapa komponen antara lain : 1.

Kompresor udara.

2.

Distribusi udara

3.

Peralatan pendukung

3.6.2 Kompresor Udara Udara yang berada diatmosfir dimanfaatkan dengan cara dihisap oleh kompresor, kemudian dialirkan melalui beberapa komponen pneumatic yang lain sehingga menjadi sumber tenaga penggerak actuator, kompresor udara ini cocok untuk kebutuhan kecil dan untuk tekanan pemempatan tinggi. Sedangkan pada



III-22

kompresor piston sangat cocok untuk model alat pemasang ban ini, berdasarkan tekanan kerja, kapasitas dan cara menggerakan pada umumnya kompresor yang digunakan adalah jenis piston/torak.

3.6.2.1 Kompresor Piston/Torak Kompresor piston menghisap udara masuk kedalam ruang silinder melalui katup masuk (katup hisap) yang biasanya terbuka secara otomatis, kemudian kompresor piston memampatkan udara yang berada didalam silinder tersebut sehingga udara mampat terdorong kesaluran mampat melalui katup keluar (katup mampat) yang juga terbuka secara otomatis Kompresor piston tergantung dari kebutuhan akan kapasitas aliran udara, untuk kebutuhan akan tekanan udara yang relative tinggi maka silinder yang dirancang dengan susunan seri sedangkan utuk kebutuhan akan kapasitas aliran udara yang besar maka silinder dirancang dengan susunan parallel. Kompresor piston dapat menghasilakan tekanan tinggi tidak terbatas dengan kapasitas terbatas. Hal tesebut dengan asumsi bahwa ledakan dapat dicegah dengan pembentukan konstruksi. Keuntungan dari

kompresor piston hamper

tidak memerlukan perbaikan meskipun ada beberapa komponen pneumatic yang saling berhubungan dan bergerak. Terdapat banyak jenis kompresor dipasaran seperti : kompresor torak, kompresor piston rotary, dan kompresor alir. Dalam pembuatan alat pemasang ban dengan system pneumatic ini digunakan kompresor dengan tipe kompresor torak tunggal dengan spesifikasi sebagai berikut :



¾ Tekanan

:

8 kg/cm2

¾ Power

:

1,5 KW = ¾ Hp

¾ Cap

:

6,2 Cfm = 175 £/min

III-23

Dalam kompresor terdapat beberapa bagian antara lain : a. Pressure regulator yang berfungsi sebagai petunjuk besarnya tekanan yang terdapat pada kompresor. b. Pressure regulator berfungsi untuk mengatur tekanan udar pada kompresor agar tekakan konstan sebelum masuk kompresor.

3.6.3 Distribusi Udara Distribusi udara/penyalur fungsinya sangat penting agar udara dapat mengalir dan silinder kerja ganda dapat bekerja sesuai dengan yang kita inginkan, rangkaian pneumatic memiliki peranan yang sangat penting untuk mengalirkan udara bertekanan dan mengatur kerja rangkaian. Pada system pneumatic ini terdiri dari beberapa bagian yaitu :

3.6.3.1 Katup Kontrol Katup control disi berfungsi sebagai pengontrol gerak bolak-balik dari piston juga untuk mengatur debit udara yang masuk kedalam actuantor dengan memperbesar dan memperkecil luas penampang saluran yang akhirnya mempengaruhi kecepatan gerakan actuantor dan rangkaian pneumatic. Katup ini bisa dipotong tersendiri dalam rangkaian atau langsung pada saluran actuantor.



III-24

Pada pembuatan model alat pemasang ban ini valve yang digunakan adalah jenis valve yang menggunakan dua buah katup 5/2 yang bekerja untuk mempengaruhi atau mengatur jalan atau lintasan yang diambil oleh aliran udara, terutama saat start stop arah aliran. Valve 5/2 single solenoid dengan spring return memiliki satu untuk kompresor sebagai sumber udara mampat dan dua buah saluran R1 dan R2 menuju limit swit kemudian kedua belah saluran berikutnya A dan B diteruskan menuju silinder kerja ganda (double acting).

Gambar 3.6.3.1 Katup Kontrol Katup Satu Arah dan Turunannya



III-25

3.6.3.1.1 Katup Kontrol Kecepatan (adjustable throttle valve) Katup kontrol kecepatan adalah penghambat aliran selain itu katup ini juga dilengkapi dengan sebuah katup check menutup dan mengeluarkan aliran udara pada arah aliran yang akan mengatur kecepatan kerja silinder. Sehingga dengan demikian hanya bisa mengalir melalui penampang yang telah diatur pada arah berlawanan, udara bisa mengalir secara bebas melalui katup check yang terbuka, selain bisa dipergunakan sesuai fungsi masing-masing juga bisa dikembalikan penggunaannya untuk tujuan atau fungsi tertentu.

Gambar 3.6.3.1.1 Katup kontrol kecepatan

3.6.3.2 Togle Togle disini berfungsi sebagai elemen sinyal untuk menghubungkan dan memutuskan aliran udara. Togle mempunyai peranan yang sangat penting, udara keluar dari kompresor dapat dihentikan dan dihentikan melalui togle. Rangkaian pneumatic dapat berjalan dan berhenti dengan adanya togle ini.



III-26

Gambar 3.6.3.2 Tampak Depan Katup Togle

3.6.3.3 Selang Selang disini berfungsi sebagai penghantar aliran udara dari kompresor, hingga silinder kerja ganda dapat bekerja. Selang tersebut membutuhkan kurang lebih 10 m dan berdiameter luar 5mm dan diameter dalam 3mm, dar yang dibawa masuk ke selang dari kompresor menuju rangkian pneumatic sampai silinder kerja ganda dapat mengeluarkan actuator sesuai dengan yang diiginkan.

Gb. 3.6.3.3 Selang



III-27

3.6.3.4 Nepel Komponen disini memiliki peranan yang sangat penting dalam pemasangan selang dari kompresor menuju rangkaian pneumatik guna mengalirkan udara bertekanan, udara dapat dikeluarkan setelah udara mencapai volume yang diinginkan, komponen yang dipakai oleh penulis adalah : Pada alat pneumatik ini berfungsi untuk menyambung selang ukuran 6 mm ke benda kerja yang sudah terpasang diplat. Penyambung yang kita gunakan sangat ada 3 jenis, dua buah penyambung bentuk L yang berfungsi sebagai penyambung selang kesilinder, dua buah penyambung bentuk T yang berfungsi sebagai penyambung selang dari power menuju valve dan diteruskan ke limit switch dan penyambung bentuk lurus yang berfungsi menyambung dari selang menuju selang atau selang ke benda kerja seperti valve, limit switch dan katup start.

Gb. 3.6.3.4 Nepel



III-28

Gb. 3.6.3.4 Tampak Depan Nepel

3.7

Peralatan Pendukung Selain peralatan pengadaan dan distribusi udara, rangkaian pneumatic yang

kompleks juga membutuhkan peralatan – peralatan lainnya. peralatan tersebut antara lain : 3.7.1 Aktuator Aktuator adalah yang mengubah energi supply menjadi energi kerja yang bisa dimanfaatkan. Actuator yang digunakan dalam system pneumatic dapat menghasilkan berbagai macam jenis output, tergantung dari kebutuhan dan jenis penerapannya. Dalam model alat pemasang ban ini digunakan actuator gerak lurus (gerak linier).

3.7.2 Silinder kerja ganda Prinsip silinder kerja ganda sama dengan silinder keraj tunggal. Denga perbedaan pada gaya mengembalikan piston keposisi awalnya. Silinder jenis ini FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


III-29

tidak lagi menggunakan pegas pengembali, sebagai gantinya dibuat lubang penghubung di kedua ujungnya. Bila udara bertekanan dimasukan melalui lubang dibagian belakang tekanan udara tersebut bekerja pada permukaan piston dan menghasilkan gaya, gaya ini menggerakan piston sesuai arah tekanan udara dibagian depan torak aan keluar melalui libang di bagian depan silinder. Demikian sebaliknya kalau udara bertekanan masuk melalui lubang depan, piston akan kembali ke dalam silinder dan udar dibelakang piston keluar melalui lubang belakang. Keuntungan dari penggunaan silinder jenis ini dapat melakukan kerja mekanis dua arah gerakan, baik bekerja dorong maupun kerja tarik. Spesifikasi yang terdapat pada silinder kerja ganda harus sesui dengan kebutuhan. Dengan demikian tidak terjadi kekurangan atau kelebihan daya. Pengertian silinder kerja ganda adalah gaya yang didorong oleh udara mengerakan silinder kerja ganda dalam dua arah, gaya tertentu bekerja pada kedua gerakan maju dan mundur.

Gambar 3.7.2 Silinder kerja ganda



III-30

3.7.3 Sensor Photoelektrik Sensor photoelektrik adalah sensor yang bekerja mempergunakan sarana cahaya. Sebuah sumber cahaya akan mengeluarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Bagian penerima akan menerima cahaya tersebut secara langsung ataupun melalui pantulan. 3.7.3.1 Photoelektrik Retroreflektif Pada sensor photoelektrik tipe retroeflektif sumber cahaya dan penerima hanya menjadi satu tetapi penerima hanya dapat menerima cahaya yang dipantulkan pada sudut tertentu oleh cermin khusus. Cermin khusus tersebut diberikan bersama photoelektrik yang bersangkutan. Apabila cahaya tidak diterima oleh penerima maka sensor ini akan aktif. Jarak lensa terhadap sensor tergantung jenis dan besar lensa serta spesifikasi sensor.

Gb. 3.7.3.1 Sensor Photoelektrik Retroreflektif

3.7.3.2 Photoelektrik Ganda (Through Beam) Sumber pemancar (Tx) cahaya dan penerima (Rx) terpisah diletakkan berhadapan. Sensor ini merupakan sensor yang terjauh jarak jangkauannya. Bila objek lewat memotong jalur maka sensor aktif. Jarak antara pemancar dan



III-31

penerima tergantung karakteristik tersebut serta pengaturan sensitifitas yang diatur oleh operator. Bentuk objek fidik ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gb. 3.6.3.2 Sensor Photoelektrik Ganda

3.7.4 Selenoid (Direction Control Valve Selenoid) Selenoid adalah sebuah penggerak yang berupa kumparan kawat yang melingkari sebuah batang besi, dan akan menghasilkan gaya medan magnet jika didalam kumparan kawat tersebut dialiri tegangan listrik. Sehingga batang besi yang berada didalam kumparan tersebut akan menjadi bersifat magnet selama tegangan listrik masih mengalir dalam lilitan kumparan kawat. Karena batang besi tersebut sudah bersifat magnet, sehingga dapat menarik benda yang terbuat dari besi juga yang berada tepat diatas kumparan tersebut. Dalam hal ini memiliki sifat Normaly Close. Yang berarti pada kondisi awalnya pintu telah tertutup apabila solenoid tersebut dialiri arus listrik, karena medan magnet menarik pintu besi. Selenoid akan terbuka apabila arus listrik terputus.

P I N T U

P I N T U

Kumparan dengan inti besi lunak Gambar 3.7.4 Penampang Selenoid



BAB IV PERHITUNGAN

4.1

Proses Pneumatik

4.1.1 Kompresor Dalam proses pneumatik disini kompresor bekerja mengalirkan udara dari luar menuju ke sistem. Kompresor memiliki dua aliran, yaitu : 1. Saluran in Yaitu saluran yang digunakan untuk menghisap udara dari luar masuk ke kompresor. 2. Saluran out yaitu saluran yang digunakan untuk mengalirkan udara dari dalam kompresor yang telah mengalami kompresi untuk keluar masuk dalam sistem.

IV-1


IV-2


4.1.2 Valve Valve memiliki lima saluran yang fungsinya : 1. Saluran tenaga atau power biasanya disimbolkan dengan angka 1 atau huruf P. Saluran power merupakan saluran tenaga yang dihasilkan oleh kompresor yang digunakan oleh sistem. 2. Saluran kerja terdiri dari 2 saluran yang biasanya disimbolkan dengan angka 2 dan 4 atau hurup A dan B. Saluran kerja merupakan saluran yang digunakan udara untuk sirkulasi ke aktuator. 3. Saluran pembuangan terdiri dari dua saluran yang biasanya disimbolkan dengan angka 3 dan 5 atau huruf R dan S. Saluran pembuangan atau saluran yang digunakan untuk pembuangan udara hasil proses dari sistem.

4.1.3 Silinder Ganda Pada silinder ganda memiliki dua saluran yaitu : 1. Saluran yang membuat batang piston keluar atau out. 2. Saluran yang membuat batang piston masuk atau in.

4.2

Data teknik yang diperlukan dalam perhitungan Untuk menentukan kerja sistem diperlukan data/variabel pendukung yang

telah diketahui, berikut ini adalah data-data teknik yang telah diketahui : Silinder I -

Tipe

= AMRGH 10 – 200 W

-

Jenis gerakan

= Double acting


IV-3


-

Diameter dalam (D) = 10 mm = 0,01 m

-

Langkah kerja (L)

= 200 mm = 0,2 m

-

Efisiensi piston

= 0,9

Silinder II -

Tipe

= CDM 2B 20 – 50

-

Jenis gerakan

= Double acting

-


-

Langkah kerja (L)

= 50 mm = 0,05 m

-

Efisiensi piston

= 0,9

Silinder III -

Tipe

= CDM 2B 20 – 50

-

Jenis gerakan

= Double acting

-


-

Langkah kerja (L)

= 50 mm = 0,05 m

-

Efisiensi piston

=1

Silinder IV -

Tipe

= CDYIS10H – 150B

-

Jenis gerakan

= Double acting

-


-

Langkah kerja (L)

= 150 mm = 0,15 m

-

Efisiensi piston

= 0,7

Silinder V -

Tipe

= ADRM 16 – 20


IV-4


-

Jenis gerakan

= Double acting

-


-

Langkah kerja (L)

= 20 mm = 0,02 m

-

Efisiensi piston

= 0,7

Silinder VI -

Tipe

= AMRGH 15 – 10 W

-

Jenis gerakan

= Double acting

-


-

Langkah kerja (L)

= 10 mm = 0,01 m

-

Efisiensi piston

= 0,7

Silinder VII -

Tipe

= CDYIS10H – 150B

-

Jenis gerakan

= Double acting

-


-

Langkah kerja (L)

= 150 mm = 0,15 m

-

Efisiensi piston

= 0,7

Tekanan Maksimum, (p) = 3 x 105 N/m2 Daya kompresor, (P)

= 573 Watt

Temperatur udara

= 27 oC

4.3

Analisa dan Pengolahan Data Dalam mengolah data-data yang telah diketahui penulis akan menampilkan

langkah perhitungan pada tiap-tiap silinder.


IV-5


4.3.1 Perhitungan Pada Silinder I - Tipe

= AMRGH 10 – 200 W

- Jenis gerakan

= Double acting

- Diameter dalam (D)

= 10 mm = 0,01 m

- Langkah kerja (L)

= 200 mm = 0,2 m

- Efisiensi piston

= 0,9

¾ Luas permukaan silinder I

A=

A=

π 4

π 4

4

D2 (0,01) 2 = 7,85 x 10-5 m2

¾ Kecepatan alir fluida 2

v=

P A× p

v=

573 = 24,33 m/s 7,85 × 10 −5 × 3 × 10 5

¾ Bilangan Reynold 2

Re =

vDρ

μ

Dari tabel sifat-sifat udara didapatkan ρ

= 1,1774 kg/m3

µ = 1,1846 x 10-5 kg/m.dtk FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


IV-6

Sehingga, Re =

(24,33)(0,01)(1,1774) = 15,51627 x 103 −5 1,1845 × 10

Aliran yang terbentuk adalah turbulen, maka f =

0,316 0,316 = = 0,0283 Re 15516,27

¾ Head loss 2 hf = f

L v2 D 2g

h f = 0,0283

0,2 (24,33) 2 0,02 2(9,81)

h f = 17,08 m

¾ Konversi head loss menjadi pressure loss

p = ρgh f p = (1,1774)(9,81)(17,08) p = 197,28 N/m2

4.3.2 Perhitungan Pada Silinder II

- Tipe

= CDM 2B 20 – 50

- Jenis gerakan

= Double acting


= 20 mm = 0,02 m

- Langkah kerja (L)

= 50 mm = 0,05 m FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


- Efisiensi piston

IV-7

= 0,9

¾ Luas permukaan silinder II

A=

A=

π 4

π 4

D2

(0,02) 2 = 3,14 x 10-4 m2

¾ Kecepatan alir fluida

v=

P A× p

v=

573 = 6,08 m/s 3,14 × 10 − 4 × 3 × 10 5

¾ Bilangan Reynold

Re =

vDρ

μ

Dari tabel sifat-sifat udara didapatkan ρ = 1,1774 kg/m3 µ = 1,1846 x 10-5 kg/m.s Sehingga, Re =

(6,08)(0,02)(1,1774) = 7,75495 x 103 1,1845 × 10 −5


0,316 0,316 = = 0,0337 Re 7754,95 FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


IV-8

¾ Head loss hf = f

L v2 D 2g

h f = 0,0337

0,05 (6,08) 2 0,02 2(9,81)

h f = 0,159 m


p = ρgh f p = (1,1774)(9,81)(0,159) p = 1,836 N/m2

4.3.3 Perhitungan Pada Silinder III

- Tipe

= CDM 2B 20 – 50

- Jenis gerakan

= Double acting


= 20 mm = 0,02 m

- Langkah kerja (L)

= 50 mm = 0,05 m

- Efisiensi piston

=1

¾ Luas permukaan silinder III

A=

A=

π 4

π 4

D2

(0,02) 2 = 3,14 x 10-4 m2



IV-9


v=

P A× p

v=

573 = 6,08 m/s 3,14 × 10− 4 × 3 × 105

¾ Bilangan Reynold

Re =

vDρ

μ


(6,08)(0,02)(1,1774) = 7,75495 x 103 1,1845 × 10 −5


0,316 0,316 = = 0,0337 Re 7754,95

¾ Head loss L v2 hf = f D 2g h f = 0,0337

0,05 (6,08) 2 0,02 2(9,81)

h f = 0,159 m


IV-10



p = ρgh f

p = (1,1774)(9,81)(0,159) p = 1,836 N/m2

4.3.4 Perhitungan Pada Silinder IV

- Tipe

= CDYIS10H – 150B

- Jenis gerakan

= Double acting


= 10 mm = 0,01 m

- Langkah kerja (L)

= 150 mm = 0,15 m

- Efisiensi piston

= 0,7

¾ Luas permukaan silinder IV

A=

A=

π 4

π 4

D2

(0,01) 2 = 7,85 x 10-5 m2


v=

P A× p

v=

573 = 24,33 m/s 7,85 × 10 −5 × 3 × 10 5



IV-11

¾ Bilangan Reynold

Re =

vDρ

μ

Dari tabel sifat-sifat udara didapatkan: ρ = 1,1774 kg/m3 µ = 1,1846 x 10-5 kg/m.dtk Sehingga, Re =

(24,33)(0,01)(1,1774) = 15,51627 x 103 −5 1,1845 × 10


0,316 0,316 = = 0,0283 Re 15516,27

¾ Head loss hf = f

L v2 D 2g

0,15 (24,33) 2 h f = 0,0283 0,01 2(9,81)

h f = 12,81 m


p = ρgh f p = (1,1774)(9,81)(12,81) p = 147,93 N/m2



IV-12

4.3.5 Perhitungan Pada Silinder V

- Tipe

= ADRM 16 – 20

- Jenis gerakan

= Double acting


= 16 mm = 0,016 m

- Langkah kerja (L) = 20 mm = 0,02 m - Efisiensi piston

= 0,7

¾ Luas permukaan silinder V

A= A=

π 4

π 4

D2

(0,016) 2 = 2,01 x 10-4 m2


v=

P A× p

v=

573 = 9,50 m/s 2,01 × 10 − 4 × 3 × 10 5

¾ Bilangan Reynold

Re =

vDρ

μ

Dari tabel sifat-sifat udara didapatkan ρ = 1,1774 kg/m3 µ = 1,1846 x 10-5 kg/m.s FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

IV-13


Sehingga, Re =

(9,5)(0,016)(1,1774) = 9,69368 x 103 −5 1,1845 × 10


0,316 0,316 = = 0,0318 Re 9693,68

¾ Head loss hf = f

L v2 D 2g

h f = 0,0318

0,02 (9,5) 2 0,016 2(9,81)

h f = 0,183 m


p = ρgh f p = (1,1774)(9,81)(0,183) p = 2,11 N/m2

4.3.6 Perhitungan Pada Silinder VI

- Tipe

= AMRGH 15 – 10 W

- Jenis gerakan

= Double acting


= 15 mm = 0,015 m

- Langkah kerja (L) = 10 mm = 0,01 m FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA


- Efisiensi piston

IV-14

= 0,7

¾ Luas permukaan silinder VI

π

A=

4

π

A=

4

D2

(0,015) 2 = 1,77 x 10-4 m2


v=

P A× p

v=

573 = 10,79 m/s 1,77 × 10 − 4 × 3 × 10 5

¾ Bilangan Reynold

Re =

vDρ

μ


(10,79)(0,015)(1,1774) = 10,32186 x 103 1,1845 × 10 −5


0,316 0,316 = = 0,0314 Re 10321,86 FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

IV-15


¾ Head loss hf = f

L v2 D 2g

h f = 0,0314

0,01 (10,79) 2 0,015 2(9,81)

h f = 0,124 m


p = ρgh f p = (1,1774)(9,81)(0,124) p = 1,432 N/m2

4.3.7 Perhitungan Pada Silinder VII

- Tipe

= CDYIS10H – 150B

- Jenis gerakan

= Double acting


= 10 mm = 0,01 m

- Langkah kerja (L) = 150 mm = 0,15 m - Efisiensi piston

= 0,7

¾ Luas permukaan silinder IV

A=

A=

π 4

π 4

D2

(0,01) 2 = 7,85 x 10-5 m2



IV-16


v=

P A× p

v=

573 = 24,33 m/s 7,85 × 10 −5 × 3 × 10 5

¾ Bilangan Reynold

Re =

vDρ

μ


(24,33)(0,01)(1,1774) = 15,51627 x 103 1,1845 × 10 −5


0,316 0,316 = = 0,0283 Re 15516,27

¾ Head loss L v2 hf = f D 2g h f = 0,0283

0,15 (24,33) 2 0,01 2(9,81)

h f = 12,81 m



IV-17


p = ρgh f

p = (1,1774)(9,81)(12,81) p = 147,93 N/m2



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Pada Perancangan model alat pemasang ban dengan sistem pneumatik ini menggunakan dasar perancangan dari buku dasar perancangan teknik mesin, teori ini digunakan sebagai dasar dari perancangan model alat pemasang ban dengan sistem pneumatik. Dengan menggunakan teori ini pemilihan varian yang terbaik dilakukan, sehingga perancangan akan mendapatkan hasil yang terbaik. Dari perencanaan dan pembuatan maka dapat disimpulkan beberapa point diantaranya : Model alat pemasang ban tenaga pneumatik yang penulis buat buat menggunakan 7 silinder.

V-1



V-2

¾ Silinder I sebagai pendorong mobil dengan : -

Luas = 7,85 x 10-5 m2

-

Kecepatan aliran (v) = 24,33 m/s

-

Bilangan Reynold (Re) = 15,51627 x 103

-

Aliran yang terbentuk adalah turberlen karena Re > 2500 dan alirannya 0,0283

-

Head loss (hf) = 17,08 m

-

Konversi head loss (p) = 197,28 N/m2

¾ Silinder II sebagai press mobil dengan : -

Luas = 3,14 x 10-4 m2

-


-


-


-


-


¾ Silinder III sebagai pendorong ban dengan : -

Luas = 3,14 x 10-4 m2

-


-




-

V-3


-

Head loss = (hf) 0,159 m

-


¾ Silinder IV sebagai pendorong baut dengan : -

Luas = 7,85 x 10-5 m2

-


-


-


-


-


¾ Silinder V sebagai penurun penjepit dengan : -

Luas = 2,01 x 10-4 m2

-


-


-


-

Head loss = (hf) 0,183 m

-




V-4

¾ Silinder VI sebagai penjepit dengan : -

Luas = 1,77 x 10-4 m2

-


-


-


-


-


¾ Silinder VII sebagai pembawa lengan dengan : -

Luas = 7,85 x 10-5 m2

-


-


-


-


-




V-5

Tabel 5.1 Rekapitulasi hasil perhitungan No

Silinder

Variabel I

II

III

IV

V

VI

VII

1.

Kecepatan

24,33

6,08

6,08

24,33

9,50

10,79

24,33

2.

Bil. Reynold

15516

7754,95

7754,95

15516,2

9693,68

10321,8

15516,27

3.

Koefisien

0,028

0,0337

0,0337

0,0283

0,0318

0,0314

0,0283

4.

Head loss

17,08

0,159

0,159

12,81

0,183

0,124

12,81

5.

Pressure loss

197,2

1,836

1,836

147,93

2,11

1,432

147,93

30

25

2 4 .3

2 4 .3

2 4 .3

Kecepatan aliran m/s

20

15

1 0 .7

10

9 .5

6 .0 8

6 .0 8

5

0 1

2

3

Jumlah4Silinder

5

6

7

Grafik Kecepatan aliran fluida pada tiap-tiap silinder



0.035

0.0337

V-6

0.0337 0.0318

0.03

0.0283

0.0314

0.0283

0.0283

Koefisien gesek

0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 1

2

3

4 5 Jumlah silinder

6

7

Grafik Koefisien gesek pada tiap-tiap silinder 20 17.08 15

Head Loss m

12.81

12.81

10

5

0.159

0 1

2

0.183

0.159 3

4

5

0.124 6

7

Jumlah silinder

Grafik Head Loss pada tiap-tiap silinder



V-7

250

Pressure Loss N/m2

200

197.28

147.93

150

147.93

100

50

1.836

0 1

2

1.836 3

2.11 4

5

1.432 6

7

Jumlah silinder

Grafik Pressure Loss pada tiap-tiap silinder

5.2 Saran Dalam perancangan ini tentunya masih terdapat banyak kekurangankekurangan. Untuk itu kami ingin mempelajari lebih jauh lagi untuk mengembangkan ide sehingga dapat menyempurnakannya. Dari hasil pembuatan model alat pemasang ban dengan sistem pneumatik ini terdapat beberapa saran dari kami antara lain : 1. Penambahan ukuran untuk penampangan ban, karena untuk saat ini diantrian ban hanya terdapat dua buah ban dengan keadaan standby. 2. Peletakan

baut

dengan

menggunakan

sistem

robotic

atau

dengan

penampungan antrian baut seperti pada antrian ban. Dan untuk penempatan mobil dapat menggunakan crane.



V-8

3. Motor pemutar baut lebih baik menggunakan motor listrik variable yang dilengkapi dengan speed control, sehingga kecepatan sedemikian rupa atau dengan kata lain kecepatan dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. 4. Perlu penambahan sistem keamanan, yaitu sensor yang dapat mendeteksi objek diluar mesin (manusia) pada point-point tertentu, misal : pada stasiun press, pada lengan penjepit, mesin kerja itu sendiri menggunakan pressure switch, dimana mesin dapat bekerja meskipun tekanan dibawah standar. 5. Perlu penambahan emergency stop untuk memastikan mesin apabila mesin terjadi kerusakan, ini dimaksudkan untuk lebih mengefisienkan waktu kerja.


Daftar Pustaka

DAFTAR PUSTAKA

1.

Crosser P. Pneumatik Tingkat Dasar. Festo Didactic. Jakarta. Edisi I. 1994

2.

Jeppson, Roland W. Analysys of Flow in Pipe Net Work. Ann Arbor Science Publishers Inc. Michigan. 1982.

3.

Khurmi. R.S dan Gupta. JK, “A Text Book Machine Design”, Eurasia Publishing House, New Delhi, 1980.

4.

Krist. Thomas, “Dasar-dasar Pneumatik” Erlangga. 1993.

5.

Martin, George H. Kinematika & Dinamika Teknik. Terjemahan Setiyobakti. Edisi Kedua. Erlangga. Jakarta. 1985.

6.

Omron “Teori Of Sensor & Basic PLC ”, P.T Kharisma Pandulima Elektronika, Jakarta.

7.

Parr Andrew. Hidrolika dan Pneumatika. Edisi Kedua. Erlangga. Jakarta. 2003.

8.

Patient. Peter.Et.Al. “Pengantar Ilmu Teknik Penumatika” Cetakan Perta Gramedia, Jakarta, 1985.

9.

Prijono. Arko, Streeter. Viktor L, Wyle. Benjamin. E “Mekanika Fluida” 1999, Erlangga, PT. Gelora Aksara Pratama.

10.

Sullivan, James A. Fluid Power. Reston Publisher Company Inc. Virginia. 1982.

11.

Widartho. S, “Petunjuk Kerja Las” PT. Pradnya Paramita, Jakarta,1992.


TUGAS AKHIR. Analisa Hidrolik Mengenai Aliran Fluida Pada Model Alat Pemasang Ban Tenaga Pneumatik

Recommend Documents