MESIN PRES HIDROLIK UNTUK LIMBAH KERTAS
MESIN PRES HIDROLIK UNTUK LIMBAH KERTAS TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin JurusanTeknik Mesin
Diajukan oleh : A.DADANG KURNIAWAN NIM : 085214008 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2012
PAPER WASTE HYDRAULIC PRESS MACHINE FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain the SarjanaTeknik degree Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department by
A.DADANG KURNIAWAN Student Number:085214008 SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2012
INTISARI
Kertas banyak digunakan dalam kehidupan manusia sehari-hari dalam bentuk buku, koran, majalah, hingga kemasan. Hal ini mendorong munculnya banyak industri serta usaha yang menggunakan kertas sebagai bahan dasarnya. Industri- industri tersebut akan banyak menyisakan limbah yang berupa sisa-sisa potongan kertas. limbah kertas ini dapat didaur ulang kembali menjadi bahan dasar pembuatan kertas yang baru. Oleh karena itu perlu dibuat sebuah mesin untuk membantu pengusaha pengepresan kertas. Salah satu mesin yang perlu dibuat adalah mesin pres hidrolik. Oleh karena itu penelitian ini ditujukan untuk membuat mesin pres hidrolik sederhana untuk memadatkan limbah kertas dan mengetahui hubungan tekanan pengepresan dan kerapatan hasil pengepresan limbah kertas.
Mesin pres hidrolik ini digunakan untuk mengepres limbah kertas. Metode penelitian yang dilakukan dengan cara mengepres limbah kertas menggunakan mesin pres dan diatur tekanan pres sampai tujuh variasi. Data yang diambil dalam penelitian ini adalah tekanan yang diterima bahan, tinggi kertas pada saat dipres dan ditahan selama 2 menit serta tinggi kertas setelah piston dinaikkan.
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui nilai kerapatan dari pengepresan limbah kertas. Hal ini dapat dilihat dari percobaan yang telah dilakukan dengan berat kertas 2 kg dan tekanan terukur yang diberikan 90 kg/cm
2
maka dihasilkan nilai kerapatan (densitas) posisi piston mengepres selama 2 menit 0,484 kg/dm
3
, dan kerapatan (densitas) posisi piston dinaikan 0,162 kg/dm
3 .
Kata Kunci : Limbah kertas, Mesin pres hidrolik, tekanan dan kerapatan.
KATA PENGANTAR
Puji syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus dan Allah Roh Kudus karena berkat karunia dan kasihNya Tugas Akhir ini dapat penulis selesaikan dengan baik. Kiranya tanpa kekuatan dariNya Tugas Akhir ini tidak akan selesai pada waktunya.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir ini dilaksanakan dalam rangka memenuhi syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Berkat bimbingan, dukungan dan nasihat dari berbagai pihak, akhirnya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Rines, M.T., sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir.
2. Bapak Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., dan Bapak Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., selaku Dosen pembimbing akademik yang terdahulu dan sekarang.
4. Segenap staf karyawan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
5. Bapak M.Sumaryanto dan ibu Yustina Murni Sejati selaku orang tua penulis, karena kebaikan dan kerendahan hati memberikan semangat pada penulis, serta semua keluarga penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6. Bapak Tono yang telah membantu dalam pembuatan mesin hidrolik ini.
7. Rekan sekelompok saya, yaitu Gani Purwanto, Wasis Indra Wisesa, Dionisius Sri Maryanto dan Edward Yonathan yang telah membantu dalam pembuatan, perbaikkan alat dan pengambilan data.
viii
8. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam penulisan Tugas Akhir ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan, kritik dan saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga tugas Akhir ini dapat bermanfaat baik bagi penulis maupun pembaca.
Yogyakarta, 10 Agustus 2012
Penulis
DAFTAR ISI
4 2.2. Massa, Tekanan, dan Gaya .....................................................................
8 2.8. Pompa Hidrolik ......................................................................................
7 2.7. Rugi - rugi Energi Akibat Gesekan .........................................................
7 2.6. Persamaan Kontinuitas ...........................................................................
6 2.5. Prinsip Perpindahan Tekanan .................................................................
5 2.4. Perpindahan Gaya Hidrolik .....................................................................
4 2.3. Hukum Pascal .........................................................................................
4 2.1. Definisi Hidrolik ....................................................................................
HALAMAN JUDUL ............................................................................... i TITLE PAGE ......................................................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. iii DAFTAR DEWAN PENGUJI ................................................................ iv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ..................................... v
3 BAB II DASAR TEORI .................................................................................
2 1.4. Batasan masalah ..................................................................................
2 1.3. Manfaat penelitian ..............................................................................
1 1.2. Tujuan Penelitian .................................................................................
1 1.1. Latar Belakang ....................................................................................
ISTILAH PENTING ......................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xiv
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................
INTISARI ......................................................................................................... vi
LEMBAR PERNYATAN PERSETUJUAN PUBLIKASI.................... .......... vii
KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii
DAFTAR ISI .................................................................................................... x
9
2.9. Efisiensi Pompa ......................................................................................
35
4.2.2. Cairan yang dibutuhkan pompa .............................................
47 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................
47 5.2 Saran ..........................................................................................................
47 5.1 Kesimpulan ................................................................................................
44 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..........................................................
42
4.4.2. Grafik hubungan antara kerapatan dan tekanan pres .............
42
4.4.1. Grafik untuk mengetahui selisih tinggi kertas .......................
39 4.4. Grafik Hasil Perhitungan .....................................................................
38 4.3. Hasil Perhitungan .................................................................................
38
4.2.6. Perhitungan kerapatan .............................................................
37
4.2.5. Perhitungan Volume ..............................................................
37
4.2.4. Daya motor yang dibutuhkan ..................................................
36
4.2.3. Kecepatan piston pada saat turun dan naik ............................
35
4.2.1. Luas Silinder dan rod mesin pres ...........................................
12 2.10. Pipa saluran ............................................................................................
34 4.2. Perhitungan Karakteristik Mesin dan Pengolahan Data ......................
34 4.1. Data Hasil Percobaan ..........................................................................
30 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ........................................
22 3.6 Prinsip Kerja Mesin Pres Hidrolik ...........................................................
21 3.5 Alat dan Bahan .........................................................................................
21 3.4 Tabung Hidrolik .......................................................................................
21 3.3 Waktu Dan Tempat Penelitian .................................................................
20 3.2 Obyek Penelitian .......................................................................................
20 3.1 Diagram Alir Penelitian ...........................................................................
17 BAB III METODE PENELITIAN .................................................................
13 2.12. Tangki dan Fluida Hidrolik ....................................................................
13 2.11. Komponen Sistem Hidrolik ....................................................................
48
ISTILAH PENTING
Simbol Keterangan P Tekanan (kg/cm
2
)
F Gaya (kg)A Luas penampang (cm 2 ) Q Laju aliran (liter/menit)
V Volume (liter) t Waktu (menit) v Kecepatan (cm/detik) ρ
Kerapatan (kg/cm
3
) m massa (kg)V D Volumetric Displacement (cm 3 ) n Kecepatan putaran poros (rpm)
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Cara Memadatkan Kertas Secara Konvensional .....................
20 Gambar 3.2 Kontruksi Mesin Hidrolik .........................................................
29 Gambar 3.13 Cetakan ......................................................................................
29 Gambar 3.12 Katup pengatur arah ........................................................
28 Gambar 3.11 Limit switch ................................................................................
28 Gambar 3.10 Piston ...........................................................................................
27 Gambar 3.9 Tangki .........................................................................................
26 Gambar 3.8 Pipa Saluran ...............................................................................
26 Gambar 3.7 Alat Ukur Tekanan ....................................................................
25 Gambar 3.6 Pompa Hidrolik .........................................................................
24 Gambar 3.5 Panel Listrik ..............................................................................
24 Gambar 3.4 Motor Listrik .............................................................................
22 Gambar 3.3 Tabung Hidrolik ........................................................................
18 Gambar 3.1 Diagram Aliran..........................................................................
2 Gambar 2.1 Gambar Ilustrasi Hukum Pascal ................................................
17 Gambar 2.12 Contoh Tangki ...........................................................................
16 Gambar 2.11 Silinder Kerja Ganda .................................................................
16 Gambar 2.10 Silinder Kerja Tunggal ..............................................................
15 Gambar 2.9 Non-return Valve .........................................................................
15 Gambar 2.8 Flow Contol Valve.......................................................................
14 Gambar 2.7 Pressure Relief Valve ................................................................
11 Gambar 2.6 Directional control valve ..........................................................
10 Gambar 2.5 Pompa Roda Gigi Luar ..............................................................
9 Gambar 2.4 Pompa Roda Gigi Dalam .........................................................
8 Gambar 2.3 Diagram Klasifikasi Pompa ......................................................
5 Gambar 2.2 Ilustrasi Persamaan Kontinuitas ................................................
30
Gambar 3.14 Diagram alir posisi netral ........................................................31 Gambar 3.15 Diagram alir posisi piston turu ................................................
32 Gambar 3.16 Diagram alir posisi piston naik ................................................
33 Gambar 4.1 Grafik Selisih Tinggi Kertas Beban 2 kg ................................
43 Gambar 4.2 Grafik Selisih Tinggi Kertas Beban 4 kg ................................
43 Gambar 4.3 Grafik Selisih Tinggi Kertas Beban 6 kg ................................
44 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara kerapatan dan tekanan pres dengan berat kertas 2 kg ..........................................................
45 Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kerapatan dan tekanan pres dengan berat kertas 4 kg ..................................................
45 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara kerapatan dan tekanan pres dengan berat kertas 6 kg ..........................................................
46
DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Data percobaan bahan kertas dengan berat 2 kg ..............................
34 Tabel 4.2. Data percobaan bahan kertas dengan berat 4 kg ..............................
34 Tabel 4.3. Data percobaan bahan kertas dengan berat 6 kg ..............................
35 Tabel 4.4. Data hasil perhitungan untuk berat kertas 2 kg posisi piston mengepres .............................................................................
39 Tabel 4.5. Data hasil perhitungan untuk berat kertas 4 kg posisi piston mengepres .............................................................................
40 Tabel 4.6. Data hasil perhitungan untuk berat kertas 6 kg posisi piston mengepres .............................................................................
40 Tabel 4.7. Data hasil perhitungan untuk berat kertas 2 kg posisi Piston dinaikan ................................................................................
41 Tabel 4.8. Data hasil perhitungan untuk berat kertas 4 kg posisi Piston dinaikan ................................................................................
41 Tabel 4.9. Data hasil perhitungan untuk berat kertas 6 kg posisi Piston dinaikan ................................................................................
42
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Kertas banyak digunakan dalam kehidupan manusia sehari-hari dalam bentuk buku, koran, majalah, hingga kemasan. Hal ini mendorong munculnya banyak industri serta usaha yang menggunakan kertas sebagai bahan dasarnya. Misalnya perusahaan pengepakan, percetakan, fotokopi, dan lain-lain. Industri-industri tersebut akan banyak menyisakan limbah yang berupa sisa-sisa potongan kertas. limbah kertas ini dapat didaur ulang kembali menjadi bahan dasar pembuatan kertas yang baru.
Seringkali sisa-sisa kertas yang menumpuk mempersulit dalam pengangkutan karena menyita banyak ruangan dan bentuk susunan dari potongan kertas yang tidak beraturan. Untuk mempermudah serta memaksimalkan daya angkut pada kendaraan yang membawa sisa-sisa potongan kertas menuju tempat pendaur ulang, limbah kertas perlu dipadatkan agar menjadi suatu bentuk persegi dengan menggunakan mesin pres.
Dahulu untuk memadatkan sisa-sisa potongan kertas seringkali orang menggunakan cara manual ataupun dengan cara konvensional, yaitu dengan cara diinjak-injak atau ditekan dengan menggunakan mesin pres dengan sistem manual yang menggunakan batang ulir sebagai mekanisme pendorongnya, seperti yang terlihat pada Gambar 1. Hasil yang didapatkan dari cara-cara konvensional selain tidak maksimal juga membutuhkan tenaga manusia yang besar. Hal ini dapat dilihat dari banyaknya jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan serta hasil dari sisa-sisa potongan kertas yang kurang padat sehingga dimensinya kurang maksimal. Perencanaan mesin pres hidrolik ini diharapkan sisa-sisa potongan kertas yang dihasilkan dalam bentuk persegi dapat menjadi lebih padat sehingga ruangan yang ada pada kendaraan pengangkut menuju ke tempat pendaur ulang dapat digunakan semaksimal mungkin.
1
2 Gambar 1. Cara memadatkan sampah kertas secara konvensional.
1.2 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian ini untuk : a) Mengetahui sistem kerja mesin pres hidrolik untuk pengepresan limbah kertas.
b) Mengetahui unjuk kerja sistem pengepresan secara hidrolik yang dapat dihasilkan.
c) Mengetahui hubungan tekanan pengepresan dengan kerapatan hasil pengepresan limbah kertas.
1.3 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang dihasilkan dari penelitian ini antara lain :
a) Menghasilkan mesin pres hidrolik untuk memadatkan limbah kertas yang dapat digunakan para pengusaha pengepresan limbah kertas.
b) Menjadi referensi bagi masyarakat untuk mengetahui tentang mesin pres hidrolik.
3
1.4 BATASAN MASALAH
Pada penelitian ini, permasalahan yang diteliti dibatasi pada masalah :
a. Pengaturan sistem aliran fluida sebagai sumber tenaga serta penggerak dari mesin pres hidrolik.
b. Tekanan kerja pompa.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Definisi hidrolik
Kata “hidrolik” berasal dari kata yunani “hydor” yang berarti “air”. Dahulu didefinisikan sebagai segala sesuatu yang berhubungan dengan air. Sekarang kita mendefinisikan “hidrolik” sebagai pemindahan, pengaturan, gaya-gaya dan gerakan- gerakan zat cair. Dalam hal ini cairan digunakan sebagai sarana perpindahan energi. Minyak mineral adalah cairan yang sering digunakan, tetapi dapat juga dengan cairan sintetis, seperti air atau emulsi minyak air.
Beberapa sifat khusus sistem hidrolik : a. Tenaga yang dihasilkan dari sistem hidrolik besar.
b. Mudah dan akurat dalam pengendaliannya.
c. Mampu melipat gandakan gaya.
d. Memberikan gaya yang tetap.
e. Memiliki perlindungan otomatis terhadap beban lebih.
f. Cocok untuk mengendalikan proses gerakan yang cepat dan untuk gerakan yang sangat lambat yang akurat.
g. Sederhana, aman dan ekonomis.
2.2 Hubungan Massa, Tekanan dan Gaya
Massa diartikan sebagai ukuran kuantitatif inersia atau ketahanan untuk mengubah gerakan suatu benda. Juga dapat dianggap sebagai sejumlah materi dalam suatu benda yang memberikan peningkatan terhadap gaya tarik gravitasi.
Gaya merupakan aksi dari suatu benda pada benda yang lain, sering digunakan pada suatu kontak aktual atau pada jarak tertentu seperti pada gaya grafitasi dan gaya magnetik. Gaya dapat ditunjukkan dengan vektor karena mempunyai besaran dan arah tertentu.
Tekanan adalah salah satu pengukuran yang penting dalam hidrolik, yang
2
didefinisikan sebagai gaya per satuan luas. Dulu tekanan diberi satuan kg/cm dimana
2
1kg/cm = 1atm. Karena sekarang Newton yang digunakan sebagai satuan gaya, maka
5
2
digunakan 1kg/cm = 1Bar. Jika menggunakan satuan SI untuk gaya (F) dalam satuan
2 N dan luas dalam satuan (m ), maka didapatkan satuan tekanan dalam bentuk Pascal,
2
dimana 1Pa = 1N/m . Karena satuan pascal dalam prakteknya mengalikan angka yang besar maka satuan bar lebih sering digunakan dimana 1Bar = 100.000Pa. Tekanan dapat juga diberikan satuan psi ( pound-force per square inch ) dimana 1Bar = 14.5psi.
2.3 Hukum Pascal
Jika sebuah gaya F bekerja pada fluida tertutup melalui suatu permukaan A , maka akan terjadi tekanan pada fluida. Tekanan tergantung dari gaya yang bekerja tegak lurus atas permukaan dan luas.
F A h
Gambar 2.1 Ilustrasi Hukum Pascal
Gambar diatas menunjukkan suatu wadah tertutup yang berisi zat cair yang diberikan
F
tekanan ( p) sebesar
A
dengan : p dalam bar F dalam N 2 A dalam cm
Tekanan yang diberikan pada zat cair di dalam ruang tertutup akan diteruskan kesegala arah dan semua bagian ruang tersebut dengan sama besar. Jadi tekanan disemua tempat sama. Hukum ini berlaku selama gaya tarik bumi dapat diabaikan, yang semestinya ditambahkan dalam perhitungan sesuai dengan tinggi zat cair.
6
2.4 Perpindahan gaya hidrolik
Bentuk tangki bukan merupakan suatu faktor yang penting dalam sistem hidrolik ini, karena tekanan dapat bekerja ke semua sisi dan besarnya sama. Untuk dapat bekerja dengan tekanan yang berasal dari gaya luar, jika menekan dengan gaya F 1 atas permukaan A , maka dapat menghasilkan tekanan : 1 F 1 p
= A 1 Tekanan p beraksi diseluruh tempat dari sistem tersebut, juga atas permukaan A . 1 2 Gaya yang dicapai sama dengan beban yang diangkat.
F = p × A
2
2
sehingga : 1 F 2 F = A A 1 2 atau : 2 A 2 F = F A 1 1 Tekanan dalam sistem ini selalu tergantung dari besarnya beban dan permukaan efektif. Artinya tekanan dalam sistem meningkat sampai dapat mengalahkan hambatan yang gerakannya berlawanan dengan gerakan fluida.
Jika dengan gaya F dan permukaan A dapat menghasilkan tekanan yang 1 1 diperlukan untuk mengalahkan gaya F atas permukaan A , maka beban F dapat 1 2 2 ditingkatkan (rugi-rugi akibat gesekan tidak perlu diperhatikan disini).
7
2.5 Prinsip perpindahan tekanan
Dua buah torak dengan ukuran penampang yang berbeda A dan A yang 1 2 ditempatkan di dalam dua silinder yang saling berhubungan dan berisi zat cair. Bila penampang A menerima tekanan p , maka pada torak besar bekerja gaya sebesar 1 1 F = p × A 1 1 1 Gaya ini diteruskan ke torak kecil F = F × F 2 1 yang akan menyebabkan tekanan pada penampang torak kecil
F 2 = p 2 A 2 Berdasarkan hubungan-hubungan di atas, maka tekanan pada torak kecil dapat dihubungkan dengan tekanan pada torak besar. 1 A 2 p = p A 2 1 Dalam perpindahan tekanan perbandingan tekanan berbanding terbalik dengan perbandingan luas permukaan.
2.6 Persamaan Kontinuitas
Jika fluida mengalir dalam pipa yang diameternya berubah maka volume yang sama akan mengalir dalam waktu yang sama.
V Q = t
dengan : Q = volume aliran dalam liter/detik V = volume fluiada yang mengalir dalam liter t = waktu dalam detik
2 A = luas penampang dalam m
8
s = jarak panjang dalam meter v = kecepatan aliran dalam meter/detik
Volume = ×
V A s
V
digunakan dalam menentukan Q =
t
sKecepatan =
v t
dengan = ×
Q A v
dapat dihasilkan :
× = × =
Persamaan Kontinuitas A v A v Q Q 1 1 2 2 1 2 Gambar 2.2 ilustrasi persamaan kontinuitas (Sumber : Yacop Prayogo, 2003, hal.14)
2.7 Rugi-rugi Energi Akibat Gesekan
Jika fluida diam ( tidak ada gerakan fluida ) maka tekanan sebelum, selama dan sesudah posisi cekik atau secara umum pada saluran adalah sama. Jika fluida mengalir dalam sebauh sistem, maka gesekan akan mengakibatkan panas. Dengan demikian sebagian dari energi berubah dalam bentuk energi panas, artinya terjadi kerugian tekanan. Energi hidrolik tidak dapat dipindahkan tanpa kerugian. Besar kerugian akibat gesekan tergantung dari :
9
1. Panjang pipa
2. Kekasaran dinding pipa
3. Banyaknya belokan dalam pipa
4. Diameter pipa
5. Kecepatan aliran
2.8 Pompa Hidrolik
Jenis-jenis pompa yang sering digunakan dalam sistem hidrolik dapat dilihat pada Diagram dibawah ini :
Gambar 2.3 Diagram Klasifikasi Pompa(Sumber: P.Croser, Festo Didactic, 1994, hal: 147) Pompa membutuhkan tenaga penggerak (electromotor) untuk dapat bekerja.
Tenaga penggerak ini dapat diperoleh dengan persamaan :
p Q k act × P p wr =
η
600 × tot
dengan : p = tekanan kerja dalam silinder k
P = tenaga penggerak pompa pwr Q = kapasitas aliran pompa aktual act
10 = effisiensi total
η tot Pada sistem hidrolik pompa bekerja untuk menciptakan aliran fluida ( untuk memindahkan volume fluida ) dan memberikan gaya yang dibutuhkan.
Pompa menghisap fluida ( biasanya dari tangki ) dan mengalirkannya keluar. Dari sana fluida memasuki sistem mencapai piston dengan menggunakan elemen pengendali tersendiri, piston akan meberikan tahanan pada fluida, sebagai contoh piston dari silinder langkah yang menerima beban sehingga terjadi peningkatan tekanan pada fluida hingga cukup tinggi guna mengatasi gaya-gaya tahanan. Tekanan pada sistem hidolik tidak diciptakan oleh pompa hidrolik, tetapi terjadi dengan sendirinya karena tahanan yang berlawanan dengan arah aliran. Tinggi tekan fluida dilihat sebagai batang penghubung dimana pompa memberi gaya yang diperlukan.
Pompa roda gigi dengan roda gigi didalam
Gambar 2.4. Pompa roda gigi dengan roda gigi dalam(Sumber: http//www.pirate4x4.com/tech/PRHydro_Steering/index1.html) Bagian utama adalah sebuah rumah 1, dimana terdapat sepasang roda gigi yang bergerak (sedemikian rupa) dengan longgar dalam arah aksial dan radial sehingga unit tersebut praktis terendam minyak. Bagian penghisap dihubungkan dengan sistem hidrolik.
Roda gigi dalam 2, bergerak sesuai arah panah menggerakan roda gigi luar 3 pada arah yang sama. Putaran ini menyebabkan roda gigi terpisah sehingga rongga gigi menjadi bebas. Akibatnya terjadi tekanan negatif pada pompa sedangkan fluida
11 pada tangki mempunyai tekanan atmosfir, sehingga fluida mengalir dari tangki ke pompa. Proses ini biasa disebut dengan hisapan pompa.
Fluida mengisi ruang roda gigi hingga membentuk ruang tertutup dengan rumah dan elemen berbentuk sabit 4 selama gerakan selanjutnya didorong ke bagian tekan. Roda gigi lalu sering rapat lagi dan mendorong fluida dari ruang roda gigi. Kedua roda gigi yang saling bersentuhan mencegah berbaliknya aliran dari ruang tekan ke ruang hisap.
Pompa roda gigi dengan roda gigi luar
Gambar 2.5. pompa roda gigi dengan roda gigi luar(Sumber: http://cast.csufresno.edu/agedweb/agmech/graphics/toc.html) Pada kasus ini, dua roda gigi luar akan saling kontak. Roda gigi 2 digerakan sesuai panah yang menyebabkan roda gigi 3 bergerak berlawanan. Proses hisapan yang terjadi sama dengan jenis pompa roda gigi dalam.
Fluida dalam ruang roda gigi 4 didesak keluar dan keluar dari celah roda gigi pada sisi tekan. Dari gambar potongan dengan mudah dapat dilihat roda gigi menutup celah-celahnya sebelum bagian itu jadi kosang. Tanpa mengurangi beban pada ruang yang tersisa, tekanan yang sangat tinggi dapat terjadi yang akan menyebabkan getaran keras pada pompa.untuk itu dipasang lubang pengurang beban pada tempat ini yang terletak disamping blok-blok bantalan. Akibat tekanan tinggi, maka terbentuk fluida mamapat yang masuk ke ruang tekan.
13
2.9 Efisiensi Pompa
Pompa merupakan suatu pemindah fluida dari suatu tempat ketempat yang lain, secara teoritis putaran pompa dengan debit fluida yang keluar harus seimbang tapi pada kenyataan tidak begitu. Hal ini disebabkan adanya kebocoran atau selip. Angka effisiensi suatu pompa ditentukan oleh dua factor, yaitu :
η 1. ) v
Effisiensi volumetric (
Effisiensi volumetric menunjukan tingkat kebocoran yang terjadi di dalam pompa, yang dapat dihitung dari rumus berikut :
Q A
η = × v 100 %
Q T
dengan : Q : laju aliran actual yang dihasilkan pompa A
Q : laju aliran teoritis yang seharusnya dihasilkan pompa T
Kisaran effisiensi volumetric untuk beberapa jenis pompa : 82 - 90% untuk pompa roda gigi 82 - 92% untuk pompa sudu dan 90 - 98% untuk pompa torak
)
2. m Effisiensi mekanis (η
Effisiensi mekanis menunjukkan banyaknya rugi-rugi energi yang penyebabnya bukan karena kebocoran. Misalnya gesekan pada bantalan-bantalan dan bagian- bagian yang bergerak dan juga turbulensi fluida. Umumnya effisiensi mekanis unuk berbagai jenis pompa berkisar dari 90 - 95%.
Effisiensi mekanis ini dapat dihitung dengan membandingkan daya teoritis yang diperlukan untuk mengoperasikan pompa dengan daya actual yang diserap pompa, yang dirumuskan sebagai
P Q
×
T η
= × 100 %
m T × n
A
dengan : p tekanan sisi keluar pompa terukur (Pa). :
14
3 Q : laju aliran pompa teoritis terhitung (m /s). T T : torsi input actual pada poros penggerak. A n : kecepatan poros pompa terukur (rad/s)
2.10 Pipa Saluran
Distribusi saluran fluida bisa menggunakan pipa, selang yang menghubungkan berbagai komponen hidraulik. Penghantar tidak hanya dapat menahan tekanan saja menurut perhitungan tetapi juga harus mampu menahan kejutan-kejutan dalam sistem.
Pemilihan ukuran pipa berdasar pada jumlah aliran fluida dan tekanan kerja yang terjadi dalam pipa. Semakin besar diameter pipa akan semakin besar aliran yang terjadi didalam pipa. Untuk tekanan kerja yang tinggi digunakan dengan tebal dinding yang besar. Pemilihan pipa dan sambungan tergantung pada factor-faktor berikut :
1. Tekanan yang diterima pipa
2. Debit fluida
3. Kesesuaian dengan fluida
4. Pemeliharaan
5. Kondisi lingkungan
6. Pemakaian
7. Harga Pipa dalam system hidrolik harus mempunyai luas penampang yang memadai untuk menghantar fluida tanpa menimbulkan rugi-rugi daya yang besar.
2.11 Komponen sistem hidrolik
Sebuah sistem hidrolik terdiri dari beberapa komponen-komponen yang penting diantaranya sebagai berikut:
1. Sumber tenaga
Sumber tenaga merupakan hal yang paling penting dalam sistem hidrolik ini, dimana sumber tenaga akan memberikan energi ke pompa hidrolik. Fluida dari tangki penyimpanan masuk ke pompa untuk dialirkan ke sistem. Selain itu, air filtration unit yang berfungsi sebagai filter sangat penting penggunaanya untuk menyaring partikel- partikel pengotor yang dapat masuk dan merusak system hidrolik. Pengotor-prngotor ini berasal dari lingkungan sekitar.
2.
Fluida hidrolik Ini adalah media kerja untuk memindahkan energy dari power supply ke silinder.
Fluida yang digunakan ini mempunyai berbagai macam karakteristik, untuk itu perlu dilakukan pemilihan yang tepat dalam mengaplikasikannya. Secara umum fluida yang digunakan adalah oli, yang disebut hydrolic oils. Dalam aplikasinya fluida hidrolik mempunyai tiga tujuan utama :
1. Sebagai penerus gaya Fluida harus dapat mengalir dengan mudah melalui komponen-komponen salurannya dan mempunyai sifat kompresibel sehingga gerakan yang terjadi saat pompa dihidupkan atau katup dibuka dengan segera dapat dipindahkan.
2. Sebagai pendingin Sirkulasi fluida hidrolik melalui pipa-pipa penghantar dan tangki akan menyerap panas yang ditimbulkan dalam system tersebut.
3. Sebagai pelumas Dalam system hidrolik selalu ada dua bidang yang saling bergesakan yang menyebabkan keausan sehingga diperlukan pelumas untuk mencegah kontak atau gesekan secara langsung.
3. Katup
Ada 4 jenis katup yang digunakan dalam sistem hidrolik ini, yaitu :
1. Katup Pengatur Arah (Directional Control Valve) Digunakan untuk mengatur aliran fluida, arah pergerakan dan posisi dari komponen-komponen yang dapat dilihat seperti pada Gambar 2.8. Katup ini dapat digerakan secara manual, mekanis, elektrik dan pneumatic.
Gambar 2.6. Directional control valve(Sumber: P.Croser, Festo Didactic, 1994, hal: 188)
16
2. Katup pengatur tekanan (Pressure relief valves) Secara umum katup ini berfungsi sebagai pengaman saat tekanan fluida melebihi batas agar tidak mengganggu sistem hidrolik.
Gambar 2.7. Pressure relief valve(Sumber: P. Croser, festo Didactic, 1994, hal: 170)
3. Katup pengontrol kecepatan silinder (Flow control valve) Katup ini saling berinteraksi dengan pressure relief valve, berfungsi untuk mengontrol kecepatan silinder. Pressure relief valve dan flow control valve saling berkaitan.
Gambar 2.8. Flow control valve(Sumber: P. Croser, Festo Didactic, 1994, hal: 219)
4. Katup pengatur arah fluida (Non-return valve) Katup ini berfungsi untuk mengatur arah pergerakan dari aliran fluida. Katup ini mempunyai sebuah pegas ringan untuk menahan klep dalam posisi tertutup.
Sehingga dalam arah aliran terblokir terkena fluida akan membantu klep dalam menutup aliran.
17 Gambar 2.9. Non-return valve (Sumber: P.Croser, Festo Didactic, 1994, hal: 201) 4.
Silinder hidrolik
Silinder hidrolik ini berfungsi mengkonversi energy hidrolik menjadi energy mekanik. Pada umumnya gerakan silinder ini adalah linear. Ada 2 macam tipe dasar silinder, yaitu silinder kerja tunggal dan silinder kerja ganda
1. Silinder kerja tunggal Untuk silinder kerja tunggal, fluida hanya masuk melalui salah satu piston. Oleh karena itu, piston hanya bekerja satu arah saja. Prinsip kerjanya yaitu fluida masuk area piston dan menghasilkan tekanan yang akan menyebabkan piston bergerak maju. Kemudian agar piston dapat mundur digunakan pegas atau piston yang diakibatkan oleh muatan beban pada saat katup tidak bekerja. Saat piston bergerak mundur, fluida keluar dari piston melalui saluran masuk.
Gambar 2.10. Silinder kerja tunggal(Sumber: P. Croser, Festo Didactic,1994, hal: 229)
18
2. Silinder kerja ganda Untuk silinder kerja ganda, fluida dapat masuk melalui kedua sisi pada piston. Oleh karena itu, piston dapat bergerak dua arah yaitu piston bergerak maju dan piston bergerak mundur. Prinsip kerjanya yaitu fluida masuk ke area piston melalui sisi pertama dan menimbulkan tekanan sehingga menyebabkan piston maju, kemudian saat katup tidak bekerja aka nada aliran fluida yang masuk melalui sisi lainnya yang akan mendorong piston masuk.
Gambar 2.11. Silinder kerja ganda(Sumber: P.Croser, Festo Didactic, 1994, hal: 231)
2.12 Tangki Dan Fluida Hidrolik 1. Tangki
Pada dasarnya tangki oli pada sistem hidrolik mempunyai fungsi yang bermacam-macam, antara lain : a) Menyimpan persediaan oli
Sedapat mungkin tabung dapat menampung semua oli sistem. Volume bandul, yang tergantung pada piston-piston dan siklus kerja, harus diperhatikan. Kebocoran-kebocoran akan diganti dari cadangan oli dalam tabung.
b) Pendinginan (pembiasan panas) Pada setiap pengalihan energi timbul penyusutan-penyusutan yang dalam hidrolik diberikan sebagai energi panas pada oli hidro. Gaya penyusutan ini menentukan tingkat efisiensi.
19
c) Mengeluarkan udara Oli mengandung uadara yang larut. Gaya larut udara bergantung pada tekanan dan suhu. Jadi dalam sistem bisa saja terbentuk udara berupa gelembung yang harus dikeluarkan dari tabung.oleh sebab itu disarankan dipakai permukaan oli yang sebesar mungkin. Meskipun terdapat penyaringan yang memadai, oli yang dipakai dalam jangka waktu cukup lama mungkin mengadung partikel-partikel kotoran, seperti kotoran abrasi, endapan-endapan akibat kelamaan. Kotoran ini harus bisa mengendap didasar tabung. Karena itu perlu diperhatikan bentuk dan penataan saluran penghisap dan saluran arus balik, diujungnya harus dimiringkan dan diletakkan sedemikian rupa sehingga keduanya tidak saling mempengaruhi ( bagian miring harus berjauhan satu sama lain).
d) Penampungan dari gabungan motor pompa dan panel montase Pada unit standar biasanya gabungan motor pompa dan kadang-kadang juga panel montase dipasang dengan elemen-elemen pengontrol diatas tangki. Hal ini harus diperhatikan saat merancang bagian tangki.
Gambar 2.12 Contoh Tangki(Sumber: P.Croser, Festo Didactic, 1994, hal: 239)
2. Fluida Fluida hidrolik merupakan bagian yang terpenting pada suatu sistem hidrolik.
Dalam aplikasinya fluida hidraulik mempunyai 3 tujuan utama yaitu :
1. Sebagai Penerus Gaya Fluida harus dapat mengalir dengan mudah melalui komponen-komponen salurannya dan mempunyai sifat kompresibel sehingga gerakan yang terjadi saat pompa dihidupkan atau katup dibuka dengan segera dapat dipindahkan.
2. Sebagai pendingin Sirkulasi fluida hidrolik melalui pipa-pipa penghantar dan tangki akan menyerap panas yang ditimbulkan dalam sistm tersebut.
3. Sebagai pelumas Dalam sistem pesawat hidraulik selalu ada dua bidang yang saling bergesekan yang menyebabkan keausan sehingga diperlukan pelumasan untuk mencegah kontak atau gesekan secara langsung. Selain fungsi-fungsi tersebut diatas, fluida hidrolik akan lebih baik apabila memenuhi sejumlah persaratan seperti dibawah ini :
1. Mampu mencegah terbentuknya buih
2. Mampu mencegah terbentunya korosi 3. Mampu menjaga nilai kekentalan meskipun dalam temperatur yang cukup tinggi.
20
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian ini disajikan dalam diagram alir
sebagai berikut : Mulai
Membuat tabung hidrolik Merakit komponen-komponen hidrolik
Melakukan pengujian jalan mesin dan mengambil data Mengolah data
Selesai
Gambar 3.1. Diagram Alir Langkah-langkah Penelitian
21
3.2. Obyek Penelitian
Obyek dalam penelitian ini adalah pengepresan dengan berbagai tekanan
2
2
dengan dimulai tekanan rendah ( 30 kg/cm ) ke tekanan tinggi( 90 kg/cm ) untuk memperoleh beberapa variasi kerapatan bahan yang dipres.
3.3. Waktu dan Tempat Penelitian
Proses pembuatan mesin hidrolik dimulai pada semester ganjil tahun ajaran 2010/2011 di bengkel las bubut Bumi Ayu, Jawa Tengah. Pengambilan data dilakukan pada laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta pada semester genap tahun ajaran 2011/2012.
3.4. Tabung Hidrolik
Perencanaan tabung hidrolik ini digunakan bahan dari baja. Tabung hidrolik berfungsi mengkonversikan energi hidrolik menjadi energi mekanik. Tabung hidrolik ini dibuat dengan sistem kerja ganda, dimana fluida dapat masuk melalui kedua sisi pada piston. Oleh karena itu, piston dapat bergerak dalam dua arah yaitu piston bergerak maju dan piston bergerak mundur. Prinsip kerjanya yaitu fluida masuk ke area piston melalui sisi pertama dan menimbulkan tekanan sehingga menyebabkan piston maju, kemudian saat katup tidak bekerja akan ada aliran fluida yang masuk melalui sisi lainnya yang akan mendorong piston mundur.
22 3.5.
Alat Dan Bahan Model mesin hidrolik beserta bagian-bagiannya dapat dilihat pada Gambar 3.2.
. (a)
1 4 3 2 6 5 1 0 9 8
7 1 2 1 1
(b) Gambar 3.2. Konstruksi mesin hidrolik.
23 Keterangan gambar :
1. Tabung hidrolik
2. Motor listrik
3. Panel listrik
4. Pressure relief valve
5. Pompa
6. Pipa
7. Tangki
8. Filter
9. Piston
10. Limit switch
11. Directional control valve
12. Cetakan Komponen-komponen di atas memiliki fungsi dan peran yang sangat penting dalam mengatur jalannya mesin pres hidrolik, diantaranya :
1. Tabung hidrolik Tabung hidrolik berfungsi mengkonversi energi hidrolik menjadi energi mekanik, dalam penelitian ini tabung hidrolik yang digunakan dengan diameter 11cm. Kecepatan gerak piston saat turun 2,42 cm/detik, sedangkan kecepatan piston saat naik 3,45 cm/detik.
Gambar 3.3. Tabung Hidrolik
2. Motor Penggerak dalam sistem hidrolik ini menggunakan motor listrik arus bolak balik 3 fase dengan daya 3 hp dan putaran 1400 rpm. Karena motor listrik bersifat efisien, tidak memerlukan banyak tempat, dan tidak berisik.
Gambar 3.4. Motor Listrik24
25
3. Panel listrik Panel listrik ini berfungsi untuk mengatur kebutuhan arus listrik pada mesin hidrolik.