-
Tugas Akhir
TM1486
Analisa Konstruksi Dan Kontrol Pada Perancangan Mesin Hot Press
Berbasis PLC Dengan Sistem Pneumatik
Nur Nugroho Irianto S.2105.100.031
Pembimbing:Ir. Sampurno, MT
Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi IndustriInstitut
Teknologi Sepuluh Nopember SurabayaMei 2010
-
LATAR BELAKANG
Industri
Proses Produksi
Mesin Hot Press
-
PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah yang digunakan untuk permasalahan ini
adalah
Karena topi tiruan dengan bahan baku kain membutuhkan panas
untuk membentuk tekstur sesuai dengan cetakannya dan memerlukan
waktu penahanan pada proses penekanan. Perencanaan ini meliputi
konstruksi dan analisa control mesin sehingga mendapatkan desain
mesin yang dengan mudah pengoperasiannya atau secara otomatis cara
penggunaannya.
Bagaimana merancang mesin hotpress berbasis PLC yang dapat
menghasilkan produk berupa topi tiruan?
-
TUJUAN
Merancang hot press dengan basis PLC yang sederhana.
Menganalisa konstruksi mesin hot press yang dapat menghasilkan
produk dengan kualitas yang baik.
Menganalisa sistem kontrol mesin hot press berbasis PLCagar
berjalan dengan baik.
-
MANFAAT PERENCANAAN
Dapat memberikan kesempatan kepada industri kecil agar
mengurangi ketergantungan dari produk luar negeri.
Dapat menghasilkan produk yang mempunyai kualitas sama baiknya
dengan produk luar negeri.
Dapat menekan biaya produksi seminimal mungkin karena komponen
komponen pendukungnya lebih sedikit daripada control relay.
Memberikan alternative pada pasar selain produk yang di import.
Sebagai studi perbandingan di kalangan industri manufaktur.
Konstruksi mesin yang kuat dan tahan lama membuat mesin akan
bisa
bertahan lama sehingga fungsi dan kegunaannya bisa dirubah
sewaktu waktu.
Sistem control yang mudah dilakukan dan perawatannya yang
mudah.
-
BATASAN MASALAH Aspek finansial tidak terlalu signifikan. Proses
pengelasan tidak terlalu signifikan. Proses pemesinan tidak terlalu
signifikan. Desain cetakan topi sudah ideal atau permukaan cetakan
sudah
rata. Perlakuan heater pada mesin hot press sama. Simulasi
software hanya mencari nilai tegangan kritis pada
konstruksi. Perhitungan manual hanya mengambil contoh satu benda
kerja. Material untuk mesin hot press bersifat homogen. Kestabilan
sistem kontrol menggunakan software dan jenis
komponen kontrol tidak terlalu signifikan. Temperatur didalam
ruangan diasumsikan konstan. Tekanan udara untuk pengoperasian
mesin hot press
diasumsikan konstan. Tegangan listrik diasumsikan stabil.
-
23
-
Tinjauan Pustaka
Bab 3
-
Perancangan yang mengangkat tentang pembuatan dan kegunaan mesin
hot press:J. Zhao, P. Glendenning, G. Chen, Y. K. Juay and M. S.
Yong dengan judul mengurangi dampak proses pada kualitas mesin hot
press terhadap perangkat koneksi polimer serta mengembangkan
perangkat yang tidak menghalang sambungan listrik antara chip dan
konduktif foil. Budi Widya Septiawan dengan judul Penerapan kontrol
relay yang digunakan pada mesin emboss dengan bentuk cetakan daun
tiruan. Ahmad Hanif dengan judul penerapan PLC pada sistem kendali
mesinkonveyor.Mohammad Alimashut dengan judul rancang bangun sistem
kendali seleksi dimensi barang menggunakan PLC.
-
Mesin hot press merupakan mesin yang memproses pembentukan kain
berupa aluralur yang disiapkan pada matras pada mesin, dengan
adanya tegangan dan tekanan yang terjadi pada posisi yang
ditentukan maka akan terjadi suatu bentuk topi tiruan yang
mengalami proses hot press. Tekanan yang diberikan juga diberikan
pemanasan pada cetakan sehingga dapat membentuk aluralur yang
diinginkan.
MESIN HOT PRESS
-
KOMPONEN KOMPONEN PENDUKUNGNYA:
PLC
Limit Switch
RTD Actuator pneumatik
Timer
Pressure regulator
Kompresor udara
-
PLC
PLC disebut juga programmable controller yaitu sebuah sistem
kontrol elektronik yang bisa diprogram untuk membaca satu atau
banyak masukkan data yang kemudian mengeluarkan data ke alamat
alamat yang sesuai secara terus menerus.
-
Sensor
Resistance Temperatur
Detector ( RTD )Limit Switch
-
Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya
perubahan lingkungan fisik atau kimia
-
Salah satu jenis sensor yang bersifat diskrit ialah limit
switch. Umumnya limit switch digunakan untuk mengetahui ada
tidaknya suatu obyek di lokasi tertentu. Limit switch akan aktif
jika mendapatkan sentuhan atau tekanan dari suatu benda fisik. Atau
limit switch merupakan sensor mekanik dimana cara mengaktifkannya
dengan kontak langsung dari benda kerja pada tuas yang dimiliki
oleh limit switch. Switch digunakan untuk mengetahui posisi dari
sebuah batasan yang berhubungan dengan piston, silinder, rotor,
pergerakan tempat mesin dan lain lain agar peralatan tersebut dapat
terkontrol secara otomatis. Switch jenis ini disebut sebagai switch
pembatas (limit switch).
-
RTD adalah suatu alat deteksi yang didasarkan atas prinsip
hubungan antara tahanan dan temperatur. Logam yang dipakai adalah
platina (yang mempunyai sifat linier, sangat mahal, umum dipakai),
nikel (range temperatur lebih rendah, lebih murah, non linier),
nickel alloys (range temperatur lebih rendah, lebih murah), tembaga
(range temperatur lebih rendah).
Karakteristik RTD KLIK
-
Koefisien resistansi
Kepekaan
Signal conditioning
Konstruksi
-
Setiap metal mempunyai koefisien resistansi spesifik yang
bervariasi terhadap temperatur
dan ditentukan secara eksperimental
-
Kepekaan dari RTD dapat dilihat dari besarnya harga 0 yaitu
perubahan fraksi linier pada tahanan dan temperature. Untuk bahan
platinum 0 = 0,004 /0C. sedangkan bahan nikel 0 = 0,005 /0C, jika
perubahan tahanan akan menimbulkan 100 RTD jika temperaturnya
berubah 10C
-
RTD sangat sederhana dimana rangkaiannya terdiri dari kawat yang
panjang dan tahanannya dimonitori sebagai fungsi dari temperatur.
Kawatnya digulung dalam bentuk coil untuk memperkecil ukurannya,
menaikkan thermal konduktivitasnya sehingga dapat menurunkan
responnya
-
Dengan adanya perubahan fraksi (0 ) yang relative kecil maka RTD
dipakai pada rangkaian jembatan (bridge circuit) dengan kondisi
yang sangat akurat dalam mendeteksinya. Untuk aplikasi proses
kontrolnya jembatan tersebut membutuhkan sifat membuat null sendiri
(self null), output dari rangkaian nulling yang merupakan
controller output adalah 4 20 mA atau 10 50 Ma
-
GAYA DAN TEGANGAN
Tegangan () adalah gaya per satuan luas
Gaya ( F ) Bending
-
Tegangan terjadi karena adanya gaya gaya yang terjadi seperti
gaya tarik, gaya tekan dan gaya geser. Berikut rumusan tegangan
yang disebabkan dari gaya gaya tersebut.
| Tegangan tarik
| Tegangan tekan
| Tegangan geser
-
| Bending merupakan proses mengubah bentuk lurus menjadi
melengkung. Pada proses bending bagian dalam lengkungan terjadi
tegangan kompresi sedangkan bagian luar lengkungan terjadi tegangan
tarik
| Persamaan yang digunakan untuk menghitung besarnya gaya pada
proses bending adalah
Gambar
-
L
C
A
M=F.L
Freaksi
Freaksi
Faksi
M
BA
Tegangan juga dapat terjadi karena momen yang terjadi pada benda
dibawah ini merupakan rumus tegangan akibat momen.
-
MESIN HOT PRESS
Proses hot press merupakan proses pembentukan kain berupa alur
alur yang disiapkan pada matras pada mesin, dengan adanya tegangan
dan tekanan yang terjadi pada posisi yang ditentukan maka akan
terjadi suatu bentuk topi tiruan yang mengalami proses hot
press.
-
ANALISA KESTABILANSuatu sistem yang stabil dapat didefinisikan
sebagai sistem yang memiliki respon sistem yang terbatas. Dengan
maksud, jika suatu sistem diberikan suatu input atau gangguan
dengan besaran terbatas, maka respon dari sistem tersebut dibatasi
pada besaran tertentu maka sistem tersebut bisa dikatakan
stabil.
Routh Hurwitz
Bode PlotNyquist
Root Locus
-
KRITERIA STABILITAS ROUTH HURWITZ
Kriteria stability yang ditemukan oleh E.J.Routh dan A.Hurwithz
merupakan kriteria yang penting dan handal diterapkan dalam analisa
stabilitas suatu sistem linier. Kriteria Routh-Hurwitz didasarkan
pada pengurutan koefisien persamaan karakteristik suatu sistem
transfer functionG(s) = p(s)/q(s) dengan persamaan karakteristik
(Ogata, 2002).
Diikuti suatu syarat:| Jika koefisien ai dari q(s) adalah nol
atau negatif, maka tidak semua akar
akar terletak pada s-plane disebelah kiri.| Jika tidak, maka
haruslah menggunakan kriteria Routh Hurwitz yang
diawali menyusun Routh Array.
Dimana : klik
-
Algoritma dalam menentukan bilangan yang dimasukkan dalam array
dapat dilakukan dengan mengikuti algoritma yang digunakan dalam
menentukan bilangan. Kriteria ini menyatakan bahwa akar banyaknya
akar positif persamaan karakteristik q(s) sama dengan terjadinya
perubahan tanda pada kolom pertama array yang ada.
.
-
BODE PLOTSuatu transfer functiondari suatu sistem G(s) dapat
dituliskan dengan dua cara yaitu sebagai berikut :
1. Dalam suatu frekwensi domain melalui hubungan:
Dimana :2. Dalam suatu besaran dan sudut fase (jw) dengan bentuk
:
Dimana :
Bode plot mempunyai fungsi untuk menyederhanakan gambaran
grafissuatu frekwensi response dengan bervariasi dimana persamaan
logaritmik gain yang didefinisikan sebagai berikut :
Sedangkan
-
PRINSIP DASAR PERPINDAHAN PANAS
Perpindahan panas didefinisikan sebagai proses berpindahnya
energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu dimana arah
perpindahan terjadi dari benda yang mempunyai temperatur tinggi ke
benda yang mempunyai temperatur lebih rendah. Secara umum mkanisme
perpindahan panas dapat dibagi menjadi tiga, yaitu : konduksi,
konveksi dan radiasi, perbedaan skematis proses perpindahan panas
tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini :
-
KONDUKSIKonduksi adalah proses perpindahan panas dimana panas
mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu
lebih rendah di dalam suatu media (padat, cair dan gas) atau
beberapa media berlainan yang bersinggungan secara langsung dan
tidak ada gerak relatif antara kedua media tersebut.
-
SISTEM PNEUMATIK
Sistem pneumatik terdiri dari peralatan dan perlengkapan yang
menghasilkan, mengontrol dan menghantarkan udara
bertekanan.Konstruksi dasar silinder pneumatik terdiri dari
beberapa bagian, antara lain :
| Tabung pneumatik| Saluran masuk| Saluran keluar| Batang Piston
| Seal| Bearing| Piston
-
TABUNG PNEUMATIKTabung silinder merupakan dinding silinder dan
piston meluncur pada permukaan dalam dinding. Diameter silinder
adalah dasar untuk tenaga output nominal silinder dan luas
permukaan yang menerima tekanan. Besarnya gaya dorong silinder
dapat dihitung dengan rumus :
Sedangkan besarnya gaya tarik silinder dapat dihitung dengan
rumus :
Dimana : F = gaya tolak efektif (kgf)P = tekanan kerja (kgf/mm2
atau bar)D = diameter piston (cm)d = diameter batang piston
(cm)gaya gesek (diambil 0,5-0,7)
Banyaknya pemakaian udara permenit
Sedangkan perbandingan kompresinya dapat diketahui dari rumus
dibawah iniDimana : n = jumlah langkah permenit
h = panjang langkah (cm)
-
SOLENIODSoleniod merupakan akuator elektrik yang banyak
digunakan untuk mengatur buka tutup dari valve pengontrol arah pada
pneumatik. Cara kerja solenoid dengan membuat daerah magnetik, yang
dihasilkan dengan mengalirkan arus listrik pada koil sehingga inti
solenoid akan tertarik. Apabila arus pada koil dihilangkan inti
solenoid akan kembali pada posisi semula karena adanya pegas yang
menariknya.
-
Metodologi Percobaan
Diagram alir
analisa
-
Metodologi perencanaan bertujuan untuk memberikan gambaran umum
proses menganalisa yang dilakukan, dimana terbagi dalam beberapa
bagian langkah langkah perencanaanyang dilakukan adalah sebagai
berikut:
| Studi literatur yang meliputi konsep dasar kontrol PLC, konsep
dasar kontrol Mesin Hot Press, karakter Mesin Hotpress.
| Tahap pengumpulan data.| Desain spesifikasi sistem kontrol. |
Desain Mesin Hot press. | Perencanaan cara kerja mesin hot press
topi tiruan dengan
PLC. | Analisa desain dan sistem konrol mesin hot press topi
tiruan
dengan PLC.| Merancang Mesin Hot Press dengan basis PLC.
-
Tugas akhir ini merupakan studi perencanaan mesin hot press
berbasis PLC dimana mesin hot press yang umumnya digunakan sebagai
alat untuk mengepress bahan kain jenis tertentu dan bisa juga
digunakan untuk mengepress benda benda yang lain.
Penggunaan PLC pada perencanaan ini bertujuan untuk mengetahui
pengaruh waktu terhadap hambatan yang terjadi sampai mendapatkan
temperatur yang diukur.
-
Pada pembuatan rancangan mesin Hot press berbasis PLC dengan
sistem pneumatic mengguankan 4 (empat) tahap:
1. Tahap pengumpulan data2. Tahap Perancangan Mesin Hot Press
Topi Tiruan
Tahap pengumpulan data Tahap Perancangan Mesin Hot Press Topi
Tiruan
-
TAHAP PENGUMPULAN DATAPada tahap pengumpulan data diperlukan
data data seperti berikut :
| Spesifikasi produk topi tiruan import.| Studi literature
tentang bahan topi tiruan.| Studi literature proses hot press.
-
TAHAP PERANCANGAN MESIN HOT PRESS TOPI TIRUAN
Rancangan mesin hot press berguna untuk mendapatkan gambaran
awal yang dapat digunakan dalam merangkai sistem kontrol mesin hot
press berbasis PLC. Dalam tahap ini akan dijelaskan tentang langkah
langkah kerja mesin hot press dan digambarkan diagram alir urutan
proses kerja mesin hot press berbasis PLC. Berikut adalah cara
kerja atau langkah langkah proses kerja dari mesin hot press:
Proses kerja dari mesin hot
press
-
SilinderPneumatik
Mesin Hotpress
Pressure Regulator
Unit Kontrol
Kompressor
Tombol Aktuator
Limit Switch
Saklar On/off
Saklar Otomatis
Saklar Temperatur Kontrol
Timer Otomatis
Timer
Temperatur Kontrol
Lampu On/Off
LampuTemperatur Kontrol
-
MANUAL
-
OTOMATIS
-
| Menyalakan computer untuk setting PLC serta meng-upload
program kerja ke dalam PLC.
| Setelah melalui setting di PLC, computer dapat di matikan.|
Menghidupkan saklar listrik mesin ke kondisi ON sehingga lampu
warna hijau akan menyala yang terletak di kotak kontrol.|
Melakukan pengaturan di temperature controller.| Menghidupkan
saklar heater di kondisi ON sehingga heater akan
memanaskan cetakan sampai temperatur mencapai set point.|
Menekan kontak untuk menjalankan silinder pneumatic sehingga
otomatis PLC berjalan dan menggerakkan silinder pneumatic untuk
memberikan tekanan pada cetakan terus secara berulang ulang yang
ditunjukkan oleh indikator lampu berwarna merah.
-
| Pada saat silinder pneumatic turun akan mengaktifkan timer
yang ada di PLC sehingga akan menghitung waktu penahanan sesuai
dengan set point, setelah waktu penahanan selesai maka silinder
pneumatic naik yang akan mengaktifkan timer untuk waktu menunggu
sebelum proses berikutnya.
| Proses ini akan terus berlangsung jika tetap menekan kontak
untuk menjalankan silinder pneumatic, jika proses sudah selesai
maka tahap berikutnya mematikan heater dan mematikan timer yang
selanjutnya mematikan saklar listrik yang semua panel tersebut
terletak di kotak kontrol.
-
DIAGRAM ALIR ANALISA KONTRUKSI DAN KONTROL PADA MESIN HOT
PRESS
-
analisa
-
ANALISA KONSTRUKSI DAN SISTEM KONTROL MESIN HOT PRESS
Pada tahap tahap ini dilakukan analisa pada desain mesin hot
press dan cara kerja mesin hot press
Analisa Konstruksi Mesin Hot Press Analisa Sistem Kontrol Mesin
Hot Press
-
ANALISA KONSTRUKSI MESIN HOTPRESS
Pada tahap berikut ini dilakukan pemilihan material untuk
membuat rangka mesin hot press.Dalam menganalisa desain di gunakan
bantuan softwareANSYS 11 yang dimana proses pengoperasiannya di
bagi menjadi dua tahap yaitu :
1. Membuat model 3 dimensi untuk tiap komponen komponennya
2. Merakit komponen menjadi satu dari pembuatan PartDesign
-
ANALISA SISTEM KONTROL MESIN HOT PRESS
Sistem kontrol yang berada di mesin hot press, yang hanya
meliputi analisa terhadap kestabilan sistem kontrol. menggunakan
bantuan MATLAB.Dengan software MATLAB dapat membantu menganalisa
sistem kontrol dengan memberikan batasan batasan yang
diperlukan
-
Perencanaan dan Analisa
-
PERENCANAAN KONSTRUKSI MESIN HOT PRESS BERBASIS PLC
Bahan baku yang dipakai dalam mesin ini berupa kain polyster.
Spesifikasi bahan yang dipakai mempunyai melting temperature
sebesar 158163 0C. Untuk membentuk profil topi tiruan diperlukan
beberapa perlakuan yaitu:
| Pemberian panas pada topi tiruan| Pemberian tekanan pada topi
tiruan
>
-
Pemberian panas ini dimaksudkan agar profil yang akan dibentuk
tidak akan kembali setelah proses hot press selesai dilakukan. Agar
seluruh produk mendapatkan panas yang sama maka pada saat melakukan
proses hot press dilakukan penahanan pada cetakan selama beberapa
saat dengan meting temperatur sekitar 158 163 0C.
Pemberian tekanan dimaksudkan agar kain yang di press dapat
melakukan pemberian panas yang tidak boleh melebihi dari batas
temperatur untuk bahan polyester.
Pemberian Panas dan Tekanan Pada Topi Tiruan
-
HEATER
Untuk menghasilkan panas maka dibutuhkan heater. Heater dipasang
dibagian bawah masing masing cetakan sehingga panas dapat diterima
oleh produk dari bagian atas dan bawah cetakan. Pada perancangan
ini heater yang dipakai mempunyai daya sebesar 350 watt, dengan
daya tersebut diharapkan dapat memanaskan cetakan dengan cepat
sehingga diharapkan akan menghasilkan produk dengan kualitas yang
baik.Konduktivitas panas aluminium (k) 200 W/m.k
-
>
-
Untuk mendapatkan temperatur pada bahan aluminium:
350 W = - 200 W/m.C x 0,010608 m (T2 T1) / 0,004 m(T2 T1) = -
0,659 0CT2 = T1 0,659 0C
Untuk mendapatkan temperatur pada material kuningan:
350 W = - 129 W/m.C x 0,007222 m (T3 T2) / 0,021 m(T3 T2) = -
7,889 0CT3 = T1 7,889 0C
Dengan rumus yang sama didapatkan temperatur pada cetakan atas
di bahan kuningan sebesar T3 = T1 7,889 dan temperatur pada cetakan
atas dengan bahan aluminium sebesar T2 = T1 0,659. Hal ini
disebabkan karena ada panas yang terbuang ke lingkungan.
-
SILINDER PNEUMATIK
Untuk memberikan penekanan maka dibutuhkan silinder pneumatik
yang dapat bergerak naik turun untuk memberikan tekanan pada produk
sehingga profil topi tiruan dapat berbentuk.
>
-
PEMILIHAN SILINDER DIDASARI ATAS PERTIMBANGAN
| Beban yang digerakkan relatif ringan sehingga tidak dibutuhkan
perangkat yang dapat mengangkat beban berat seperti pneumatik
hidrolik.
| Jika terjadi kebocoran fluida kerja silinder pneumatik tidak
membuat lingkungan menjadi kotor karena fluida kerjanya berupa
udara, sedangka silinder hidrolik akan menyebabkan kotor di
lingkungan karena kerja silinder berupa fluida cair (olie).
-
KOMPONEN SILINDER PNEUMATIK YANG AKAN DIPASANG ANTARA LAIN :
| Filter udara| Katup kontrol tekanan| Pelumas udara| Kontrol
katup pengarah| Katup pengontrol aliran
-
SYARAT SYARAT YANG DIBUTUHKAN DALAM MENENTUKAN BESARNYA SILINDER
PNEUMATIC:
| Beban tarik minimal (F2) : 4 kg ~ 39,2 N| Tekanan operasi
minimal : 2 kgf/cm2 ~ 200 Kpa ~ 2
bar| Panjang langkah (h) : 12 cm| Jumlah langkah permenit : 5
langkah| Koefisien gesek () : 0,5
(Buku petunjuk teknik Tenaga Fluida Pneumatik, The Hydro
Pneumatic Technical Centre)
>
-
F2 F1D
PP
F1
F2P
P
D
-
Dengan menggunakan rumus dari bab 2 untuk tabung pneumatic maka
dapat mencari:
4 = 0,785 x (D2 d2) x 2 x 0,5D2 d2 = 5,1 cmDari perhitungan
dengan batas minimum maka silinder pneumatic yang digunakan adalah
Dsilinder = 2,5cm dan dpiston = 1,2cm tetapi jika menggunakan
Dsilinder = 2,5cm maka tekanan operasi 2 bar tidak akan bisa
mengangkat beban seberat 4 Kg. maka sebaiknya menggunakan Dsilinder
= 3,2cm dan dpiston = 1,2cm yang telah ditentukan dari pasaran
untuk jenis pneumatic-nya. Berikut perhitungan jika menggunakan
Dsilinder= 3,2 cm.
F1 = 0,785 x 3,22 x 2 x 0,5F1 = 8 kg
-
Minimal 2 bar untuk mengangkat beban seberat 4 kg. Jika tekanan
maksimal yang diberikan pada silinder pneumatic sebesar 10 bar maka
F1 = 40 kg atau 394 N dan F2 = 34,5 kg atau 338,5 N.
Q =
Q = {(12. 3,14/4. 3,22) + 12. 3,14/4. (3,22 1,22)}.5. 2,97Q =
2,6 liter/menit
-
PERENCANAAN DESAIN MESIN HOT PRESSGuna memenuhi kebutuhan sesuai
dengan cara kerja mesin Hot Press yang telah direncanakan, maka
dibuat desain rangka mesin hot press yang dapat mendukung cara
kerja mesin tersebut, dengan cara:
| Pemilihan Material| Faktor Keamanan| Pemodelan Rangka Mesin
Hot Press
-
| tersediannya bahan material di pasaran.| Material yang dipilih
harus kuat untuk menahan beban
pada pengoperasiannya. | Material harus mudah dimachining.|
Material juga bukan penghantar panas yang baik
dikarenakan dalam konstruksi terdapat sebuah heater yang bisa
membuat seluruh konstruksi menjadi panas.
Kriteria pemilihan material untuk rangka sebagai berikut:
-
TABLE PERBANDINGAN MATERIAL
No Material Massa
jenis
(kg/m3)
Tensile
strength
(N/mm2)
Konduktivitas
panas
(W/m0C)
1 Mild steel 7850 420 510 55
2 Plat
aluminium
2600 70 - 140 200
(Tabel lampiran dari CWCT cladding forum, www.cwct.co.uk)
-
FAKTOR KEAMANANPenentuan besar keamanan disesuaikan dari
beberapa pertimbangan antara lain material, proses pembuatan, tipe
pembebanan, kondisi kerja dan bentuk komponen. factor factor yang
dipertimbangkan dalam penentuan factor keamanan, yaitu :
| Ketahanan sifat material selama proses pembebanan.| Kehandalan
pada saat menerima pembebanan.| Tingkat pembebanan.| Tingkat
kurangnya umur komponen pada saat terjadi
kegagalan.| Kerugian material pada saat terjadi kegagalan.
-
PEMODELAN RANGKA MESIN HOT PRESS
Untuk membantu membuat model model rangka dibutuhkan bantuan
software Catia V5R18. Setiap komponen dirancang permodelannya
kemudian bisa dirakit menjadi satu. Tahap membuat rangka dibagi
menjadi dua yaitu :
| Membuat model rangka dalam 3 dimensi.| Merakit semua model
dalam satu komponen.
>
-
TAHAP MEMBUAT MODEL 3 DIMENSI
Urutan urutan dalam pembuatan model 3 dimensi untuk tiap tiap
model rangka mesin hot press yaitu:
| Membuat sketsa gambar dalam bentuk 2 dimensi bisa dikerjakan
manual ataupun dalam bentuk Autocad2008
| Membuat model gambar 3 dimensi dari sketsa gambar 2
dimensi.
-
TAHAP MERAKIT MODEL MENJADI SUATU KOMPONEN UTUH
Berikut ini adalah langkah langkah merakit semua model menjadi
satu komponen:
| Memasukkan model model yang akan dirakit dan jumlah model
minimum 2 unit untuk dapat proses perakitan komponen.
| Memberikan kondisi batas pada model model yang akan siap
dirakit.
-
CONTOH PERHITUNGAN KEAMANANPerhitungan Keamanan Material
Terhadap Beban Yang Terjadi Dibagian Top Pneumatic Holder
-
| Data bahan rangkaBahan = Plat mild steelKekuatan luluh (Syp) =
36ksi ~ 252 N/mm2 ~ 25,7 kgf/mm2Modulus elastisitas (E) = 207
KN/mm2 ~ 2,07.104 kgf/mm2| Data bautKekuatan luluh = 210 MPa ~ 21
kgf/mm2 = 210 N/mm2Modulus elastisitas = 2,08.105 N/mm2 ~ 2,08.104
kgf/mm2Diameter baut = 0,25 inci = 6,35 mmKekuatan tarik = 120000
psi = 827,37 MPa = 827,37 N/mm2Kekuatan lelah = 73,77 MPa = 73,77
N/mm2| Bentuk dan dimensi rancangan mesin hot press ada pada
lampiran| Asumsi gaya yang terjadiGaya yang bekerja gaya
dinamisGaya luar yang terjadi = 9,9 kgfGaya pengencangan awal = 2
kgf
-
CONTOH ANALISA PERHITUNGAN TERJADINYA TEGANGAN
AR
Fpneumatik
I
MR
II III
X3
X2
X1
WPneumatik
Wbalok
>
-
| Diketahui:Wbalok = 0,29 Kg = 2,9 NWpneumatik = 1,33 Kg = 13,3
NFpneumatik = A . 9,9Kgf/cm2 = A . 97,02 N/cm2
= r2 . 97,2 N/cm2= 3,14 . (0,155 cm)2 . 97,02 N/cm2= 731,9 N
AR max= Fpneumatik - Wbalok - Wpneumatik= 731,9 N 2,9 N 13,3 N=
715,7 N
M dititik A = 0MR + (Wpneumatik Fpneumatik) . AC + (Wbalok . AB)
= 0MR = (-Wpneumatik + Fpneumatik) . AC - (Wbalok . AB)MR = (- 13,3
N + 731,9 N). 43 mm - (2,9 N . 37,5 mm)MR = 30791,05 N.mm
-
POTONGAN I
M di titik potong = 0 (cw + )-Mx1 + MR - AR . X1 = 0X1 = 0Mx1 =
MR - AR . X1
= 30791,05 N.mm - 715,7 N . 0 = 30791,05 N.mm
X1 = 37,5 mmMx1 = MR - AR . X1
= 30791,05 N.mm - 715,7 N . 37,5mm= 3952,3 N.mm
MR MX1
AR
-
POTONGAN II:
| M di titik potong = 0 (cw +)-Mx2 + MR AR . X2 (Wbalok). (AC
AB) = 0Mx2 = MR - AR . X2 - (Wbalok) . (AC AB)X2 = 37,5 mmMx2 = MR
- AR . X2 - (Wbalok) . (AC - AB)
= 30791,05 N.mm - 715,7 N . 37,5 mm - (2,9 N). (43 mm
37,5mm)
= 3936,35 N.mmX2 = 43mmMx2 = MR - AR . X2 - (Wbalok) . (AC -
AB)
= 30791,05 N.mm - 715,7 N . 43 mm - (2,9 N). (43 mm 37,5mm)
= 0 N.mm
X1
Wbalok
BAMR MX2
AR
-
POTONGAN III
M di titik potong = 0 (cw +)Mx2 = 0 N.mm
Mx3
-
DIAGRAM MOMEN BIDANG TOP PNEUMATIK HOLDER
30791,05
3968,25
DCBA
-
CONTOH PERHITUNGAN KEAMANAN PADA BAUT DI SAMBUNGAN TOP PNEUMATIK
HOLDER
AR
X3
X2
X1
Wbalok
Wpneumatik
Fpneumatik
>
-
| Gaya maksimum yang bekerja pada baut:Fv = 0 ( + )Fpneumatik
ARmax Wbalok Wpneumatik = 0731,9 N - ARmax - 2,9 N - 13,3 N =
0ARmax = 731,9 N - 2,9 N - 13,3 N
= 715,7 N
| Gaya minimum yang bekerja pada baut:Fv = 0 ( + )-ARmin Wbalok
Wpneumatik = 0-ARmin - 2,9 N - 13,3 N = 0ARmin = 2,9 N + 13,3 N
= - 16,2 N
-
Mencari gaya eksternal rata-rata:
Daerah yang terkena tegangan tarik : 0,0318 in2=20,516 mm2(table
16-1).
Faktor konsentrasi tegangan:
NNNArAr
Arave 75,3492)2,16(7,715
2minmax =+=+=
NNNArAr
Arr 95,3652)2,16(7,715
2minmax ===
22 048,17516,2075,349
mmN
mmN
ave ==
22 78,67516,2095,3658,3
mmN
mmNxk r ==
-
HASIL GRAFIK SODENBERG
Dari hasil yang didapatkan, baut dengan ukuran Dbaut = 0,25
inchi sangat aman terhadap tegangan yang terjadi dikarenakan hasil
perhitungan dan nilai koordinat perhitungan analisa fatique baut
terletak didalam batas keamanan di garis arsiran
Syp
Se
67,78
17,048
73,77
210
-
HASIL ANALISA MENURUT SOFTWARE ANSYS
-
Dengan diketahuinya tegangan dan bahan maka dapat diketahui aman
tidaknya suatu material yang ditentukan dari keadaan maksimal
dengan keadaan material sampai getas sehingga nilai safety
factor-nya adalah 6, maka hasil perrbandingan kemanan yang terjadi
adalah:
NSymaksimume
Nmm
N
mmN 2
6
2
10.2520479,2
6
10.2520479,2
26
2mm
N
mmN
26
2 10.420479,2 mmN
mmN
-
ANALISA KONTROL PADA MESIN HOT PRESS BERBASIS PLC DENGAN
SIMULINK
MATLAB
Pada mesin hot press pengontrolan temperatur disimulasikan
dengan software Matlab7, dalam simulasi ini diasumsikan panas
berpindah di satu arah dan sekitar cetakan yang diisolasi dan
mengabaikan distrubance yang terjadi, sistem kontrol merupakan
sistem linier.
-
Hasil simulasi adalah berupa grafik response dan kestabilan
sistemnya
Grafik hasil simulasi yang didapat diatas mengalami osilasi
(underdamp), tetapi setelah beberapa saat kemudian sistem akan
stabil setelah set point tercapai.
>
-
Tp atau peak timePeak time adalah waktu yang diperlukan untuk
mencapai peak pertama dari overshoot.
-
Persen Overshoot (%OS)Persen overshoot adalah nilai puncak
(peak) maksimum dari kurva respon yang diukur dari satu atau
pengertian lainnya
-
Settling time atau TsSettling time adalah waktu yang diperlukan
untuk mencapai dan tetap di dalam sebuah range nilai akhir yang
ditetapkan oleh persentase absolut dari nilai akhir (biasanya 5%
atau 2%).
-
Rise time adalah waktu yang diperlukan untuk naik dari 10 90%, 5
55%, atau 0 100% dari nilai akhirnya.Untuk sistem underdamped : 0
100%Untuk sistem overdamped : 10 90%
Perlu diketahui bahwa rise time, settling time, dan peak
timememberikan informasi mengenai kecepatan dan kualitas" respon
transien. Besaran besaran ini dapat membantu perancang untuk
mencapai kecepatan yang diinginkan tanpa osilasi atau overshoot
yang berlebihan.
-
Analisa kestabilan dengan nyquistDiagram nyquist adalah diagram
polar yang menyatakan kestabilan system dengan batasan tidak boleh
mencakup nilai -1 dan sistem control tersebut bisa dinyatakan dalam
kondisi yang stabil atau aman digunakan sistemnya.
sistem control yang terletak di mesin hot press ini dikatakan
stabil bahwa diagram nyquist-nya tidak mencakup nilai -1. >
-
Kriteria kestabilan Routhhurwitz merupakan kriteria kestabilan
yang menyatakan kestabilan absolut suatu sistemkontrol. Dengan
hasil transfer function sistem sebagai berikut:
Analisa kestabilan dengan metode routh hurwitch
-
Dapat juga dilihat dari akar-akar karakteristiknya yang
didapatkan dengan bantuan software MATLAB.
Analisa kestabilan dengan metode routh hurwitch
)()(
sVsV
i
o24131,09320.000004.0
2,392 ++ ss=
-
Kriteria kestabilan menurut root locus adalah merupakan metode
untuk menganalisis kestabilan suatu sistem terkendali. Jika sistem
yang terjadi didalam mesin hot press ini termasuk sistem yang
dikatakan sangat stabil dikarenakan kutub kutubnya berada tepat
didalam sumbu sumbunya, berikut hasil dari analisa root locus:
Analisa kestabilan sistem dengan metode root locus
>
-
Dapat juga dilihat dari akar akar karakteristiknya yang
didapatkan dengan bantuan software MATLAB.
S1 = - 2,315486S2 = - 0,000014
Dari kondisi akar akar yang dihasilkan paling terkecil nilainya
maka dapat disimpulkan bahwa akar akar sistem berada pada sumbu
sumbu plane (ditunjukkan oleh besaran yang nilai terkecilnya
negatif dari akar-akar tersebut) yang berarti semua sistem kontrol
yang ada didalam kondisi sistem mesin hot press termasuk stabil
absolut.
-
KESIMPULAN1. Tabel Perbandingan material
No Material
Massa
Jenis
( kg/m3 )
Machining
ability
Score 1 - 10
Tensile
strength
( N/mm2 )
Biaya / harga
Score 1 10
1 Mild steel 7850 5 420 - 510 3
2Plat
almunium2600 3 70 - 140 7
-
2.Dengan beban maksimal sebesar 9,9kgf/cm2 yang dibebankan pada
bagian top holder silinder pneumatik dan bagian bawah
pneumaticholder didapatkan tegangan maksimum sebesar 2,0479 N/m2
yang terletak pada bagian bawah dari pneumatic holder, sedangkan
tegangan minimum yang bekerja pada rangka yaitu 1,705.10-8
N/m2terletak pada bagian standing support. Tegangan yang terjadi
tersebut masih dibawah tegangan ijin material konstruksi mesin hot
press.
3.Sistem kontrol pada mesin hot press mempunyai transfer
funtion
=
Transfer function diatas dihasilkan dengan asumsi semua
disturbance yang ada diabaikan.
)()(
sVsV
i
o24131,009320.000004.0
2,392 ++ ss
-
4.Sistem kontrol dalam keadaan stabil absolut setelah dianalisa
dengan kestabilan ROUTH HURWITZ ditunjukkan dengan akar akar sistem
berada pada sisi kiri S-plane (ditunjukkan oleh besaran yang
nilainya negatif dari akar-akar tersebut) yang berarti sistem dalam
kondisi stabil absolut. Akar-akar karakteristik dari tranfer
function adalah - 2,3300 & -0,0000.
5.PLC yang digunakan dengan proses digital menghasilkan respon
yang sangat baik sehingga untuk mencapai kestabilannya lebih cepat
jika dibandingkan dengan control relay.
-
DAFTAR PUSTAKA Deutchman, Aaron D, Machine Design: Theory And
Practice, Macmillan Publishing
Co Inc., New York, 1975. Chao-Heng Chien, Hui-Min Yu,
Fabrication Of Switches On Polymer-Based By Hot
Embossing, Mechanical Engineering Department, Tatung University,
Taipei, Taiwan, 2006.
J. Zhao, P. Glendenning, G. Chen, Y. K. Juay and M. S. Yong,
Development of Polymer Hot Embossing Process for Moulded
Interconnect Devices, 2002.
Widya Septiawan, Budi. Perancangan dan Analisa Mesin Emboss Kain
Untuk Daun Tiruan Dengan Sistem Pneumatik, 2004.
Hanif, ahmad. Penerapan PLC Sebagai Sistem Kendali Pada Mesin
Konveyor. Universitas Negeri Semarang, Teknik Mesin. 2006.
Wayan Berata, Diktat Elemen Mesin, Jurusan Teknik Mesin,
FTI-ITS, Surabaya, 2002.
Curtis Johnson, Process Control Instrumentation Technology, 4th
Edition, Prentice Hall International Inc, New Jersey, 1993.
The Hydro-Pneumatic Technical Centre,Buku Petunjuk Teknik Tenaga
Fluida Pneumatik, Jepang.
Ogata, Katsuhiko,Teknik Kontrol Automatik, Edisi Kedua,
Erlangga, Jakarta. www.cwck..co.uk
www.fibersource.com/f-tutor/polyester.html
-
Terima Kasih
1 2 3 4 5
LATAR BELAKANGPERUMUSAN MASALAHTUJUANMANFAAT PERENCANAANBATASAN
MASALAH MESIN HOT PRESSKOMPONEN KOMPONEN PENDUKUNGNYA:PLCGAYA DAN
TEGANGANMESIN HOT PRESSANALISA KESTABILANKRITERIA STABILITAS ROUTH
HURWITZBODE PLOTPRINSIP DASAR PERPINDAHAN PANASKONDUKSISISTEM
PNEUMATIKTABUNG PNEUMATIKSOLENIODTAHAP PENGUMPULAN DATATAHAP
PERANCANGAN MESIN HOT PRESS TOPI TIRUANMANUALOTOMATISDIAGRAM ALIR
ANALISA KONTRUKSI DAN KONTROL PADA MESIN HOT PRESSANALISA
KONSTRUKSI DAN SISTEM KONTROL MESIN HOT PRESSANALISA KONSTRUKSI
MESIN HOT PRESSANALISA SISTEM KONTROL MESIN HOT PRESSPERENCANAAN
KONSTRUKSI MESIN HOT PRESS BERBASIS PLCHEATERSILINDER
PNEUMATIKPEMILIHAN SILINDER DIDASARI ATAS PERTIMBANGANKOMPONEN
SILINDER PNEUMATIK YANG AKAN DIPASANG ANTARA LAIN :SYARAT SYARAT
YANG DIBUTUHKAN DALAM MENENTUKAN BESARNYA SILINDER
PNEUMATIC:PERENCANAAN DESAIN MESIN HOT PRESSTABLE PERBANDINGAN
MATERIALFAKTOR KEAMANANPEMODELAN RANGKA MESIN HOT PRESSTAHAP
MEMBUAT MODEL 3 DIMENSITAHAP MERAKIT MODEL MENJADI SUATU KOMPONEN
UTUHCONTOH PERHITUNGAN KEAMANANCONTOH ANALISA PERHITUNGAN
TERJADINYA TEGANGANPOTONGAN IPOTONGAN II:POTONGAN IIIDIAGRAM MOMEN
BIDANG TOP PNEUMATIK HOLDERCONTOH PERHITUNGAN KEAMANAN PADA BAUT DI
SAMBUNGAN TOP PNEUMATIK HOLDERHASIL GRAFIK SODENBERGHASIL ANALISA
MENURUT SOFTWARE ANSYSANALISA KONTROL PADA MESIN HOT PRESS BERBASIS
PLC DENGAN SIMULINK MATLABKESIMPULANDAFTAR PUSTAKA