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