ANALISA SISTEM PNEUMATIK ALAT PEMOTONG SERAT ALAM

Transkripsi

1 ANALISA SISTEM PNEUMATIK ALAT PEMOTONG SERAT ALAM Oleh : Ismet Eka Putra, M. Haris Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Padang Abstract Pada era otomatisasi, pekerjaan secara manual dapat digantikan dengan cara yang otomatis. Operasi tetap merupakan bagian penting dari sistem meskipun dengan mengubah tuntutan pada input fisik sebagai tingkat mekanisasi. Mesin pemotong bahan baku material komposit dengan serat alam merupakan mesin dengan sistem kerja mekanik. Dimana, mesin ini menggunakan sistem pneumatik sebagai penggerak dari mata pisau pemotong serat alam. Penelitian ini bertujuan untuk mencari alternatif yang lebih cepat dalam menggerakkan lengan angkat pada saat memotong dan mendorong serat alam. Pengambilan data pada penelitian ini adalah dengan cara mengukur waktu pemotongan serat dengan variasi tekanan yang diberikan ke sistem. Data penelitian yang diperoleh adalah waktu pemotongan serat dan kecepatan piston. Alat pemotong serat sistem pneumatik ini mampu memotong dalam waktu detik dengan kecepatan piston 549 mm/detik pada tekanan udara 0,5 Mpa. Makin besar tekanan udara yang diberikan makin singkat waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam, dan makin besar nilai kecepatan piston. Kata-kata kunci : otomatisasi, pneumatik, serat alam 1. PENDAHULUAN Menurut Renreng dan Hay (2015), kemajuan teknologi saat ini semakin serius dikembangkan oleh negara-negara di dunia, termasuk teknologi ramah lingkungan yang menjadi tantangan yang terus diteliti oleh para pakar. Salah satunya adalah teknologi komposit dengan material serat alam (Natural Fiber). Tuntutan teknologi ini disesuaikan juga dengan keadaan alam yang mendukung untuk pemanfaatannya secara langsung. Ada beberapa keuntungan yang mendasar yang dimiliki oleh serat alam : 1. Jumlahnya berlimpah, 2. Memiliki specific costyang rendah, 3. Dapat diperbaruhi, 4. Tidak mencemari lingkungan, Penelitian dan pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di Indonesia dalam bidang pembuatan material komposit untuk memenuhi berbagai macam tujuan/kebutuhan telah banyak dilakukan baik dari kalangan perindustrian maupun pendidikan. Ketersedian bahan baku serat sebagai penguat yang berlimpah baik dari serat penguat komposit organik maupun serat penguat anorgonik dan kebutuhan/ permintaan hasil olahan material komposit yang cukup tinggi dipasaran menjadi alasan pada penelitian ini. (Yudo dan Jat miko, 2008). Dalam perkembangan teknologi manufaktur terdapat beberapa tuntutantuntutan untuk menghasilkan produk dalam waktu yang singkat dengan biaya yang rendah dan berkualitas maka, untuk memenuhi tuntutan tersebut dalam menghasailkan suatu produk dibutuhkan seorang operator yang mempunyai skilltinggi dengan kompleksitas perlengkapannya (Susandi, dkk, 2015). Pada era otomatisasi ini, di mana pekerjaan secara manual dapat digantikan dengan pekerjaan dengan cara yang otomatis. Operasi tetap merupakan bagian penting dari sistem meskipun dengan mengubah tuntutan pada input fisik sebagai tingkat mekanisasi. Mesin pemotong bahan baku material komposit dengan serat alam merupakan mesin dengan sistem kerja mekanik. Dimana, mesin ini menggunakan sistem pneumatik sebagai penggerak dari mata pisau pemotong serat alam. Namun di kampus Institut Teknologi Padang khususnya pada Program Studi Teknik Mesin hanya ada mesin pemotong serat semi otomatis tanpa menggunakan sistem pneumatik, oleh karena itu perlu inovasi untuk mengembangkan sebuah mesin pemotong serat semi otomatis dengan sistem pnematik. Alat pemotong serat yang telah digunakan atau yang dirancang sebelumnya oleh mahasiswa Institut Teknologi Padang DOI /JM.2017.V ITP Press. All right reserved. 50

2 menggunakan sistem poros engkol, sehingga pada penelitian ini diharapkan proses pemotongan serat lebih efektif dan efesien dengan menggunakan alat pemotong serat dengan sistem pneumatik. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pneumatik Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Kata pneumatik berasasal dari bahasa yunani pneuma yang berarti nafas atau udara. Jadi pneumatik berarti terisi udara atau digerakkan udara mampat. 2.2 Perkembangan dan kepentingan pneumatik Udara atmosfer yang dihisap oleh kompresor dan dimanfaatkan dari tekanan normal (0,98 bar) sampai tekanan yang lebih tinggi (biasanya antara 4 dan 8 bar) disebut udara mampat. Disebabkan oleh penurunan tekanan udara dan suhu, atau juga disebabkan oleh pemuaian udara mampat ini dalam suatu alat pneumatik maka energi pontensial yang terkandung dalam udara diubah menjadi energi kinetik, sehingga alat ini dapat menghasilkan kerja mekanis. Dalam berapa hal, tekanan udara mampat dapat digunakan secara langsung. Fungsi udara mampat ini sebenarnya adalah sebagai sumber tenaga. 2.3 Sistem Pneumatik Gambar 2.1 menunjukan komponenkomponen suatu sistem pneumatik. Aktuator dasar adalah juga sebuah silinder, dengan gaya maksimum pada poros akan ditentukan oleh tekanan udara dan luas penampang piston. Sistem pneumatik membutuhkan aktuator yang lebih besar dibanding sistem hidrolik untuk beban yang sama. Gambar 2.1 Sistem Pneumatik Katup yang mengirimkan udara ke silinder beroperasi dengan cara yang serupa ke ekuivalen hidroliknya. Satu perbedaan penting muncul dari kenyataan sederhana bahwa udara adalah bebas, maka udara balik akan dengan mudah dilepaskan ke atmosfer. Udara dihisap dari atmosfer lewat filter udara dan dinaikan ke tekanan yang dibutuhkan oleh sebuah kompresor udara (biasanya digerekkan oleh sebuah motor AC). Temperatur udara dinaikkan cukup banyak oleh kompresor ini. Udara juga mengandung uap air dalam jumlah besar. Sebelum dapat digunakan, udara harus didinginkan, dan ini menyebabkan kondensasi dan pengolahan udara. Kompresibilitasi suatu gas diperlukan untuk menyimpan sejumlah gas bertekanan dalam reservoir, untuk ditarik oleh beban. Tanpa servoir ini, suatu kenaikan eksponensial tekanan yang lambat bila katub dibuka terlebih dahulu. Jadi, sebuah unit pengolahan udara mesti disertai dengan reservoir udara. 2.4 Komponen-komponen Pneumatik Dalam penggunakan aplikasi sistem pneumatik sangat penting untuk memilih komponen-komponen yang tepat. Komponen-komponen pneumatik dibagi atas beberapa bagian (Krist, T., dan Ginting, D., 1993) : 1. Sumber energi (energi supply) seperti kompresor, tangki udara (reservoir), unit penyiapan udara (air service unit), unit penyalur udara (air distribution unit) dan lain-lain. 2. Actuator (actuator), seperti silinder kerja tunggal, silinder kerja ganda dan lainlain. 3. Elemen control (control element), seperti katup jenis 5/2, 3/2, flow regulator,dan lain-lain. 4. Elment masukan (input elments), seperti sensor, tombol, pedal, roller dansebagainya. 2.5 Symbol dan standarisasi dalam pneumatik Pada pneumatik telah ditetapkan standar lambang-lambang bagan untuk unsur hubungan antar komponen pneumatik, sehingga hubungan-hubungan yang direncanakan menjadi jelas. Lambanglambang hubungan ini ditetapkan dalam ISO 51

3 mengenai Circuit symbol for fluidic equipment and system. Setiap penomoran dan pemberian huruf pada setiap komponen mengikuti ketentuan DIN ISO Selain itu terdapat ketentuan keamanan sistem pneumatic yang diatur dalam ketentuan VDI 3229 mengenai Technical Design Guidelines for Machine Tools and other Production Equipment. Komponen pneumatik dan simbolnya Berupa: Sumber energi, katup dan berbagai port serta mekanismenya, pengkondisi fluida, sambungan fluida. Gambar 3.1 Rangkaian alat sistem pneumatik pemotong serat alam Keterangan gambar : 1. Silinder double acting 2. Roller valve 3. Katup 3/2 NC Push Button 4. Regulator 5. Katup 5/2 3.3 Diagram alir penelitian Penelitian ini dilaksanakan secara sistematis dan struktur pelaksanaannya dengan prosedur penelitian seperti pada gambar 3.2. Gambar 2.2 Simbol Pneumatik 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Falkultas Teknologi Industri Institut Teknologi Padang mulai 15 Januari 2017 sampai 15 Februri Alat Penelitian Peralatan penelitian yang digunakan adalah alat pemotong serat alam yang diproduksi mahasiswa Teknik Mesin Institut Teknologi Padang, seperti tampak pada gambar 3.1 Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian 52

4 3.4 Rangkaian Pneumatik Berdasarkan step diagram gerak, dapat dirancang sirkuit pneumatik yang akan digunakan pada alat untuk pemotong serat alam yang diproduksi mahasiswa Teknik mesin menggantikan sistem poros engkol, sehingga alat tersebut dapat beroperasi secara otomatis ketika proses mendorong serat alam dan memotong (menekan) serat alam. Sirkuit pneumatik diperlihatkan pada gambar HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Rangkaian Pneumatik Berdasarkan step diagram gerak, dapat dirancang sirkuit pneumatik yang akan digunakan pada alat pemotong serat alam. Dengan diterapkannya rangkaian pneumatik, maka akan diperoleh sistem kerja yang baru pada alat tersebut dan dapat beroperasi secara otomatis seperti terlihat pada gambar 4.1 berikut : Gambar 3.3 Rangkaian pneumatik alat pemotong serat alam 3.5 Komponen Pneumatik Komponen alat kontrol pneumatik yang digunakan pada alat pemotong serat alam : 1 Silinder Pneumatik A = 2 buah Jenis = Silinder kerja ganda Tekanan terukur = 10 bar = 1 N/mm 2 Diameter batang = 15 mm piston(d) 2 Silinder pneumatik = 1 buah Jenis = Silinder kerja ganda Tekanan terukur = 10 bar = 1 N/mm 2 Diameter batang = 20 mm piston(d) 3 Katup 5/2 = 2 buah 4 Katup 3/2 NC push = 1 buah button 5 Sensor = 3 buah tekanpegas3/2nc 6 One way flow control = 4 buah 7 Unit kompresor = 1 unit 8 Selang Pneumatik = 10 m Gambar 4.1 Rangkaian pneumatik alat pemotong serat alam dengan push button Ketika push button A ditekan dan katup NC terbuka, fluida udara dari sumber diteruskan menuju ke katup 5/2. Udara yang masuk kemudian mendorong katup 5/2 sehingga katup NC terbuka dan udara supplai dari katup (P) keluar dari saluran 4 (14) kemudian diteruskan ke one way flow control. Intensitas udara yang keluar dari one way flow control diteruskan ke silinder A dan silinder A maju mendorong serat alam sampai batas maksimal (posisi A1). Kecepatan terdorongnya silinder tergantung pada penyetelan one way flow control pengatur langkah mundur (V2). Pada ujung langkah maju maksimal silinder A dipasang sensor tekan berpegas yang berfungsi sebagai pengganti push button (A1) dan katup NC terbuka fluida udara dari sumber diteruskan menuju ke katup 5/2. Udara yang masuk kemudian mendorong katup 5/2 sehingga katup NC terbuka dan udara supplai dari katup (P) keluar dari saluran 4 (14) kemudian 53

5 diteruskan ke one way flow control. Intensitas udara yang keluar dari one way flow control diteruskan ke silinder B dan silinder B yang dipasang mata pisau turun sampai batas maksimal (posisi B2) untuk memotong serat alam. Kecepatan terdorongnya silinder B tergantung pada penyetelan one way flow control pengatur langkah mundur (V4). Pada ujung langkah maju maksimal silinder B dipasang sensor tekan berpegas yang berfungsi sebagai pengganti push button (B1) dan katup NC terbuka fluida udara dari sumber diteruskan menuju ke katup 5/2. Udara yang masuk kemudian mendorong katup 5/2 sehingga katup NC terbuka dan udara supplai dari katup (P) keluar dari saluran 4 (14) kemudian diteruskan ke one way flow control. Intensitas udara yang keluar dari one way flow control diteruskan ke silinder A dan mendorong silinder A mundur sampai batas maksimal (posisi A0), kemudian lintasan pneumatik terisi kembali oleh serat alam. Kecepatan terdorongnya silinder A mundur tergantung pada penyetelan one way flow control pengatur langkah maju (V1). Saat silinder A berada pada posisi A0, dipasang sensor tekan berpegas yang berfungsi sebagai pengganti push button (A0) dan katup NC terbuka fluida udara dari sumber diteruskan menuju ke katup 5/2. Udara yang masuk kemudian mendorong katup 5/2 sehingga katup NC terbuka dan udara supplai dari katup (P) keluar dari saluran 4 (14) kemudian diteruskan ke one way flow control. Intensitas udara yang keluar dari one way flow control diteruskan ke silinder B dan silinder B tempat dipasangnya mata pisau naik kembali sampai batas maksimal (posisi b0). Kecepatan terdorongnya silinder B mundur tergantung pada penyetelan one way flow control pengatur langkah maju (V3). Mundurnya silinder secara otomatis karena ujung silinder sudah menyentuh dan menekan sensor. Walaupun sensor sudah tidak tertekan ketika silinder B mundur tetapi silinder tetap mendapat aliran dorongan udara dari power pada katup 5/2 karena fungsi sensor tekan hanya untuk mengubah posisi katup dari posisi kerja 14 menjadi 12. Langkah kerja ini akan berlangsung secara terus menerus ketika silinder B dipasang sensor tekan berpegas yang berfungsi sebagai pengganti push button (B0) dan katup NC terbuka fluida udara dari sumber diteruskan menuju ke katup 5/2 dengan 3/2 NC push button yang ditekan terus-menerus atau dikunci sebagaimana pada gambar berikut : Gambar 4.2 Rangkaian pneumatik alat pemotong serat alam dengan 3/2 NC Push Button yang dikunci 4.2 Hasil Analisis Gerak Alat Potong Serat Berdasarkan proses pemotongan serat alam menggunakan sistem penggerak pneumatik, maka diperoleh waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk proses pemotongan serat alam seperti pada tabel 4.1 Tabel 4.1Waktu rata-rata proses pemotongan serat alam (detik) pada tekanan udara 0.2; 0,3; 0,4; 0,5 Mpa No Tekanan Udara (MPa) Waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam (t) <detik> Rata-rata waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam (t) <detik>

6 Dari tabel 4.1 dapat dilihat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam berbanding terbalik dengan tekanan udara yang diberikan ke dalam sistem pneumatik. Semakin besar tekanan udara yang diberikan semakin singkat waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam, sebagaimana terlihat pada grafik berikut ini : Kecepatan Piston (V) <mm/detik> Waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam (t) <detik> Gambar 4.1 Hubungan Tekanan Udara (Mpa) dengan waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam (detik) Dari tabel 4.1 dan gambar 4.1 bahwa tekanan berpengaruh terhadap waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam. Makin singkat waktu yang dibutuhkan menunjukkan makin besar kecepatan piston yang dihasilkan, seperti pada tabel 4.2 berikut : Tabel 4.2 Kecepatan piston pada tekanan udara 0.2;0,3;0,4;0,5 Mpa Proses Tekanan Udara (Mpa) Kecepatan Piston (mm/detik) Pneumatik Rata-rata Waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam (t) <detik> Tekanan Udara yang masuk ke silind <MPa> Kecepatan piston tersebut dipengaruhi oleh beban (gaya yang melawan silinder yaitu serat) dan tekanan kerja yang diberikan, seperti terlihat pada gambar 4.2 berikut : Gambar 4.2 Hubungan tekanan udara (MPa) dengan kecepatan piston (mm/detik) Perbandingan dengan alat pemotong serat dengan sistem poros engkol (said;2016), bahwa dengan sistem pneumatik gaya dorong yang dihasilkan melalui pengamatan lebih besar, dan jumlah pemotongan yang dihasilkan lebih banyak, seperti tampak pada tabel 4.2 Tabel 4.2 Perbandingan jumlah proses pemotongan sistem pneumatik dan poros engkol Proses Tekanan (Mpa) Poros Engkol 1 Pneumatik Waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam (t) <detik> Dari tabel 4.2 dapat kita lihat perbandingan antara sistem pneumatik dengan poros engkol. Pada tekanan 0.5 MPa, sistem pneumatik mampu memotong serat dua kali lipat dibandingakan dengan poros engkol. Artinya volume serat yang terpotong menggunakan sistem pneumatik dua kali lipat besarnya dibandingkan dengan poros engkol. 5. KESIMPULAN Tekanan Udara (P) <MPa) 1. Waktu yang dibutuhkan untuk memotong serat alam dengan menggunakan sistem pneumatik tergantung dengan tekanan udara yang diberikan, makin besar tekanan udara yang diberikan makin singkat waktu 55

7 yang dibutuhkan untuk memotong serat alam. 2. Kecepatan piston bergantung kepada beban dan tekanan kerja. Makin kecil beban dan makin besar tekanan kerja maka makin besar nilai kecepatan piston. 3. Alat pemotong serat sistem pneumatik ini mampu memotong dalam waktu detik dengan kecepatan piston 549 mm/detik, pada tekanan udara 0,5 Mpa. Kekuatan Tarik Dan Impak. Universitas Diponegoro. Jawa Tengah DAFTAR PUSTAKA Antoni, Al, A. (2009) : Perancangan Simulasi Sistem Penggerak Dengan Pengontrolan Pneumatik Untuk Mesin Pengamplas Kayu Otomatis, Universitas Sriwijaya. Palembang. Lutfi, Yuke, B dan Tri, Ferdy, P. (2014) : Mesin Pengepres Plastik Dengan Sistem Penggerak Pneumatik, ITS. Surabaya. Ikhsan, M, Saruna, Poeng Rudi, Dan Rantung, Jotje. (2013) : Analisa Sistem Penggerak Pneumatik Alat Angkat Kendaraan Niaga Kapasitas 2 Ton, Universitas Sam Ratunglangi Manado, Sulawesi Utara. Marthen, Samuel dan Noor, Azman, H, (2012) : Perancangan Instalasi Kontrol Pneumatik Menggunakan Metode Cascade Pada Alat Pelumatan Tanah Liat Sebagai Bahan Dasar Bata Merah. Politeknik Negeri Ambon. Maluku. Parr. Andrew (1991, 1998) : Hidrolika Dan Pneumatika Pedoman Untuk Teknisi Dan Insinyur. England. Rengreng, Ilyas dan Hay, Abdul, M. (2015) : Kekuatan Tarik Komposit Serat Kelapa ( Coco Nucifera) Dengan Perlakuan Curcuma Dom. Universitas Hasanuddin. Makasar. Susandi, D, Rachmat, A, Samanta Y, Dan Priyatna. G. (2015) : Perancangan Mesin Pemotong Bahan Baku Genteng Dengan Sistem Kendali PLC Smart Relay (SR3B101FU). Universitas Majalengka. Jawa Barat. Yudo, H, Dan Jatmiko, S. (2008) : Analisa Teknis Kekuatan Mekanis Material Komposit Berpenguat Serat Ampas Tebu ( Baggase) Ditinjau Dari 56