4 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Aluminium
Aluminium adalah logam yang paling banyak terdapat di kerak bumi, dan unsur ketiga terbanyak setelah oksigen dan silikon. Aluminium terdapat dikerak bumi sebanyak kira-kira 8,07% hingga 8,23% dari seluruh massa padat dari kerak bumi, dengan produksi tahunan dunia sekitar 30 juta ton pertahundalam bentuk bauksit dan bebatuan lain seperti corrundum, gibbsite, boehmite,diaspore, dan lain-lain. Sulit menemukan aluminium murni di alam karenaaluminium merupakan logam yang cukup reaktif.
Aluminium telah menjadi logam yang luas penggunaannya setelah baja.Perkembangan ini didasarkan pada sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi,kekuatan dan ductility yang cukup baik (aluminium paduan), mudah diproduksidan cukup ekonomis (aluminium daur ulang). Yang paling terkenal adalahpenggunaan aluminium sebagai bahan pembuat pesawat terbang, yang memanfaatkan sifat ringan dan kuatnya.
Aluminium digunakan secara luas dalam dunia modern. Memiliki penampilan berwarna putih keperakan dan menampilkan banyak sifat yang tidak biasa.Aluminium memiliki aplikasi luas dalam domain yang berbeda, seperti transportasi, dekorasi rumah dan acesories, bangunan dan konstruksi, dll.Tidak ada logam lain dapat digunakan dalam banyak hal seperti aluminium.
Aluminium juga merupakan konduktor panas dan electric yang baik. Jika dibandingkan dengan massanya, aluminium memiliki keunggulan dibandingkan dengan tembaga, yang saat ini merupakan logam konduktor panas dan listrik yang cukup baik, namun cukup berat.
Aluminium murni 100% tidak memiliki kandungan unsur apapun selain aluminium itu sendiri, namun aluminium murni yang dijual di pasaran tidak pernah mengandung 100% aluminium, melainkan selalu ada pengotor yang terkandung di dalamnya. Pengotor yang mungkin berada di dalam aluminium murni biasanya adalah gelembung gas di dalam yang masuk akibat proses peleburan dan pendinginan/pengecoran yang tidak sempurna, material cetakan akibat kualitas cetakan yang tidak baik, atau pengotor lainnya akibat kualitas bahan baku yang tidak baik (misalnya pada proses daur ulang aluminium).Umumnya, aluminium murni yang dijual di pasaran adalah aluminium murni 99%, misalnya aluminium foil.
Aluminium disimbolkan dengan Al, dengan nomor atom 13 dalam tabel periodik unsur. Bauksit, bahan baku aluminium memiliki kandungan aluminium dalam jumlah yang bervariasi, namun pada umumnya di atas 40% dalam berat.
Senyawa aluminium yang terdapat di bauksit diantaranya Al2O3,Al(OH)3,γ-AlO(OH), dan α-AlO(OH).
2.2 Sifat-Sifat Aluminium 1. Berat Aluminium
Alumunium punya sifat densitas yang rendah hanya sepertiga dari kepadatanatau densitas dari logam baja. Densitas logam ini hanya 2,7 g/cm3 atau kalau dikonversikan ke kg/m3 menjadi 2.700 kg/m3. Kepadatan yang relatif kecil membuatnya ringan tapi sama sekali tidak mengurangi kekuatannya.
2. Kekuatan Alumunium
Berbagai paduan logam alumunium memiliki kekuatan tarik antara 70 hingga 700 mega pascal. Kekuatan yang sangat besar. Sifat alumunium ini unik tidak seperti baja. Pada suhu rendah baja akan cenderung rapuh tapi sebaliknya dengan alumunium. Pada suhu rendah kekuatannya akan meninggkat dan pada suhu tinggi malah menurun.
3. Pemuaian Linier
Jika dibandingkan dengan logam lain, alumunium punya koefisien ekspansi linier yang relatif besar.
4. Konduktivitas
Sifat konduktivitas panas dan listrik alumunium sangat baik. Luar biasanya lagi konduktor dari alumunium beratnya hanya setengah dari konduktor yang terbuat dari bahan tembaga.
5. Reflektor
Alumunium adalah reflektor cahaya tampak yang baik. Sifat alumunium ini juga belaku untuk pemancaran panas.
6. Tahan Karat (Korosi)
Alumunium bereakasi dengan oksigen di udara membentuk lapisan oksida tipis yang ampuh melindungi badan logam dari korosi.
7. Non Magnetik
Alumunium adalah bahan nonmagnetik. Karena sifatnya ini maka alumunium sering digunakan sebagai alat dalam perangkat X-ray yang menggunkan magnet.
8. Tidak Beracun
Logam alumunium punya sifat tidak beracun sama sekali. Ia berada pada urutan ketiga setelah oksigen dan silikon unsur yang paling banyak di kerak bumi.
Beberapa senyawa alumunium juga secara alami terbentuk dalam makanan yang kita konsumsi setiap hari.
2.3 Karakteristik alumunium
Tabel 2.1 Karakteristik aluminium
Sifat-sifat Aluminium murni tinggi
Struktur kristal FCC
Densital pada 20o 2.69
Koefisien mulur panas kawat 20o-100oC (10-6/K) 660.1 Konduktifitas panas 20o-400oc (W/(m_K) 238
Tahanan listrik 20oC (10-8 Ko_m) 2.69
Modulus elastisitas (Gpa) 70.5
Modulus kekakuan (Gpa) 26.0
2.4 Skema mesin pres
Prinsip pembentukan logammerupakan proses dengan memberikan perubahan bentuk pada benda kerja. Aplikasi pembentukan logam dapat dilihat pada beberapa contoh seperti pembengkokan (bending), tempa (forging), ekstrusi (extruding), blanking, embossing, coining,crimping, dan drawing. Dalam proses pembentukan logam, digunakan mesin yang dapat memberikan gaya terhadap benda kerja, dalam proses pembentukan tentunya memerlukan mesin press yang baik dan efisien.
Gambar 2.1 Mesin pres
Pada dasarnya cara kerja mesin pencetak wajan menggunakan hukum pasacal pada umumnya diama memanfaatkan perbedaan tekanan.tekanan akan didapat dari pompa fluida yang akan melewati valve yang mengatur jalannya aliran fluida kedalam batang silinder.
Gambar 2.2 Skema Hidrolik
Sistem hidrolik biasanya diaplikasikan untuk memperoleh gaya yang lebih besar dari gaya awal yang dikeluarkan. Fluida penghantar ini dinaikkan tekanannya oleh pompa yang kemudian diteruskan ke silinder kerja melalui pipapipa saluran dan katup-katup. Gerakan translasi batang piston dari silinder kerja yang diakibatkan oleh tekanan fluida pada ruang silinder dimanfaatkan untuk gerak maju dan mundur maupun naik dan turun sesuai dengan pemasangan silinder yaitu arah horizontal maupun vertikal.
2.5 Sistem Hidrolik
Sistem hidrolik merupakan suatu bentuk perubahan atau pemindahan daya dengan menggunakan media penghantar berupa fluida cair untuk memperoleh daya yang lebih besar dari daya awal yang dikeluarkan. Dimana fluida penghantar ini dinaikan tekanannya oleh pompa pembangkit tekanan yang kemudian diteruskan ke silinder kerja melalui pipa-pipa saluran dan katup-katup.
Gerakan translasi batang piston dari silinder kerja yang diakibatkan oleh tekanan fluida pada ruang silinder dimanfaatkan untuk gerak maju dan mundur sesuai dengan pemasangan silinder baik secara horizontal maupun vertikal.
Minyak mineral adalah jenis fluida cair yang sering dipakai dan terdiri dari campuran minyak bumi yang ditambah zat aditif. Sistem hidrolik biasanya diaplikasikan untuk memperoleh gaya yang lebih besar dari gaya awal yang dikeluarkan.
Gambar 2.3: Diagram aliran sistem hidrolik 2.5.1 keuntungan dan kekurangan sistem hidrolik
a. Keuntungan Sistem Hidrolik
Sistem hidrolik memiliki beberapa keuntungan, antara lain :
1. Fleksibilitas, pada sistem hidrolik, daya dapat ditransfer ke segala tempat dengan mudah melalui pipa/selang fluida.
2. Melipat gandakan gaya, pada sistem hidrolik gaya yang kecil dapat menghasilkan gaya yang besar dengan variasi diameter silinder.
3. Relatif aman, dibanding sistem yang lain, kelebihan beban (over load) mudah dikontrol dengan menggunakan relief valve.
b. Kekurangan Sistem Hidrolik
Sistem hidrolik memiliki pula beberapa kekurangan :
1. Minyak memiliki kepekaan terhadap suhu , beberapa minyak hidrolik seperti minyak pelumas mineral mudah terbakar dan dapat menguap pada suhu yang tinggi.
2. Perubahan Viskositas minyak, minyak hidrolik akan mengalami perubahan viscositas dengan lamanya masa kerja (dikarenakan gesekan yang terjadi).(Prof. Dr. Ir. Dahmir Dahlan M.Sc., elemen mesin, citra harta prima, Jakarta, 2012)
2.5.2 Prinsip Dasar System Hidrolik Hukum Pascal:
Prinsip dasar dalam sistem hidrolik berasal dari hukum Pascal yang pada intinya mengatakan bahwa dalam suatu bejana tertutup yang ujungnya terdapat beberapa lubang yang sama besar berisi fluida dan diberikan tekanan yang sama pada setiap titiknya maka akan dipancarkan kesegala arah dengan tekanan dan jumlah aliran yang sama. Dari pengertian tersebut dapat diperoleh suatu bentuk dasar sistem hidrolik seperti gambar berukut ini:
Gambar 2.4: Prinsip dasar sistem hidrolik (Sumber:Gambar Sendiri)
Dari gambar diatas diperoleh persamaan sebagai berikut:
1 2
1 2
F F
A A ……… (2.1)
1 2 1 2
Dimana :
F = Gaya masuk F = Gaya keluar A = Luas silinder kecil A = Luas silinder besar
Dari persamaan di atas dapat diketahui nilai F dipengaruhi oleh besar kecilnya luas penampang dari piston A2 dan A1. Dalam sistem hidrolik hal ini dimanfaatkan untuk merubah gaya tekan fluida yang dihasilkan oleh pompa hidrolik untuk menggerakkan silinder hidrolik.
2.5.3 Komponen Penyusun System Hidrolik a. Motor Listrik
Motor listrik adalah penggerak utama dari semua komponen hidrolik dan berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kerja dari motor itu sendiri dengan bantuan arus AC diubah menjadi gerak putar pada poros input motor.
Gambar 2.5: Motor Listrik (https://www.niagamas.com/)
Spesifikasi motor yang digunakan :
b. Pompa Hidrolik
Pompa hidrolik digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi hidrolik dengan cara menekan fluida hidrolik ke dalam sistem. Pompa yang banyak digunakan yang dibagi menjadi sebagai berikut:
1. Pompa Gigi ( Gear Pump )
Model ZD2420
Kekuasaan 2.2KW
Kecepatan 2700RPM
Rotasi CW
OD 114mm
Tugas Kerja S3
Kelas Isolasi F
Gelar Perlindungan IP54
Torsi 6N.m
Mengetik Motor dc hidrolik
a. Pompa gigi external ( external Gear Pump )
Pompa ini mempunyai konstruksi yang sederhana, dan pengoperasionalnya juga mudah, banyak digunakan dalam peralatan konstruksi dan mesin-mesin perkakas.
Gambar 2.6: External Gear Pump
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/) b. Pompa gigi internal ( internal Gear Pump )
Pompa ini mempunyai keunggulan pulsasi yang kecil dan tidak mengeluarkan bunyi keras. Ukurannya kecil dan dapat dipakai pada instalasi ruang yang sempit.
Gambar 2.7: Internal Gear Pump
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/)
Tabel 2.3 Spesifikasi Pompa Gigi Internal
Nama merek Dataran tinggi pompa hidrolik Nomor model PV21 pompa hodrolik
Struktur Pompa roda gigi
Daya Hidrolik
Aplikasi pompa Pompa hidrolik
Nilai tekanan 21mpa
Max kecepatan 3500/min Aliran dimaxkecepatan 180,6L/min Max.perpindahan 51.6/r
Max.tekanan 35mpa
Output daya 12,7kw
2. Pompa Piston Axial
a. Tipe sumbu bengkok (bend axial type)
Piston dan silinder blok pada Pompa tipe ini tidak sejajar dengan as penggerak tapi dihubungkan pada suatu sudut. Dengan mengubah sudut dan sumbu maka keluarnya minyak dan arah hisap dapat diatur.
Gambar 2.8: Pompa Tipe Sumbu Bengkok
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/) b. Tipe plat pengatur ( Swash plate type)
Dalam type ini letak piston dan silinder blok sejajar dengan as dan Pengeluaran minyak dapat distel bebas dengan merubah sudut, serta saluran hisap dan keluar dapat dibalik.
Gambar 2.9: Pompa Axial Tipe Alat Pengatur
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/)
c. Katup (Valve)
Katup berfungsi sebagai pengatur tekanan dan aliran fluida yang mengalir ke silinder kerja. Menurut pemakainnya, katup hidrolik dibagi menjadi tiga macam, antara lain :
1. Katup Pengatur Tekanan (Relief Valve)
Katup pengatur tekanan digunakan untuk mengontrol kelebihan tekanan, katup ini akan membuka saat tekanan fluida lebih besar dari tekanan katupnya, dan begitu pula sebaliknya.
Gambar 2.10: Katup pengatur tekanan.
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/) 2. Katup Pengatur Arah Aliran (Flow Control Valve)
Katup pengontrol arah berfungsi untuk menghidupkan, mengontrol arah, mempercepat dan memperlambat suatu gerakan dari silinder kerja hidrolik.
Gambar 2.11: Katup pengtur arah aliran
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/) 3. Katup Pengatur Jumlah Aliran (Flow Control Valve)
Katup ini merupakan sebuah katup yang berfungsi untuk mengatur kapasitas aliran fluida dari pompa ke silinder atau mengatur
kecepatan aliran fluida dan kecepatan gerak piston dari silinder.
Gambar 2.12: Flow control throttling valve
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/)
d. Silinder Kerja Hidrolik
Silinder hidrolik adalah sebuah silinder mekanik yang menghasilkan gaya searah melalui gerakan stroke yang searah. Silinder ini merupakan komponen untuk merubah dan meneruskan daya dari tekanan fluida, dimana fluida akan mendesak piston untuk melakukan gerak translasi.
Menurut kontruksi, silinder kerja hidrolik dibagi menjadi dua macam antara lain :
1. Silinder kerja penggerak tunggal (single Acting)
Silinder ini memiliki satu buah ruang fluida kerja. Kondisi ini mengakibatkan silinder kerja hanya bisa melakukan gerakan tekan.
untuk kembali ke posisi semula menggunakan tenaga dari luar.
Gambar 2.13: Silinder kerja penggerak tunggal
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/)
2. Silinder kerja penggerak ganda (double Acting)
Silinder ini memiliki dua buah ruang fluida kerja yaitu pada ruang silinder di atas piston dan di bawah piston. Dengan begitu silinder kerja dapat melakukan gerakan bolak-balik atau maju-mundur.
Gambar 2.14: Silinder kerja penggerak ganda
(hydraulic-training/hydraulic-circuit-components/hydraulic-pump/) e. Fluida Kerja
Fluida kerja memiliki fungsi sebagai media penghantar energi, pelumas, media penghilang kalor yang timbul akibat tekanan yang ditingkatkan dan meredam getaran/suara. Ada beberapa persyaratan yang harus diperhatikan di dalam pemilihan fluida kerja:
1. Fluida kerja harus memiliki sifat pelumasan yang baik, meskipun terjadi perubahan temperatur dan tekanan kerja.
2. Fluida kerja harus tetap stabil dan tidak kehilangan sifat kimiawinya, saat terjadi perubahan tekanan dan temperatur kerja.
3. Fluida kerja harus mempunyai nilai viskositas yang menguntungkan yaitu antara 0,2 sampai 0,3 cm2
4. Tegangan permukaan minyak tidak boleh terlalu besar, agar terbentuknya buih dapat dibatasi.
5. Pada temperatur kerja tidak boleh terbentuk uap yang merugikan.
6. Fluida kerja harus memiliki kalor jenis yang tinggi.
7. Kadar zat padat yang ada dalam fluida kerja dalam jumlah terbatas.
8. Fluida kerja harus dapat melindungi komponen hidrolik dari korosi 9. Pada saat pemanasan, fluida kerja tidak boleh cepat teroksidasi.
10. Memiliki titik nyala yang tinggi.
11. Titik bekunya harus rendah.
f. Saringan Oli ( Oil Filter )
Oli Filter berfungsi menyaring kotoran dari minyak hidrolik. Dengan adanya filter, diharapkan efisiensi peralatan hidrolik dapat ditinggikan dan umur pemakaian lebih lama.
Gambar 2.15: Filter Tangki (kiri) dan Filter Pipa (kanan) (http://mobilupdate.net)
g. Pipa Saluran Fluida
Pipa Saluran Fluida berfungsi untuk meneruskan fluida kerja yang bertekanan tinggi dari pompa pembangkit tekanan ke silinder kerja.
Pemilihan pipa saluran minyak harus memenuhi syarat : 1. Mampu menahan tekanan yang tinggi dari fluida.
2. Koefisien gesek dari dinding bagian dalam pipa harus kecil.
3. Dapat menyalurkan panas dengan baik.
4. Tahan terhadap perubahan tekanan dan suhu.
5. Tahan terhadap perubahan cuaca 6. Berumur relatif panjang.
7. Tahan terhadap korosi.
h. Manometer
Biasanya pengatur tekanan dipasang dan dilengkapi dengan sebuah alat yang dapat menunjukan besar tekanan fluida yang keluar. Prinsip kerja alat ini ditemukan oleh Bourdon.
Gambar 2.16: Pengukur Tekanan (Manometer) (http://rahmatcorps.blogspot.com)
2.5.4 Pelumasan Pada System Hidrolik
Pada bidang yang selalu bergesekan, cepat atau lambat akan timbul panas dan apabila panas tersebut tidak dikurangi, maka bidang tersebut akan memuai.
Pemuaian akan mengakibatkan kesulitan dalam meluncur/berputar yang akan menimbulkan keausan komponen, untuk mengurangi keausan tersebut diperlukan pelumasan yang baik.
a. Minyak Pelumas ( lubbricating oil )
Minyak pelumas banyak digunakan untuk mengurangi gesekan, menghindarkan keausan, membuang panas yang timbul, memberikan perlindungan terhadap timbulnya karat dan juga untuk membersihkan permukaan benda yang bergesekan.
Viskositas atau kekentalan merupakan hal penting pelumasan. Minyak pelumas dengan viskositas rendah maksudnya adalah minyak tersebut encer, lapisan minyak sangat tipis dan mudah mengalir. Minyak pelumas dengan viskositas tinggi maksudnya adalah minyak tersebut kental, lapisan minyak sangat tebal dan sulit mengalir tetapi tahan terhadap beban yang berat. Jenis minyak pelumas ditentukan menurut kekentalannya, berdasarkan angka indeks yang disebut SAE (Society of Automotive Engineer) yang terdapat di USA, antara lain :
1) Minyak pelumas peringkat tunggal
Minyak ini mempunyai karakteristik viskositas tunggal. Misalnya minyak pelumas SAE 10, SAE 20, SAE 30 dan SAE 40. Minyak pelumas
tipe ini digunakan pada peralatan mesin yang rentang temperatur lingkungan operasinya relatif pendek.
2) Minyak pelumas peringkat ganda
Minyak pelumas ini mempunyai karakteristik ganda dan digunakan pada mesin yang rentang suhu operasi lingkunganya relatif panjang. Minyak pelumas tersebut antara lain : SAE 10 W-30, SAE 15 W-40 dan lain sebagainya.
b. Minyak hidrolik ( hydrolic oil )
Pada dasarnya setiap cairan dapat digunakan sebagai media transfer daya.
Tetapi dalam sistem hidrolik memerlukan persyaratan-persyaratan tertentu seperti telah dibahas sebelumnya berhubung dengan konstruksi dan cara kerja sistem. Secara garis besar cairan hidrolik dikelompokkan menjadi dua yaitu : Oli hidrolik yang berbasis pada minyak mineral biasanya digunakan secara luas pada mesin-mesin perkakas atau juga mesin-mesin industri. Menurut standar DIN 51524 dan 512525 dan sesuai dengan karakteristik serta komposisinya oli hidrolik dibagi menjadi tiga (3) kelas :
1. Hydraulic oil HL 2. Hydraulic oil HLP 3. Hydraulic oil HV
Tabel 2.4 Komposisi oli hidrolik
Pemberian kode dengan huruf seperti di atas artinya adalah sebagai berikut : Misalnya oli hidrolik dengan kode : HLP 68 artinya :
H = Oli hidrolik
L = kode untuk bahan tambahan oli (additive) guna meningkatkan pencegahan korosi dan / atau peningkatan umur oli
P = kode untuk additive yang meningkatkan kemampuan menerima beban.
68 = tingkatan viskositas oli.( Subardi, ST, MT., Perancangan Wire Rope Gantry Crane, Sttnas, Yogyakarta, 2011).
2.6 Tegangan
Tegangan yang dipergunakan pada kurva adalah tegangan membujur rata- rata dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara membagi beban dengan luas awalpenampang lintang benda uji. Regangan yang digunakan untuk
kurva tegangan-regangan adalah regangan linear rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan panjang ukur benda uji (Dieter, 1996).
Gambar 2.17 Hubungan tegangan-regangan
Bentuk besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakuan panas, deformasi plastik yang pernah dialami, laju regangan, suhu, dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian.
Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva teganganregangan adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen perpanjangan, dan pengurangan luas. Parameter pertama adalah parameter kekuatan, sedangkan dua yang terakhir menyatakan keliatan bahan (Dieter, 1996).
