KAJIAN PENERAPAN PRINSIP DAN HUKUM FISIK

MAKALAH

KAJIAN PENERAPAN PRINSIP DAN HUKUM FISIKA PADA

ALAT-ALAT MATERIAL HANDLING DI DUNIA INDUSTRI

MANUFAKTUR

TI112

–

FISIKA DASAR

DEDE SUDRAJATTULLOH 411110023 STEFANUS CHRISTIAN 411210027 FRETA NATALIA 411310033 ICHA ROSAVIA LEONA 411410024

PROGRAM STUDI TEKNIK INDUSTRI

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS MA CHUNG

MALANG

Bab I

Pendahuluan

Dunia industri manufaktur tidak lepas dari pengelolaan bahan baku berupa material mentah yang kemudian akan diolah dan dikelola menjadi suatu produk. Pengelolaan bahan baku ini dilakukan dengan berbagai macam cara dan proses yang berurutan. Guna menunjang aktivitas produksi dengan proses berurutan yang sudah ditentukan tersebut, diperlukan suatu penanganan terhadap material yang akan digunakan. Penanganan material tersebut dinamakan material handling.

Material handling dilakukan dengan menggunakan dua metode, yaitu manual dan mekanis. Material handling manual menggunakan tangan dan tenaga manusia sementara material handling mekanis menggunakan bantuan alat. Alat-alat inilah yang disebut alat-alat material handling. Seiring perkembangan zaman, ilmu pengetahuan dan teknologi, alat-alat material handling berevolusi dan semakin banyak jumlah dan jenisnya. Namun, ada beberapa alat-alat material handling

utama yang sering digunakan dalam dunia industri manufaktur pada umumnya, antara lain conveyor, overheadcrane, handlift, forklift dan katrol.

Ilmu fisika sebagai ilmu yang mempelajari tentang benda-benda di sekitar manusia dan pengaruhnya terhadap kehidupan manusia merupakan suatu ilmu dasar yang sangat penting. Ilmu fisika juga digunakan pada sektor industri terutama industri manufaktur, tidak terkecuali dengan materialhandling. Alat-alat material handling ternyata sangat berkaitan dengan ilmu fisika, terbukti dengan sering dijumpai dalam beberapa contoh kasus dalam buku fisika beberapa alat seprti

conveyor dan forklift.

Bab II

Pembahasan

Definisi Material handling merupakan seni dan ilmu yang meliputi penanganan (handling), pemindahan (moving), pengepakan (packaging), penyimpanan (storing) dan pengawasan (controlling) dari material dengan segala bentuknya (Wahyono, 2012). Material handling membutuhkan beberapa alat-alat yang sesuai dengan tugas masing-masing seperti yang disebutkan di atas. Dalam dunia industri manufaktur, terdapat beberpa ala-alat material handling yang sangat umum digunakan. Alat-alat tersebut antara lain conveyor, handcrane, handlift, forklift dan katrol.

Alat-alat material handling tersebut dibuat dan dijalankan dengan mempertimbangkan beberapa faktor antara lain prinsip-prinsip yang terkandung dalam ilmu fisika. Berikut ini merupakan penjabaran alat-alat material handling

dan hubungannya dengan prinsip-prinsip ilmu fisika:

1. Conveyor

Conveyor adalah bagian umum dari peralatan material handling mekanis yang bergerak dari satu lokasi ke lokasi lain. Conveyor tersusun dari beberapa komponen, antara lain poros, belt dan pulley, chain dan gear, bearing serta motor dan gearbox. Masing-masing komponen conveyor tersebut bekerja berdasarkan prinsip-prinsip ilmu fisika. Adapun hal-hal yang berkaitan dengan ilmu fisika dalam cara kerja conveyor yang pada umumnya menjadi suatu masalah tersendiri di dunia industri manufaktur antara lain (Phoenix, 2004):

a. Kecepatan conveyor

b. Energi conveyor untuk menggerakan benda di atasnya

Ketiga permasalahan tersebut dapat diselesaikan dengan menggunakan formula-formula yang ada di dalam ilmu fisika, antara lain:

- Kecepatan conveyor

Dimana,

V = Kecepatan conveyor (m/s)

n = putaran headpulley (biasanya diketahui) (rps) Π = phi standar (3.14)

d = diameter pulley (m)

Sementara untuk menghitung energi conveyor yang menggerakan benda yang ada di atasnya menggunakan persamaan energi total dari energi kinetik dan energi potensial. Hal ini dikarenakan benda di atas conveyor juga dipngaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Berikut merupakan formula untuk menyelesaikan masalah tersebut:

E=1₂mv2 _{x (mxgxh)………...(2)}

Dimana

E = Energi Total m = massa benda v = kecepatan coveyor

g = percepatan gravitasi

h = jarak dari permukaan bumu ke permukaan atas conveyor

Gambar 2. Penggunaan Conveyor pada Industri Manufaktur

2. Overhead Crane

Overhead crane merupakan salah satu alat material handling yang moderen. Alat in mampu mengangkat benda lebih banyak daripada sistem katrol dan dengan kemampuan otoatis (terprogram). Pengembangan overhead crane

merupakan pengembangan dari ilmu fisika terapan dimana formula yang digunakan lebih kompleks. Menurut Wijayanto dan Susatio, dalam menghitung permsalahan mengenai penggunaan overhead crane ini digunakan persamaan Lagrange (Wijayanto dan Susatio, 2011). Persamaan Lagrange sendiri merupakan persamaan diferensial dalam koordinat umum. Persamaan ini sangat berkaitan dengan energi kinetik dan energi potensial. Berikut merupakan persamaan Lagrange yang digunakan untuk menghitung dan memecahkan permsaahan pada penggunaan overhead crane:

- Persamaan Lagrange diturunkan berdasarkan penurunan energy total, dimana:

d(T+U)= 0…...(3)

- Persamaan Lagrange-nya adalah sebagai berikut:

d

P.E = Energi potensial sistem ��

D.E = Energi yang terbuang pada sistem ��

Qi = Gaya luar umum yang bekerja pada sistem

Gambar 3. Skema Overhead Crane

Gambar 4. Penggunaan Overhead Crane pada Industri Manufaktur

3. Handlift

namun pada dasarnya, sistem mekanika yang digunakan alat ini tetap sama dengan handlift manual (Livelybrooks, 2010). Prinsip kerja handlift adalah hukum Nuwton II, yaitu:

∑F=m.α…...(5) dimana:

∑F = Total gaya (N) m = Massa Benda (kg) α = percepatan (m/s2₎

Gambar 5. Handlift Manual

4. Forklift

Forklift adalah suatu alat atau kendaraan yang menggunakan garpu atau

clamp yang dipasang pada mast untuk mengangkat, menurunkan, dan memindahkan suatu benda berat dari satu tempat ke tempat lain (Padamas, 2011). Forklift diklasifikasikan berdasarkan ukuran dan kapasitas angkutnya, antara lain 20 ton, 25 ton 30 ton dan seterusnya. Alat ini merupakan alat

material handling yang paling banyak digunakan dan sangat membantu dalam aktifitas pemindahan material baik itu pembongkaran raw material

maupun penyimpanan finish goods. Prinsip fisika yang digunakan pada

F= Gr+Gk x μ x g………(6) dimana:

F = gaya yang digunakan forklift untuk mengangkut benda Gr = Berat benda yang ditarik

Gk = berat forklift

µ = koefisien gesek g = gravitasi

Gambar 6. Penggunaan Forklift pada Industri Manufaktur

5. Katrol

Katrol adalah roda atau cakram pejal yang berputar pada porosnya dan dilewati tali atau rantai. Ujung satunya untuk menarik dan ujung satunya adalah letak beban. Roda yang tepi kanan dan kirinya dibuat lebih tinggi dari bagian tengah sehingga tali dapat dipasang dan bergerak sepanjang badan roda tersebut. Katrol banyak sekali digunakan dalam kehidupan manusia. Katrol bisa memudahkan pekerjaan kita untuk mengangkat benda yang berat. Pada prinsipnya kerja katrol mirip dengan tuas (pengungkit) yaitu bertujuan untuk mengangkat benda dengan gaya sekecil mungkin. Katrol merupakan alat material handling sederhana yang sangat berguna. Terdapat 2 jenis katrol yaitu (Rumus Hitung, 2014):

Katrol tetap merupakan katrol yang posisinya tidak berubah ketika digunakan. Biasanya posisi katrolnya terikat pada satu tempat tertentu. Titik tumpu sebuah katrol tetap terletak pada sumbu katrolnya.

Gambar 7. Skema Katrol Tetap

b. Katrol Bergerak

Katrol bergerak adalah katrol dengan salah satu ujung tali terikat pada tempat tetap dan ujung yang lain ditarik ke atas oleh sebuah gaya. Benda yang akan diangkat digantungkan pada poros katrol sehingga besar beban totoal adalah berat katrol ditambah dengan berat benda. Pada katrol bergerak, jarak A ke B (diameter katrol) merupakan lengan kuasa (Lk) dan jarak O ke B adalah lengan beban (Lb). Jadi keuntungan mekanis dari katrol bergerak adalah:

Lk Lb

⁄ = 2₁=1………..…(7) Lk diameter =2x Lb (jari-jari)…………. (8)

Gambar 8. Skema Katrol Bergerak

c. Katrol Majemuk

Katrol majemuk adalah kombinasi dari katrol tetap dan katrol bergerak. Prinsipnya, beban diletakkan pada titik poros katrol bergerak. Katrol yang dilekatkan beban ini kemudian dihubungkan dengan beberapa katrol bergerak lain dan yang terakhir di kaitkan pada sebuah katrol tetap. Penggunaan katrol ini sangat luas terutama pada industri pengangkutan barang di pelabuhan , bandar udara, atau di dalam industri manufaktur.

Masalah yang bisa terjadi di dunia industri manufaktur terkait penggunaan katrol adalah untuk mengangkat suatu material maupun mesin. Biasanya katrol yang digunakan adalah katrol tetap atau katrol majemuk. Berikut merupakan formula pemecah permsalahan terkait penggunaan katrol di dunia industri, seperti memindahkan material dari berbagai posisi, antara lain (Fisika Study Center, 2014):

a. Mengangkat material

Gambar 10. Katrol Posisi 1a

Gambar 11. Katrol Posisi 1b

Dengan posisi seperti ini (dimana m1 bergerak turun dan m2 naik ke

atas), maka formula mekanis secara ilmu fisika untuk katrol adalah

a

=

_m1+m2m1-m2

x g

…………(9)

dimana: a = percepatan m1 = massa benda 1

m2 = massa benda 2

b. Mengangkat material dengan sudut kemiringan tertentu

Gambar 12. Katrol Posisi 2a

Gambar 13. Katrol Posisi 2b

Dengan posisi seperti ini (dimana m1 bergerak turun dan m2 naik ke

atas), maka formula mekanis secara ilmu fisika untuk katrol adalah

a

= (

m1sin_m1+m2a - m2

) x g

……….(10)

dimana:

a = percepatan m1 = massa benda 1

m2 = massa benda 2

g = percepatan gravitasi sin a: sinus dari sudut bidang

Bab III

Penutup

Berdasarkan pemaparan yang telah diberikan di atas mengenai penerapan prinsip dan hukum fisika pada alat-alat material handling yang digunakan pada industri manufaktur, dapat ditarik beberapa kesimpulan. Pertama adalah bahwa alat-alat

material handling tersebut memiliki fungsi sebagai pengangkut dan pemindah material baik raw material maupun barang jadi (finish good) yang ada di dalam suatu fasilitas produksi (pabrik). Oleh karena itu, alat-alat material handling ini sangat penting guna mempermudah pekerjaan dan mengurangi beban kerja operator (manusia).

Daftar Pustaka

Wahyono B. (2012) 'Penanganan Kebutuhan Material (Material Handling).' Tersedia di: http://www.pendidikanekonomi.com (daikses 18 Oktober 2014).

Phoenix. (2004) 'Phoenix Conveyor Belt System.' Phoenix Conveyor Belts Design Fundamentals. Hamburg.

Livelybrooks D. (2010) 'Physics of the Real World Report: Heavy lifting with The Hand Truck.' Tersedia di: http://hendrix2.uoregon.edu (diakses 20 Oktober 2014). Wijayanto P. dan Susatio Y. (2011) ‘Analisa Kestabilan Crane Jenis Gantry Berbasis Amplitudo Sespon Getaran.’ Istitut Teknologi Sepuluh Nopember.

Surabaya.

Padamas-Forklift. (2011) ‘News.’ Penjelasan Tentang Forklift. Tersedia di http://padamas-forklift.com (diakses 19 Oktober 2014).

Fisika Study Center. (2014) '12 Rumus Cepat Katrol Licin.' Tersdia di: http://fisikastudycenter.com (diakses 20 Oktober 2014).