i
MESIN PRES HIDROLIK
SERAT SABUT KELAPA
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin
Oleh :
WASIS INDRA WISESA SUNARWAN
NIM : 085214003
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2012
ii
Final Project
As partial fulfilment of the requirement
to obtain the S-1 scholar degree
Mechanical Engineering Study Program
Mechanical Engineering Department
By :
WASIS INDRA WISESA SUNARWAN
Student Number : 085214003
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Sistem berdaya fluida, khususnya hidrolik dapat digunakan untuk proses pengepresan serat pada industri pengolahan sabut kelapa. Saat ini, serat sabut kelapa tidak hanya digunakan untuk membuat tali, keset, sapu atau matras, tapi dapat digunakan untuk membuat karpet, jok, kasur, bantal, dashboard, hardboard, lapisan kursi mobil, spring bed, dan pengendalian erosi. Perkembangan penggunaan serat sabut kelapa tersebut menyebabkan peningkatan kebutuhan serat sabut kelapa. Dengan mesin pres hidrolik, pedagang pengumpul serat sabut kelapa dapat menambah kapasitas angkut serat dan mengurangi biaya pengiriman serat sabut kelapa. Berdasarkan alasan tersebut, Tugas Akhir ini bertujuan untuk membuat dan meneliti sistem hidrolik yang digunakan pada mesin pres serat sabut kelapa.
Sistem yang dibuat meliputi kendali aliran fluida, cara kerja, dan karakteristik dari sistem. Penelitian dilaksanakan dengan membuat mesin pres hidolik dan digunakan untuk mengepres serat sabut kelapa. Data penelitian yang diambil dari percobaan adalah ketinggian serat sabut kelapa saat dipres dan setelah dipres, serta hubungan antara kerapatan (ρ) dan tekanan (P).
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat, dan
karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Mesin
Pres Hidrolik Serat Sabut Kelapa dengan baik.
Selama penyusunan, penulis telah mendapatkan bantuan dan bimbingan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ir. Rines, M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan
bimbingan, pengarahan dan koreksi
2. Ir. PK. Purwadi, M.T., Selaku Kaprodi Teknik Mesin.
3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.
4. Seluruh dosen Teknik Mesin yang telah memberikan ilmu kepada penulis.
5. Sekretariat FST, yang telah memberikan pelayanan kepada penulis selama di
Teknik Mesin.
6. Orang tua yang selalu memberikan nasehat, dorongan, semangat, dan fasilitas.
7. Kakakku dan saudara-saudaraku yang telah memberikan bantuannya.
8. Teman-teman seperjuangan dan teman-teman Teknik Mesin angkatan 2008, atas
segala bentuk dukungan yang diberikan kepada penulis.
ix
Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan pada Tugas Akhir ini. Untuk
itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yeng bersifat membangun. Dan semoga
Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Yogyakarta, 6 September 2012
Penulis
x DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL………. i
HALAMAN JUDUL………. ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING………... iii
HALAMAN PENGESAHAN………... iv
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS……….. v
PERNYATAAN………... vi
INTISARI………... vii
KATA PENGANTAR………... viii
DAFTAR ISI………... x
DAFTAR GAMBAR………. xiii
xi
BAB III MESIN PRES HIDROLIK SERAT SABUT KELAPA 3.1Metode Penelitian……….………... 28
3.2Mesin Pres Hidrolik……….. 29
3.3Perhitungan Sistem Hidrolik………. 34
xii
BAB IV DATA PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Percobaan………. 39
4.2 Pembahasan………... 42
BAB V KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan………... 49
5.2 Saran………... 50
DAFTAR PUSTAKA………. 51
xiii
Gambar 3.5 Double acting cylinder-piston type………. 32
Gambar 3.6 4/3 Directional control vale……… 32
Gambar 3.7 Relief valve……….. 33
Gambar 4.1 Serat sabut kelapa……….... 39
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara tekanan dan kerapatan dengan bahan seberat 2 kg………. 47
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara tekanan dan kerapatan dengan bahan seberat 3 kg………. 48
xiv
Gambar 4.10 Grafik hubungan antara tekanan dan
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1: Data percobaan dengan bahan seberat 2 kg……….. 40
Tabel 4.2: Data percobaan dengan bahan seberat 3 kg……….. 41
Tabel 4.3: Data percobaan dengan bahan seberat 4 kg………. 41
Tabel 4.4: Hasil perhitungan dengan bahan seberat 2 kg……….. 45
Tabel 4.5: Hasil perhitungan dengan bahan seberat 3 kg………. 46
Tabel 4.6: Hasil perhitungan dengan bahan seberat 4 kg………. 46
1
Penumatik menggunakan fluida dalam betuk gas, sedangkan hidrolik menggunakan
fluida berupa cairan.
Sistem berdaya fluida digunakan untuk mengoperasikan berbagai peralatan
dan mesin. Beberapa contoh pemakaian sistem hidrolik dan penumatik antara lain:
Gas spring untuk mengatur dan mempertahankan ketinggian pada kursi, air drill
yang digunakan oleh dokter gigi, multi-axial sumbassumblage testing labotary yang
terletak di Universitas Minosota dan berfungsi sebagai alat simulasi gempa, mining
machine (mesin-mesin pertambangan), forging press atau rem pada mobil (Durfee, W
dan Z. Sun, 2009). Sistem berdaya fluida, khususnya hidrolik dapat digunakan untuk
proses pengepresan serat pada industri pengolahan sabut kelapa.
Sabut kelapa adalah hasil samping dari buah kelapa. Sebuah kelapa dapat
menghasilkan 0,4 kg sabut yang mengandung 30 % serat (Mahmud, Zainal dan
Yulius Ferry, 2005). Sabut kelapa diolah menjadi serat sabut kelapa atau dikenal
2
sabut kelapa digunakan untuk membuat sapu, keset, tali, ataupun matras. Seiring
dengan kesadaran konsumen untuk kembali ke bahan alami serta perkembangan sifat
fisika-kimia serat dan teknologi, serat sabut kelapa digunakan untuk membuat karpet,
jok, kasur, bantal, dashboard kendaraan, hardboard, lapisan kursi mobil, spring bed,
dan bahkan dapat dimanfaatkan untuk pengendalian erosi (http:// www.bi.go.id/
NR/rdonlyres).
Di Indonesia terdapat industri pengolahan serat sabut kelapa dalam skala
kecil. Para pengusaha tidak dapat langsung memasarkan produknya ke eksportir serat
sabut kelapa, karena produk yang dihasilkan belum memenuhi persyaratan (kuantitas
dan kualitas). Permasalahan tersebut terjadi karena kurangnya modal untuk membeli
mesin atau peralatan produksi, seperti mesin pres yang digunakan pada proses
packing untuk menambah kapasitas angkut serat sabut kelapa. Keterbatasan tersebut
menyebabkan biaya pengiriman produk per kg menjadi mahal. Hambatan lain yang
dihadapi adalah kurangnya informasi pemasaran produk. Rantai pemasaran serat
sabut kelapa ditunjukkan pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1 Diagram rantai pemasaran serat sabut kelapa (http://kelapaindonesia2020.files.wordpress.com)
1.2Rumusan Masalah
Serat sabut kelapa tidak hanya digunakan untuk membuat tali, keset, sapu atau
matras saja. Seiring dengan kesadaran konsumen untuk kembali ke bahan alami serta
perkembangan sifat fisika-kimia serat dan teknologi, serat digunakan untuk membuat
karpet, jok, kasur, bantal, dashboard kendaraan, hardboard, lapisan kursi mobil,
spring bed, dan bahkan dapat dimanfaatkan untuk pengendalian erosi. Hal tersebut
4
dihadapi oleh industri pengolahan serat sabut kelapa adalah kurangnya fasilitas
pendukung proses produksi, seperti tidak adanya mesin pres.
1.3Tujuan
Tugas akhir ini bertujuan untuk:
1. Membuat dan meneliti sistem hidrolik yang digunakan pada mesin pres serat sabut
kelapa.
2. Mencari hubungan antara tekanan dan kerapatan atau massa jenis bahan.
1.4Batasan Masalah
Penelitian ini membahas tentang pemanfaatan sistem hidrolik untuk proses
pengepresan pada industri pengolahan sabut kelapa. Konstruksi mesin pres seperti
rangka, bahan, dan kekuatan material tidak dianalisa. Bahan yang digunakan dalam
penelitian adalah sabut kelapa yang telah diubah menjadi serat.
1.5Manfaat
Penelitian ini diaharapkan dapat menambah kepustakaan teknologi mengenai
sistem hidrolik, khususnya mesin pres. Penelitian ini juga diharapkan dapat
menambah wawasan masyarakat tentang pemanfaatan sistem hidrolik.
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Sistem Hidrolik dan Rumus yang Digunakan
Sistem hidrolik terdiri dari beberapa komponen, seperti tangki (reservoir),
motor listrik, pompa, fluid lines (pipa, tubing, hoses), control valve, dan aktuator.
Keunggulan yang dimiliki sistem hidrolik antara lain: mampu melipatgandakan gaya,
gerakan aktuator dapat dibalik dengan mudah, fluida hidrolik dapat memberikan
lapisan minyak pada komponen yang mengalami gesekan, memilki kendali kecepatan
yang dapat divariasikan secara halus. Contoh sistem dasar hidrolik ditunjukkan oleh
Gambar 2.1.
6
Sistem hidrolik memiliki beberapa kelemahan. Kebocoran pada sistem tidak
dapat dihindari. Minyak-minyak hidrolik merupakan fluida kotor yang mungkin dapat
mencemari lingkungan atau meracuni operator mesin. Minyak-minyak hidrolik juga
termasuk ke dalam fluida yang mudah terbakar, sehingga minyak tersebut sangat
berbahaya jika di sekitar kebocoran minyak terdapat percikan api. Perancangan yang
tidak tepat, dapat menimbulkan kemungkinan pecahnya pipa-pipa saluran sistem
hidrolik. Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam perancangan sistem hidrolik
adalah fluida yang digunakan dan pemilihan komponen-komponen penyusun sistem.
Prinsip yang terdapat pada sistem hidrolik antara lain hukum Pascal,
persamaan kontinuitas, prinsip Bernouli, hukum konservasi energi, konfigurasi aliran,
dan rugi-rugi energi karena gesekan. Penelitian kali ini tidak meninjau seluruh prinsip
yang ada. Prinsip yang dipakai mengandung rumus-rumus untuk mengitung gaya,
kecepatan gerak piston, laju aliran fluida (kapasitas) pada silinder, serta daya dan laju
aliran fluida pada pompa. Rumus lain yang digunakan adalah kerapatan (massa jenis).
Rumus ini digunakan untuk menghitung kerapatan dari bahan percobaan.
Transmisi gaya pada sistem hidrolik menggunakan prinsip hukum Pascal.
Tekanan yang diberikan pada fluida dalam wadah tertutup, akan diteruskan sama
besar dan merata ke segala arah. Sistem hidrolik menggunakan fluida inkompresibel
untuk menyalurkan gaya pada setiap titik di sepanjang jalur fluida tersebut. Gaya
pada fluida dapat diperbesar dengan cara menaikkan tekanannya atau memperbesar
diameter dari silinder.
Gambar 2.2 Prinsip hukum Pascal
Tekanan yang diberikan fluida.
Gaya yang diberikan fluida.
Keterangan :
F = Gaya (kg)
P = Tekanan (kg/cm2)
A = Luas penampang (cm2)
Dengan
Keterangan :
8
Laju aliran fluida pada silinder menggunakan prinsip hukum aliran
(persamaan kontinuitas). Besarnya laju aliran fluida pada pipa yang mengalami
perubahan penampang adalah sama.
Gambar 2.3 Hukum aliran
(http://priyahitajuniarfan.files.wordpress.com/2011/02)
Persamaan laju aliran fluida :
Keterangan :
Q = Laju aliran fluida (cm3/detik)
A = Luas penampang (cm2)
v = Kecepatan aliran fluida (cm/detik)
Laju aliran pada pompa dicari menggunakan persamaan berikut ini.
Keterangan :
Q = Laju aliran fluida (cm3/detik)
VD = Volumetric displacement (cm3)
n = Putaran poros pompa (rpm)
Rumus untuk menghitung daya fluida :
Keterangan :
HP = Daya fluida (HP)
P = Tekanan (psi)
Q = Laju aliran fluida (GPM)
Rumus mencari kerapatan massa jenis :
Keterangan :
ρ = Massa jenis (kg/cm3
)
V = Volume (cm3)
m = massa (kg)
2.2 Fluida Hidrolik
Sistem hidrolik menggunakan fluida dalam bentuk cairan, biasanya oli. Fluida
10
1. Meneruskan atau memindahkan daya.
2. Meneruskan isyarat (signal).
3. Melumasi komponen-komponen yang bergerak dan mengurangi gesekan dan
keausan.
4. Memindahkan panas dari sumber panas ke reservoir.
5. Menghanyutkan partikel-partikel kecil yang mengelupas dari komponen ke
filter.
6. Melindungi permukaan komponen dari zat kimia penyebab korosi.
Ada beberapa faktor yang berpengaruh dalam pemilihan fluida hidrolik,
seperti:
1. Kekentalan (viskositas)
Viskositas yang rendah mengakibatkan fluida tidak dapat menahan gesekan,
karena lapisan oil film pada komponen yang bergerak terlalu tipis. Nilai
viskositas yang tinggi berakibat pada meningkatnya daya pompa untuk
melawan gaya viskositas fluida. Viskositas dipengaruhi oleh tekanan dan
temperatur. Jika temperatur cairan meningkat, maka viskositas cairan
berkurang. Fluida lebih encer pada suhu tinggi dan lebih kental pada suhu
rendah. Nilai viskositas menjadi lebih besar ketika tekanan pada sistem
meningkat.
2. Index viskositas
Index viskositas menunjukkan pengaruh temperatur pada perubahan
viskositas fluida. Nilai index viskositas yang rendah menunjukkan bahwa
terjadi perubahan nilai viskositas fluida yang cukup besar ketika suhu
mengalami perubahan dan sebaliknya. Dapat dikatakan bahwa sistem hidrolik
membutuhkan fluida yang dapat mempertahankan kestabilan nilai viskositas
saat terjadi perubahan suhu.
3. Titik nyala dan titik api
Titik nyala adalah suhu saat fluida menyala dan menimbulkan percikan api.
Titik api adalah suhu saat fluida menyala dan terbakar. Fluida harus
mempunyai nilai titik nyala dan titik api yang tinggi, agar tidak terbakar saat
sistem sedang beroperasi.
4. Kestabilan kimia
Kestabilan kimia diartikan sebagai kemampuan fluida untuk menghambat
proses oksidasi. Reaksi kimia dapat terjadi karena fluida bercampur zat
oksidan atau suhu yang tinggi. Reaksi kimia tersebut dapat mengubah cairan
fluida menjadi endapan lumpur yang dapat membuat valve dan piston rusak.
5. Daya pelumasan
Fluida bertugas memberikan lapisan film pada permukaan komponen yang
bergerak. Hal tersebut bertujuan agar komponen itu dapat bergerak lebih
lancar. Kemampuan pelumasan dipengaruhi oleh perubahan suhu.
6. Racun
Fluida yang digunakan tidak boleh mengandung zat kimia berbahaya. Zat
12
kulit, mata, dan mulut. Zat kimia berbahaya tersebut dapat menyebabkan sakit
bahkan kematian.
7. Anti-foam
Busa terbentuk dari pemampatan gas pada fluida yang akan menimbulkan
gelembung udara. Suhu operasi sistem yang tinggi dapat menyebabkan fluida
mengandung gelembung udara dalam jumlah banyak. Gelembung akan
menimbulkan busa yang dapat menyebabkan kavitasi pada pompa dan dapat
memperlambat respon dari sistem.
8. Zat asam
Fluida seharusnya tidak mengandung zat yang dapat menyebabkan korosi dan
karat pada logam. Fluida dapat menyebabkan korosi setelah digunakan
berulang-ulang. Cara yang baik untuk menanggulangi masalah tersebut adalah
menggunakan fluida sesuai dengan sistem hidrolik yang dibuat serta
digunakan dalam jangka waktu tertentu.
2.3 Pompa Hidrolik
Pompa digerakkan oleh motor untuk menyalurkan fluida menuju aktuator.
Pompa terbagi menjadi dua kelompok, yaitu nonpositive displacement pumps (pompa
hidroninamis) dan positive displacement pumps (pompa hidrostatis). Perbedaan
diantara pompa tersebut adalah nonpostive displacement pumps bekerja pada tekanan
rendah dan digunakan untuk memindahkan fluida saja. Positive displacement pumps
lebih banyak digunakan untuk sistem berdaya fluida dan terbagi menjadi:
1. Gear Pumps
Beberapa pompa yang termasuk dalam jenis gear pumps adalah:
a. External gear pump
Pompa ini menggunakan pasangan roda gigi luar untuk menggerakkan
fluida. Roda gigi yang dipakai seperti spur gear (roda gigi lurus), helical
gear (roda gigi miring), dan herringbone gear (roda gigi miring ganda).
Kedua roda gigi terletak dalam satu rumah yang mempunyai saluran
masuk dan keluar.
b. Internal gear pump
Pompa jenis ini menggunakan pasangan roda gigi luar dan roda gigi
dalam. Profil roda gigi yang digunakan adalah roda gigi lurus.
c. Lobe pump
Prinsip kerja dari pompa sama dengan external gear pump. Lobe (cuping)
memiliki ukuran yang lebih besar daripada gigi-gigi roda gigi dan hanya
terdapat dua atau tiga lobe pada setiap rotor (bagian yang bergerak).
Kedua lobe tersebut berputar, salah satunya digerakkan oleh motor dan
yang lainnya oleh timing gears.
d. Screw pump
Pompa jenis ini mempunyai satu atau lebih rotor yang berupa sekrup
14
spiral. Pompa dua sekrup mempunyai satu sekrup bebas, sedangkan
pompa tiga sekrup mempunyai dua sekrup bebas.
2. Vane pumps
Pompa memindahkan fluida menggunakan suatu alur memutar yang berfungsi
sebagai rotor dengan sudu-sudu di dalamnya. Pompa terbagi menjadi:
a. Balanced vane pump
Pompa ini bekerja dengan sistem pemindah tetap atau variabel. Rotor
digerakkan oleh poros penggerak yang berputar di dalam cincin rotor.
Sudu-sudu yang terpasang pada alur rotor dapat bergerak kearah radial (ke
luar ataupun ke dalam). Pompa ini mempunyai dua saluran masuk dan
keluar yang terpasang berhadapan.
b. Unbalanced vane pump
Pompa bekerja dengan sistem pemindah tetap. Pompa hanya mempunyai
satu saluran masuk dan satu saluran keluar.
3. Piston pumps
Pompa bekerja menggunakan torak atau piston yang bekerja bolak-balik
dalam lubang silinder untuk menarik dan mendorong fluida. Jenis-jenis
pompa torak antara lain:
a. Axial piston pump
Torak terpasang dan bergerak sejajar dengan sumbu poros pompa.
b. Radial piston pump
Torak terpasang dan bergerak tegak lurus sumbu poros pompa. Posisi
torak dirancang membentuk formasi bintang. Pompa ini dilengkapi sistem
pengatur katup dengan pemindahan tetap atau variable.
2.4 Valve (katup)
Valve pada sistem hidrolik digunakan untuk mengatur kerja aktuator. Valve
juga berfungsi untuk mengatur sirkulasi tekanan dan mengatur besarnya tekanan pada
sistem dengan cara mengatur kapasitas fluida yang mengalir.
Gambar 2.4 Valves
16
Sistem hidrolik memilki tiga jenis valve, yaitu:
1. Pressure control valve
Katup ini berfungsi untuk melindungi sistem dari tekanan yang berlebih.
Jenis-jenis katup yang termasuk ke dalam pressure control valve adalah relief
valve, pressure reducing valve, sequence valve, counterbalance valve,
pressure switches (http://www.edgeroamer.com/sweethaven/mechanics).
2. Flow control valve
Katup bertugas untuk mengendalikan dan mengukur laju aliran fluida yang
masuk dan keluar dari aktuator. Dapat dikatakan bahwa katup ini digaunakan
untuk mengontrol kecepatan aktuator. Berdasarkan cara mengalirkan fluida,
katup dibedakan menjadi restrictor flow control valve dan by pass flow
control valve (Daines, JR, 2009:315).
3. Directional control valve
Katup jenis ini berperan untuk mengendalikan arah dari fluida pada sistem.
Directional control valve juga berfungsi untuk mengatur aliran fluida. Katup
ini dapat dibedakan menjadi empat jenis berdasarkan jalur lintasan fluida,
yaitu (Daines, JR, 2009:299):
a. Shut-off valve
Katup ini sering disebut dengan two way valves. Katup jenis ini hanya
mempunyai satu jalur lintasan fluida. Fluida dapat mengalir dalam dua
arah port. Jenis-jenis katup ini antara lain globe valve, gate valve, ball
valve, spool valve, dan needle valve.
b. Check valve
Check valve juga memiliki satu jalur lintasan fluida diantara dua port.
Perbedaan check valve dengan shut-off valve adalah fluida hanya dapat
mengalir dalam satu arah port saja. Katup terbagi menjadi tiga jenis, yaitu:
standar check valve, restriction check valve, dan pilot-operate check
valves.
c. Three way valve
Katup ini mempunyai tiga port eksternal yang terhubung dengan sistem
pompa, silinder, dan tangki. Three way valve mempunyai sebuah port
yang digunakan untuk mengalirkan fluida masuk dan keluar dari aktuator.
Katup ini biasanya digunakan untuk mengendalikan single-acting
actuator.
d. Four way valve
Katup ini mempunyai empat port eksternal yang terhubung dengan sistem
pompa, inlet dan outlet dari silinder dan tangki. Four way valve
mempunyai dua port yang digunakan untuk mengalirkan fluida masuk dan
keluar dari aktuator. Katup ini biasanya digunakan untuk mengendalikan
18
2.5 Aktuator
Aktuator berfungsi untuk mengubah tekanan yang terdapat pada fluida
menjadi gaya mekanik dan gerakan. Gerakan dari aktuator dapat berupa gerak lurus
dan gerak putar. Silinder, motor , dan turbin merupakan contoh dari sebuah aktuator.
Silinder mengubah energi tekan dalam fluida menjadi gerak lurus. Silinder terdiri dari
torak (piston) atau ram yang berada di dalam cylindrical housing dan digerakkan oleh
fluida. Silinder terbagi menjadi dua, yaitu ram-type cylinder dan piston-type
cylinder.
Silinder jenis ram mempunyai luas penampang piston rod yang berukuran lebih dari
setengah atau bahkan sama dengan luas penampang piston head dan disebut disebut
dengan ram. Silinder jenis piston mempunyai luas penampang piston rod yang
berukuran kurang dari setengah luas penampang piston head (http://www.
Constructionknowledge.net/public_domain_documents, www.edgeroamer.com/sweet
haven/mechanics). Kedua aktuator tersebut terbagi menjadi single-acting cylinder dan
double-acting cylinder. Single-acting cylinder hanya memiliki satu port dan
memanfaatkan tekanan didalam fluida untuk menggerakkan piston rod keluar dari
cylindrical housing. Silinder memanfaatkan gaya berat dari beban atau pegas nuntuk
menggerakkan piston rod masuk ke cylindrical housing. Double-acting cylinder
memiliki dua port yang berfungsi untuk menggerakkan piston rod keluar dan masuk
cylindrical housing.
Gambar 2.5 Single-acting actuator (piston-type)
(http://www.constructionknowledge.net/public_domain_documents)
Gambar 2.6 Double-acting actuator (ram-type)
(http://www.constructionknowledge.net/public_domain_documents)
2.6 Fluid lines
Fluid lines menghubungkan komponen-komponen dan menyalurkan fluida pada
sistem. Fluid lines pada sistem hidrolik dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu pipa
ataupipe (rigid), tubing (semirigid), hose (flexibel) (http://www.Construction
20
dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti fluida yang digunakan, besarnya tekanan
yang dibutuhkan oleh sistem dan lokasi dari sistem.
Perbedaan diantara pipe (pipa) dan tubing terletak pada klasifikasi ukuran.
Pipe ditunjukkan dengan diameter dalam dan tebal dinding, sedangkan tubing
ditunjukkan dengan diameter luar dan tebal dinding pada tabel klasifikasi ukuran.
Diameter dalam akan berpengaruh pada laju aliran dan kecepatan fluida. Bahan dan
ketebalan dinding berpengaruh pada kemampuan pipe dan tubing untuk menahan
fluktuasi tekanan yang terjadi. Pipe dan tubing biasanya terbuat dari baja, tembaga,
kuningan, alumunium, dan stainless steel. Flexible hose digunakan untuk
menghubungkan komponen yang bergerak pada sistem. Lines jenis ini mampu
meredam kejutan tekanan dan getaran mesin. Pemasangan lines yang benar dan salah
ditunjukkan oleh Gambar 2.7 dan Gambar 2.8.
Gambar 2.7 Pemasangan pipe dan tubing
(Siswanto, Budi Tri 2008:168)
Gambar 2.8 Pemasangan flexible hose
(http://www.constructionknowledge.net/public_domain_documents)
2.7 Reservoir
Reservoir adalah tempat penyimpanan fluida pada sistem hidrolik. Kebersihan
fluida dijaga dengan menggunakan strainer (saringan kasar), filter (saringan halus),
atau pemisah magnetik. Reservoir memiliki beberapa fungsi tambahan yang penting
bagi sistem, jika dirancang dengan baik. Beberapa fungsi tersebut antara lain :
1. Mampu menghilangkan panas pada fluida.
2. Mampu memisahkan kotoran yang terbawa oleh fluida.
3. Mampu melepaskan udara yang terperangkap di dalam fluida.
22
Fungsi-fungsi tambahan tersebut di atas dapat memperpanjang umur pemakaian
sistem dan komponen-komponen penyusun sistem.
2.8 Simbol
Simbol berfungsi untuk menunjukkan bentuk dan fungsi dari komponen,
serta memperlihatkan cara kerja dari sistem hidrolik. Simbol terbagi menjadi
beberapa jenis, seperti graphic symbol, pictorial symbol, cutaway symbol, dan
combination symbol (Daines, JR, 2009:93). Graphic symbol menunjukkan fungsi dan
pengoperasiaan komponen. Pictorial symbol menunjukkan gambar bentuk dari
komponen. Cutaway symbol menunjukkan gambar potongan dari sebuah komponen.
Combination symbol merupakan perpaduaan diantara tiga jenis simbol tersebut.
Graphic symbol disusun oleh garis, lingkaran, kotak, segitiga, titik, dan anak
panah yang menunjukkan komponen-komponen penyusun sistem. Simbol-simbol
tersebut dirangkai menjadi sirkuit diagram yang menampilkan sebuah sistem hidrolik.
Contoh simbol-simbol yang termasuk kedalam grapich symbol antara lain
(faculty.ivytech.edu/~bl-desn/dsn201/images/Fluid_Power_Symbols_ANSI_Std.pdf,
www.airlinehyd.com/KnowledgeCenter/Symbol.asp.):
Simbol- simbol dasar
1. Garis
Garis lurus manggambarkan fluid lines
Garis putus-putus manggambarkan drain atau
pilot lines
Garis titik-stirp menggambarkan component
enclosure
Garis lengkung menggambarkan flexible
24
2. Lingkaran
Lingkaran besar menggambarkan pompa atau
motor
Lingkaran kecil menggambarkan alat ukur
Setengah lingkaran menggambarkan rotary
actuator
3. Kotak
Satu kotak digunakan untuk menggambarkan
pressure control function.
Dua atau tiga kotak berdampingan digunakan
untuk menggambarkan directional control
function.
4. Diamond
Diamond digunakan untuk menggambarkan
fluid conditioner (filter, separator, lubricator,
heat exchanger).
5. Segitiga dan anak panah
Segitiga dan anak panah digunakan untuk
menggambarkan arah aliran fluida pada
sistem hidrolik.
Simbol-simbol dalam bentuk komponen
1. Motor listrik
2. Pompa
26
3. Valve
Pressure relief valve
Four way valve-three position
4. Silinder
Double acting-single end rod
Simbol-simbol lain
1. Sambungan dan persimpangan lines
Persimpangan lines
Sambungan lines
2. Alat ukur
Alat ukur tekanan
3. Kontrol
Lever
4. Reservoir dengan selang pembalik
di bawah level fluida
28
BAB III
MESIN PRES HIDROLIK SERAT SABUT KELAPA
3.1 Metode Penelitian
Penelitian dilaksanakan dalam beberapa tahap, seperti yang terlihat pada
Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian Pembuatan mesin
pres hidrolik
Pembelian bahan (serat sabut kelapa)
Percobaan
Pembahasan
Kesimpulan
3.2 Mesin Pres Hidrolik
Komponen-komponen penyusun mesin pres hidrolik yang digunakan dalam
penelitian, ditunjukkan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Mesin pres serat sabut kelapa
30
Penelitian ini akan membahas tentang pemanfaatan sistem hidrolik pada
pengolahan serat serabut kelapa. Mesin pres berfungsi untuk memudahkan proses
packing serat sabut kelapa yang akan dikirim. Sistem hidrolik ditunjukkan oleh
Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Sirkuit diagram mesin pres hidrolik
External gear pump akan mengalirkan fluida dari tangki menuju ke double
acting cylinder-piston type melewati relief valve dan 4/3 directional control valve
(4/3 DCV). Motor menggerakkan pasangan roda gigi luar pada external gear pump
untuk menghisap fluida dari tangki. Fluida didalam pompa bergerak mengikuti arah
putaran roda gigi.
Gambar 3.4 External gear pump
(http://www.netpumps.com)
Double acting cylinder-piston type mempunyai dua port fluida. Silinder jenis
ini dapat menerima fluida dari sistem dan mengembalikan fluida ke sistem. Piston
dapat bergerak dalam dua arah, yaitu masuk dan keluar cylinder housing. Fluida
masuk ke salah satu port dan mendorong piston. Fluida yang berada di sisi lain dari
32
Gambar 3.5 Double acting cylinder-piston type
Sistem menggunakan 4/3 DCV untuk mengendalikan kerja dari piston,
seperti Gambar 3.5. Katup ini mengarahkan aliran fluida yang akan menuju ke
silinder. Fluida dikembalikan ke tangki (fluida bergerak dari port P ke T) saat tuas
tidak ditekan.
Gambar 3.6 Simbol 4/3 DCV
Fluida bergerak dari port P menuju port A dan port B menuju port T, ketika tuas
ditekan. Fluida mendorong piston ke luar dari cylinder housing untuk proses
pengepresan. Fluida bergerak dari port P ke port B dan port A ke port T, ketika tuas
katup 4/3 DCV digerakkan ke arah yang berlawanan. Situasi itu membuat piston
terdorong masuk ke dalam cylinder housing dan mengakhiri proses pengepresan.
Tekanan maksimal yang digunakan pada sistem pres dapat diatur oleh
pressure relief valve dan dapat dilihat pada pressure gauge. Katup juga berfungsi
untuk mengembalikan fluida ke tangki jika terjadi tekanan berlebih pada sistem.
Fluida dari sistem masuk ke relief valve dan mendorong popet untuk membuka port
yang menuju ke tangki.
Gambar 3.7 Relief valve
(Daines, JR, 2009:284)
Motor listrik pada sistem, dikendalikan oleh kontrol panel yang menjaga
sistem dari tegangan berlebih. Kontrol panel terdiri dari saklar, overload, kontaktor,
dan limit switch. Motor listrik akan mati ketika piston rod saat proses pengepresan
34
3.2 Perhitungan Sistem Hidrolik
Silinder yang digunakan pada sistem memiliki piston berdiameter 11 cm dan
piston rod sebesar 6 cm. Gaya yang mampu dihasilkan oleh sistem dapat diketahui
apabila luas area gaya bekerja dan tekanan dari sistem sudah diketahui. Luas area
yang dimaksud adalah luas penampang dari piston.
Diameter piston(d) = 11 cm
Maka luas penampang piston (A),
Tekanan maksimal yang digunakan pada sistem sebesar 90 kg/cm2, maka
gaya yang mampu dihasilkan oleh sistem dapat diketahui menggunakan persamaan
berikut ini.
⁄
Gaya pada hidrolik ditunjukkan dengan satuan ton. Satu ton sama dengan seribu
kilogram, maka 8548,2 kg sama dengan 8,5482 ton. Fluida yang dipakai untuk
menghasilkan gaya tersebut dialirkan menggunakan pompa dengan putaran 1450 rpm
dan volumetric displacement sebesar 10 cc. Laju aliran fluida pada sistem dapat dicari
dengan perhitungan sebagai berikut.
⁄
Kecepatan gerak piston saat proses pengepresan dapat diketahui bila laju
aliran fluida dan luas penampang piston yang bersentuhan dengan fluida telah
diketahui. Kecepatan gerak piston (v) dalam cm/detik, maka hasil perhitungan Q
perlu diubah ke dalam cm3/detik.
Q = 14500 cc/menit
Dengan,
1 menit = 60 detik
1 cc = 1 cm3
36
⁄
⁄
Kecepatan turun silinder menggunakan luas penampang piston, karena fluida
mengenai seluruh permukaan piston.
⁄
Luas penampang utuk mencari kecepatan naik piston tidak sama dengan luas
penampang piston. Fluida bekerja diantara dinding silinder dalam dan piston rod.
Luas penampang yang digunakan adalah luas penampang piston dikurangi luas
penampang piston rod.
Diameter piston rod = 6 cm
Sehingga,
⁄
⁄
Daya yang dibutuhkan oleh sistem dicari menggunakan rumus daya fluida.
Satuan tekanan dan laju aliran fluida yang digunakan pada rumus dalam psi dan
GPM. Satuan tekanan dan laju aliran fluida yang digunakan pada perhitungan
sebelumnya dalam kg/cm2 dan cm3/detik, maka satuan yang dipakai harus dikonversi
terlebih dahulu.
Dengan,
1 liter = 1 dm3 = 1000 cm3
1 GPM = 3,79 liter/menit
1 bar = 14,5 psi
1 bar = 1,01 kg/cm2
38
⁄
⁄
⁄
⁄
Dan
⁄
Sehingga
39
BAB IV
DATA PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Percobaan
Pengujian mesin pres hidrolik dilaksanakan di laboratorium teknologi
mekanik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Bahan uji berupa serat sabut kelapa
yang didapat dari pedagang pengumpul dan pengerajin serat sabut kelapa. Mesin pres
membuat bahan menjadi bentuk balok.
(a) (b)
40
Percobaan bertujuan untuk mengetahui pengaruh tekanan dari sistem hidrolik
terhadap serat sabut kelapa. Percobaan menggunakan serat sabut kelapa dengan berat
2 kg, 3 kg, dan 4 kg. Tekanan yang digunakan dalam percobaan adalah 30 kg/cm2
sampai 90 kg/cm2. Serat sabut kelapa yang telah dimasukkan ke tempat pengepresan,
di pres selama dua menit. Data yang diambil adalah tinggi bahan saat dipres dan
tinngi bahan setelah dipres. Data percobaan pengujian mesin pres hidrolik
ditunjukkan pada Table 4.1, Table 4.2, Table 4.3.
Tabel 4.1: Data percobaan dengan bahan seberat 2 kg
Tabel 4.2: Data percobaan denggan bahan seberat 3 kg
Tabel 4.3: Data percobaan dengan bahan seberat 4 kg
42
4.2 Pembahasan
Pembahasan akan menampilkan dan mencari hubungan antara tekanan yang
diterima oleh serat sebut kelapa dengan kerapatan yang dimiliki oleh serat sabut
kelapa saat dipres dan setelah dipres. Kerapatan ditunjukkan oleh besarnya massa
jenis serat sebut kelapa. Massa jenis (ρ) adalah massa dari bahan (m) per volume
bahan (V).
Volume yang dimaksud pada rumus di atas adalah luas penampang tempat
pengepresan dikalikan tinggi serat sabut kelapa saat dipres dan setelah dipres. Massa
yang dimaksud adalah berat serat sabut kelapa saat percobaan dilaksanakan. Tempat
pengepresan mempunyai lebar dan panjang sebesar 25 cm, maka luas penampangnya
(A) adalah 625 m2. Berikut ini daalah contoh perhitungan mencari nilai kerpatan dan
tekanan yang diterima oleh serat sabut kelapa. Contoh perhitungan memakai data
percobaan yang menggunakan bahan seberat 2 kg pada tekanan terukur sebesar 30
kg/cm2.
Volume serat sabut kelapa saat dipres
Tinggi bahan saat dipres (t) adalah 10,3 cm
Maka volume bahan,
Kerapatan saat dipres
⁄
Volume serat sabut kelapa setelah dipres
Tinggi bahan setelah dipres (t) adalah 29,5 cm
Maka volume bahan,
44
Kerapatan setelah dipres
⁄
Tekanan yang diterima oleh serat sabut kelapa tidak sama dengan tekanan
yang terukur pada sistem. Tekanan yang diterima oleh serat merupakan gaya yang
diberikan sistem per luas penampang bahan. Gaya yang diberikan sistem adalah luas
penampang piston dikalikan dengan tekanan terukur pada sistem. Luas penampang
piston (Apiston) adalah 94,98 cm2. Luas penampang bahan sama dengan luas
penampang tempat pengepresan. Luas penampang bahan (A) tersebut adalah 625
cm2.
Gaya yang diterima oleh bahan
⁄
Tekanan yang diterima oleh bahan
⁄
⁄
Hasil perhitungan kerapatan serat sabut kelapa ditunjukkan pada Table 4.4,
Tabel 4.5, dan Tabel 4,6.
Tabel 4.4: Hasil perhitungan dengan bahan seberat 2 kg
46
Tabel 4.5: Hasil perhitungan dengan bahan seberat 3 kg
Gaya
Tabel 4.6: Hasil perhitungan dengan bahan seberat 4 kg
Gaya
kerapatan serat sabut kelapa saat dipres dan setelah dipres, ditunjukkan oleh Gambar
4.2, Gambar 4.3, dan Gambar 4.4.
Gambar 4.2 Grafik hubungan tekanan dan kerapatan dengan bahan seberat 2 kg
Gambar 4.3 Grafik hubungan tekanan dan kerapatan dengan bahan seberat 3 kg
48
Gambar 4.4 Grafik hubungan tekanan dan kerapatan dengan bahan seberat 4 kg
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa kerapatan dipengaruhi oleh tekanan
yang diterima oleh bahan. Tekanan yang besar akan menghasilkan kerapatan yang
besar juga. Tekanan berpengaruh pada ketinggian bahan. Hal tersebut mengakibatkan
perubahan volume dari bahan. Kerapatan merupakan perbandingan antara massa dan
volume bahan, maka kerapatan akan berubah jika volumenya berubah.
49
BAB V
KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Telah berhasil dibuat dan diteliti sebuah mesin pres serat sabut kelapa yang
mampu menghasilkan gaya sekitar 8550 kg dan memerlukan daya sekitar 3
HP.
2. Besarnya harga kerapatan bahan dipengaruhi oleh tekanan yang diterima oleh
bahan. Tekanan yang besar akan menghasilkan nilai kerapatan bahan yang
besar . Hubungan antara tekanan dan kerapaatan serat sabut kelapa saat
dipres:
a. Dengan berat 2 kg
ρ = 6,42×10-4P + 0,19
R² = 0,803
b. Dengan berat 3 kg
ρ = 2,40×10-4
P + 0,352
50
c. Dengan berat 4 kg
ρ = 1,92×10-4
P + 0,309
R² = 0,937
Hubungan antara tekanan dan kerapaatan serat sabut kelapa setelah dipres:
a. Dengan berat 2 kg
Penelitian ini hanya membahas tentang sistem hidrolik dan pengaruh tekanan
dari mesin pres yang telah dibuat terhadap serat sabut kelapa. Masih banyak hal yang
bisa dibahas pada mesin pres hidrolik, seperti perancangan mesin pres hidrolik serat
sabut kelapa.
51
DAFTAR PUSTAKA
Daines, JR. 2009. Fluid Power: Hydraulic and Pneumatic 7th edition. Illinois: The Goodheart-Willcox Co., Inc
Durfee, W dan Z. Sun. 2009. Fluid Power System Dynamic (http://www.me.umn.edu /~wkdurfee/projects/ ccefp/fp-chapter/fluid-pwr.pdf) Diakses tanggal 19 April 2012
Mahmud, Zainal dan Yulius Ferry. 2005. Prospek Pengolahan Hasil Sampingan Buah Kelapa (http://perkebunan.litbang. deptan. go.id /upload.files/File/ publikasi/perspektif/perspektif_Vol_4_No_2_3_Zainal.pdf.) Diakses tanggal 4 Februari 2012
Rines. 2011. Bahan Ajar Hidrolik dan Penumatik Bagian I. Yogyakagta
Rines. 2011. Bahan Ajar Hidrolik dan Penumatik Bagian II: Pompa dan Komponen-Komponen Kendali. Yogyakarta
Siswanto, Budi Tri. 2008. Teknik Alat Berat Jilid 1 (http://www2.Jogjabelajar .org/modul/bse/04_SMK-MAK/kelas12_smk_teknik_alat_berat_ budi_ tri_ siswanto.pdf.) Diakses tanggal 10 Mei 2012
http://www.g-w.com/PDF/SampChap/60525_0816_Ch02.pdf. Diakses tanggal 18 April 2012
http://www.netpumps.com/images/gear_pump.gif. Diakses tanggal 22 Mei 2012
52
www.airlinehyd.com/KnowledgeCenter/Symbol.asp. Diakses tanggal 1 Juni 2012
http://priyahitajuniarfan.files.wordpress.com/2011/02/5-kontinuitas1.jpg. diakses tanggal 1 Juni 2012
http://www.bi.go.id/NR/rdonlyres/63C26928-869C-4041-BD30-AEF3062AAD1B /15886/IndustriSeratSabutKelapa1.pdf. Diakses tanggal 2 Juli 2012
http://kelapaindonesia2020.files.wordpress.com/2010/03/grafik3-1.jpg. diakses tanggal 7 Agustus 2012
LAMPIRAN
Foto Serat Sabut Kelapa
Foto 4/3 Directional Control Valve
