TUGAS AKHIR PNEUMATIK DAN HIDRAULIK

PERENCANAAN SISTEM HIDRAULIK SEBAGAI MEKANISME PENGGERAK PADA MESIN PENCETAK

PAVING DENGAN TIPE 12 PRODUK

Oleh :

FAJAR ISMA’IL ARIFIYANTO NRP. 2102 030 023

PROGRAM STUDI DIPLOMA III JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2006

LEMBAR PENGESAHAN

PERENCANAAN SISTEM HIDRAULIK SEBAGAI MEKANISME PENGGERAK PADA MESIN PENCETAK

PAVING DENGAN TIPE 12 PRODUK

TUGAS AKHIR

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan

Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya Teknik Mesin

Pada

Bidang Studi Teknik Produksi

Program Studi Diploma III

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

Mengetahui/Menyetujui :

Dosen Pembimbing

Ir. H. Syamsul Hadi, MT. NIP. 131 651 417

SURABAYA 2006

ABSTRAK

Proses pembuatan paving di daerah Porong, Sidoarjo, Jawa Timur memang masih menggunakan tenaga manusia dalam memasukkan bahan baku ke dalam cetakan termasuk juga dalam menggerakkan cetakan bawah ke atas, namun proses pengerjaannya lama. Oleh karena itu dibuatlah perencanaan alat yang diharapkan dapat mempercepat proses dan memperbaiki hasil. Perencanaan alat yang direncanakan ini menggunakan sistem hidraulik, sehingga alat yang semula masih menggunakan tenaga manusia dalam memasukkan bahan baku ke dalam cetakan dan menggerakkan cetakan bawah ke atas, kini dirubah menjadi alat yang menggunakan motor dan pompa sebagai sumber tekanan serta oli sebagai fluida penggerak silinder hidraulik. Selanjutnya dilakukan perencanaan dan perhitungan untuk menentukan jenis-jenis dari peralatan hidraulik. Hasil perencanaan dan perhitungan menunjukkan bahwa besarnya gaya pembentukan adalah 51192,68 N dengan ukuran silinder sebagai berikut : Dpiston = 0,080 m, Drod = 0.045 m, stroke = 0,51 m. Setelah itu didapatkan tekanan silinder sebesar 1738,68 psi serta kapasitas pompa sebesar 4,2704.10-4 m3/s. Disamping itu daya motor juga didapatkan sebesar 8,37 Hp. Kemudian dengan adanya gaya angkat sebesar F = 1007,82 N pada tiap silinder dengan ukuran silinder : Dpiston = 0,040 m, Drod = 0,0224 m dan stroke = 0,30 m, setelah itu didapatkan tekanan silinder sebesar 864,27 psi. Adanya gaya dorong pada kereta bahan sebesar 840 N diperoleh silinder dengan ukuran : Dpiston = 0,040 m, Drod = 0,0224 m dan stroke 0,30 m, maka didapatkan tekanan silinder sebesar 1730,578 psi.

iii

ABSTRACT

A tool that make a stone (paving) in Porong, Sidoarjo, East Java still use man power to put raw material into dies and move dies from under to the above of.But the processing to make a stone is longer, the process takes too much time, and the result is not perfect or bad. Because of this matter, we design a tool would be faster in processing and with a better result. A tool that will be used is using an hydraulic system, so tool that used manpower to put raw material into dies and move dies from under to the above but now changed to be a tool that use motor and hydraulic pump as the pressure tool and oil as the working fluid in it. This tool required 4/3 spring centered manually actuated that useful to make the cylinder move extend and retract as on the planning. From design and result shown that the pressure force is 51192,68 N with diameter of cylinder’s : piston diameter = 0,080 m, rod diameter = 0,045 m, stroke = 0,51 m. After that we had a pressure of cylinder by 1738,68 psi and capacity of pump by 4,2704.10-4 m3/s. by the way the power of motor also got by 8,37 Hp. Next any pressure force is 1007,82 N in a cylinder with diameter of cylinder’s : piston diameter = 0,040 m, rod diameter = 0,0224 m and stroke = 0,30 m. After that we had a pressure of a cylinder by 864,27 psi.Next any pressure in material cart is 840 N in a cylinder with diameter of cylinder’s : piston diameter = 0,040 m, rod diameter = 0,0224 m and stroke = 0,30m. After that we had pressure of a cylinder by 1730,578 psi.

iv

KATA PENGANTAR

Alhamdulilllah, segala puji dan syukur dipanjatkan ke hadirat Allah SWT,

yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penyusunan Tugas

Akhir yang berjudul : “Perencanaan Sistem Hidraulik Sebagai Mekanisme

Penggerak Pada Mesin Pencetak Paving Dengan Tipe 12 Produk”, dapat

diselesaikan dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi

oleh setiap mahasiswa Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS untuk bisa

dinyatakan lulus. Dalam rangka tersebut maka disusunlah Tugas Akhir ini oleh

penyusun dengan berusaha semaksimal mungkin untuk menguraikan serta

menganalisa hal-hal yang berkaitan dengan Tugas Akhir ini. Selain itu Tugas

Akhir ini juga merupakan suatu bukti yang dapat diberikan kepada almamater dan

masyarakat untuk kehidupan sehari-hari.

Selama waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini

penyusun banyak memperoleh dukungan dari beberapa pihak. Dengan segala

kerendahan hati penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada :

1. ALLAH SWT. dan junjungan Nabiku Muhammad SAW.

2. Ayah dan Ibu (Alm) tercinta beserta kakak - kakak atas doa serta

dukungannya sehingga terselesaikan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Ir. Hari Subiyanto, MSc, selaku Koordinator Program Studi D3

Teknik Mesin FTI – ITS, yang telah memberikan kesempatan kepada

penulis untuk menempuh Tugas Akhir ini.

4. Bapak Dedy Zulhidayat ST. MT, selaku Koordinator Tugas Akhir Program

Studi D3 Teknik Mesin FTI – ITS.

5. Bapak Ir. H. Syamsul Hadi, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah

meluangkan waktu dan tenaga serta bantuannya baik moril maupun

materiil untuk memberikan bimbingan kepada penulis selama

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

v

6. Bapak Ir. Subowo, Msc, selaku Dosen Wali yang telah memberikan

nasehat dan semangat kepada penulis sehingga Tugas akhir ini dapat

terselesaikan.

7. Bapak Dosen Tim Penguji yang telah banyak memberikan masukan dan

saran guna kesempurnaan Tugas Akhir ini.

8. My Love M@ma Ninik yang telah memberikan banyak dorongan,

semangat, cinta dan kasih sayang serta do’a yang sangat berarti bagiku.

9. Rekan satu tim Tugas Akhir Moch. Choifin (Ucup) dan rekan – rekan

d3mits 2002 : (Cokro trims atas dasinya, Penyu trims atas sepatunya,

Abied, Ade, Adi ndut, Adi kecap, Adimul, Agung, Agus S., Aldi, Andra,

Aan (Alm), Ardi, Arga, Arif B., Asad, Ayubi, Badrut, Basuki, Bayu,

Copet, Damai, David, Dedi E., Dedi S., Diyah, Djibon, Dwi K., Doweh,

Fais, Frenky, Glocon, Gunawan, Gusur, Haram, Hardianto, Haris, Haspar,

Heri P., Heri W., Indra, Jazil, Jufri, Kake’, Kandank, Kenanga, L. Bagus,

Ma2k, Mansur, Mat, Mbenx, Ndaru, Ogie’, Pri, Puguh, Rafief, Riky,

Sarjono, Sawab, Sigit, Sony, Tohir, Topan, Umar, Untung, Wadlik,

Wahyu, Wi2n, Yitno, Zamroni, Ziko.

10. Teman – teman kost Gebang Rodah Sekolahan 16 dan Gebang Wetan Gg 1

No.06 serta semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu,

terima kasih atas dukungan dan bantuannya sehingga Tugas Akhir ini dapat

terselesaikan.

Kekurangan atau ketidaksempurnaan tentu masih ada, namun bukan

sesuatu yang disengaja, hal tersebut semata-mata disebabkan karena kekhilafan

dan keterbatasan pengetahuan yang dimiliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang

membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca dan

mahasiswa, khususnya mahasiswa Program Studi D3 Teknik Mesin FTI – ITS.

Surabaya, Januari 2006

Penyusun

vi

DAFTAR ISI

COVER ……………………………………………………………………………i

LEMBAR PENGESAHAN…………………..…………………………………..ii

ABSTRAKSI ……..……………………………………………………………...iii

ABSTRACT ……...………………………………………………………………iv

KATA PENGANTAR ………………………..…………………………………..v

DAFTAR ISI …………………………………………………………………….vii

DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………xi

DAFTAR TABEL………………………………………………………………xiii

DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………...xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang ……………...………………………………………1

1.2 Perumusan masalah ………...………………………………………1

1.3 Batasan masalah …………...……………………………………….2

1.4 Tujuan ……………………...……………………………………….2

1.5 Sistematika penulisan ……...……………………………………….3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses konversi energi sistem tenaga hidraulik …...………………..4

2.2 Hukum Pascal ……………………………………..………………….5

2.3 Transmisi gaya hidraulik ………………………….…………………6

2.4 Transmisi tekanan ………………………………………………….8

2.5 Persamaan kontinuitas ……………………………………………...9

2.6 Daya hidraulik ……………………………………………………...9

2.7 Persamaan energi ………………………………………………….11

2.8 Sistem distribusi …………………………………………………..14

2.8.1 Pipa …………………………………………………………14

2.8.2 Hose ……………………………………………………….16

2.9 Aliran hidraulik dalam pipa ……………………………………….17

2.10 Aliran laminer dan turbulen ………………………………………...17

vii

2.11 Bilangan Reynolds ………………………………………………….18

2.12 Persamaan Darcy ……………………………………………………19

2.12.1 Kerugian mayor …………………………………………19

2.12.2 Kerugian minor …………………………………………….21

2.13 Fluida hidraulik ……………………………………………………..22

2.14 Peralatan komponen hidraulik ………………………………………26

2.14.1 Pompa hidraulik ……………………………………………26

2.14.2 Reservoar …………………………………………………...30

2.14.3 Aktuator …………………………………………………….32

2.14.4 Katup (valve) ……………………………………………….34

2.14.5 Saringan (strainer) ………………………………………….38

2.15 Poros ………………………………………………………………...39

2.15.1 Macam – macam poros …………………………………….40

2.15.2 Hal penting dalam perencanaan poros ……………………..40

2.15.3 Perencanaan poros secara garis besar………………………41

2.16 Bantalan ……………………………………………………………..43

2.16.1 Macam – macam bantalan ………………………………….43

2.16.2 Perencanaan bantalan ………………………………………46

2.17 Analisa posisi sudut …………………………………………………49

2.17.1 Pergerakan mekanisme cetakan bawah …………………….49

2.17.2 Pergerakan mekanisme kereta bahan ………………………51

BAB III METODOLOGI PERENCANAAN

3.1 Diagram alir…………………………………………………………55

3.2 Sirkuit hidraulik……………………………………………………..57

BAB IV PEMBAHASAN

4.1 Skema hidraulik……………………………………………………..59

4.2 Perhitungan tekanan perencanaan …………………………………..60

4.3 Pemilihan pipa ………………………………………………………62

4.4 Pemilihan hose ……………………………………………………...63

4.5 Memilih komponen hidraulik ……………………………………….63

viii

4.5.1 Directional control valve …………………………………….63

4.5.2 Check valve ………………………………………………….63

4.5.3 Strainer ………………………………………………………63

4.6 Kerugian tekanan (head loss) ……………………………………….63

4.6.1 Head loss mayor ……………………………………………..64

4.6.2 Head loss minor ……………………………………………...67

4.7 Menentukan pompa …………………………………………………69

4.8 Menentukan daya motor …………………………………………….70

4.9 Perhitungan pada silinder penggerak cetakan bawah ………………71

4.9.1 Perhitungan kerugian perpipaan …………………………….71

4.9.2 Perhitungan tekanan perencanaan …………………………...76

4.9.3 Perhitungan gaya dan kecepatan silinder ……………………77

4.10 Perhitungan pada silinder penggerak kereta bahan …………………78

4.10.1 Perhitungan kerugian perpipaan ……………………………..78

4.10.2 Perhitungan tekanan perencanaan …………………………...83

4.10.3 Perhitungan gaya dan kecepatan silinder ……………………84

4.11 Analisa gaya dan kecepatan ………………………………………...85

4.11.1 Gaya pada mekanisme penggerak cetakan bawah …………85

4.11.2 Gaya pada mekanisme penggerak kereta bahan …………….89

4.11.3 Kecepatan pada mekanisme penggerak cetakan bawah …….94

4.11.4 Kecepatan pada mekanisme penggerak kereta bahan ……….95

4.12 Perencanaan dan pemilihan poros …………………………………..96

4.12.1 Poros 1 ……………………………………………………….96

4.12.2 Poros 2 ……………………………………………………103

4.12.3 Poros 3 ……………………………………………………..110

4.12.4 Poros 4 ……………………………………………………..116

4.13 Perencanaan dan pemilihan bantalan ……………………………...123

4.13.1 Bantalan untuk poros 1 ……………………………………..123

4.13.2 Bantalan untuk poros 3 ……………………………………..125

4.14 Perhitungan posisi sudut …………………………………………..128

4.14.1 Pergerakan mekanisme cetakan bawah …………………….128

4.14.2 Pergerakan mekanisme kereta bahan ………………………133

ix

BAB V KESIMPULAN ……………………………………………………….142

DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………….144

LAMPIRAN ……………………………………………………………………145

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema perubahan energi pada excavator.......................................... 4

Gambar 2.2 Distribusi tekanan pada ruang tertutup ........................................... .. 6

Gambar 2.3 Prinsip hukum Pascal ...................................................................... .. 6

Gambar 2.4 Skema pemindah gaya hidraulik ..................................................... .. 7

Gambar 2.5 Skema transmisi gaya...................................................................... .. 8

Gambar 2.6 Kontinuitas aliran............................................................................ .. 9

Gambar 2.7 Silinder hidraulik............................................................................. 10

Gambar 2.8 Sistem pipa untuk mendapatkan persamaan Bernouli .................... 12

Gambar 2.9 Tekanan dan gaya yang terjadi di dalam pipa................................. 15

Gambar 2.10 Aliran laminer ................................................................................. 18

Gambar 2.11 Aliran turbulen ................................................................................ 18

Gambar 2.12 Moody diagram............................................................................... 21

Gambar 2.13 Grafik efisiensi hidraulik sebagai fungsi dari viskositas ................ 24

Gambar 2.14 Istilah dari viskositas untuk operasi sistem hidraulik ..................... 24

Gambar 2.15 Fluida hidraulik sebagai sealing...................................................... 25

Gambar 2.16 Pompa roda gigi eksternal............................................................... 29

Gambar 2.17 Pompa roda gigi internal ................................................................. 30

Gambar 2.18 Konstruksi dari reservoar ................................................................ 31

Gambar 2.19 Silinder single acting....................................................................... 32

Gambar 2.20 Silinder double acting ..................................................................... 33

Gambar 2.21 Pressure relief valve ........................................................................ 35

Gambar 2.22 Operasi check valve ........................................................................ 36

Gambar 2.23 Katup 4/3 spring centered manually actuated ................................. 37

Gambar 2.24 Katup four way air pilot actuated.................................................... 38

Gambar 2.25 Operasi dari solenoid untuk menggeser spool ................................ 38

Gambar 2.26 Strainer ............................................................................................ 39

Gambar 2.27 Susunan bantalan gelinding............................................................. 45

Gambar 2.28 Pergerakan mekanisme cetakan bawah............................................49

Gambar 2.29 Pergerakan lengan AB dan silinder hidraulik.................................. 51

Gambar 2.30 Pergerakan lengan AB dan BC........................................................ 53

xi

Gambar 3.1 Diagram alir perencanaan ............................................................... 55

Gambar 3.2 Sirkuit hidraulik .............................................................................. 57

Gambar 3.3 Tuas Penggerak Mesin Pencetak Paving......................................... 58

Gambar 4.1 Skema hidraulik (depan) ................................................................. 59

Gambar 4.2 Skema Hidraulik (samping)............................................................. 60

Gambar 4.3 Perencanaan hidraulik cetakan bawah............................................. 85

Gambar 4.4 Perencanaan hidraulik kereta bahan................................................ 89

Gambar 4.5 Poros 1 tampak atas......................................................................... 97

Gambar 4.6 Poros 2 tampak atas........................................................................103

Gambar 4.7 Poros 3 tampak atas........................................................................110

Gambar 4.8 Poros 4 tampak atas........................................................................116

Gambar 4.9 Distribusi gaya pada bantalan 1..................................................... 123

Gambar 4.10 Distribusi gaya pada bantalan 3..................................................... 125

Gambar 4.11 Pergerakan mekanisme cetakan bawah..........................................128

Gambar 4.12 Pergerakan lengan AB dan silinder hidraulik................................ 133

Gambar 4.13 Pergerakan lengan AB dan BC...................................................... 136

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Harga kekasaran permukaan pada berbagai pipa.................................20

Tabel 2.2 Faktor K untuk katup dan fitting..........................................................22

Tabel 2.3 Kesesuaian sifat fluida hidraulik..........................................................26

Tabel 2.4 Perbandingan pada berbagai jenis pompa............................................28

Tabel 2.5 Perbandingan dari berbagai jenis motor ..............................................34

Tabel 3.1 Prinsip kerja tuas DCV .........................................................................58

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Pemilihan komponen hidraulik

Lampiran B Pemilihan material

Lampiran C Angka keamanan

Lampiran D Pemilihan motor listrik

Lampiran E Poros

Lampiran F Bantalan

Lampiran G Standart konversi

Lampiran H Hasil pengujian

xiv