BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian magnetMagnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Asal kata magnet diduga dari kata magnesia yaitu nama suatu daerah di Asia kecil. Menurut cerita di daerah itu sekitar 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan sejenis batu yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam lainnya. Benda yang dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet. Di dalam kehidupan sehari-hari kata magnet sudah sering kita dengar, namun sering juga berpikir bahwa jika mendengar kata magnet selalu berkonotasi menarik benda. Untuk bisa mengambil suatu barang dari logam (contoh obeng besi) hanya dengan sebuah magnet, misalkan pada peralatan perbengkelan biasanya dilengkapi dengan sifat magnet sehingga memudahkan untuk mengambil benda yang jatuh di tempat yang sulit dijangkau oleh tangan secara langsung. Bahkan banyak peralatan yang sering digunakan, antara lain bel listrik, telepon, dinamo, alat-alat ukur listrik, kompas yang semuanya menggunakan bahan magnet.Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun teratur), magnet magnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam yang bukan magnet, magnet elementernya mempunyai arah sembarangan (tidak teratur) sehingga efeknya saling meniadakan, yang mengakibatkan tidak adanya kutub-kutub magnet pada ujung logam. Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu: utara dan selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya.Magnet dapat menarik benda lain, beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber (1 weber/m2 = 1 tesla) yang mempengaruhi luasan satu meter persegi.2.2. Medan MagnetMedan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih merasakan adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik di suatu titik didefenisikan sebagai arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas ketika ditempatkan pada titik tersebut.

2.2.1 Momen MagnetikBila terdapat dua buah kutub magnet yang berlawanan +m dan m terpisah sejauh l, maka besarnya momen magnetiknya (M) adalah

M = mlr (2.1)

dengan M adalah sebuah vektor dalam arah vektor unit r berarah dari kutub negatif ke kutub positif. Arah momen magnetik dari atom bahan non magnetik adalah acak sehingga momen magnetik resultannya menjadi nol. Sebaliknya di dalam bahan-bahan magnetik, arah momen magnetik atom-atom bahan itu teratur sehingga momen magnetik resultan tidak nol.

Gambar 2.1 Arah momen magnetik bahan non magnetik

Gambar 2.2 Arah momen magnetik bahan magnetik [footnoteRef:1] [1: Google hukumfisika.blogspot]

momen magnet mempunyai satuan dalam cgs adalah gauss.cm3 atau emu dan dalamSI mempunyai satuan A. m2.

2.2.2 Induksi MagnetikSuatu bahan magnetik yang diletakkan dalam medan luar H akan menghasilkan medan tersendiri H' yang meningkatkan nilai total medan magnetik bahan tersebut. Induksi magnetik yang didefinisikan sebagai medan total bahan ditulis sebagai:

B = H + H'(2.2)

Hubungan medan sekunder H'= 4M , satuan B dalam cgs adalah gauss, sedangkan dalam geofisika eksplorasi dipakai satuan gamma (g) dan dalam SI adalah tesla (T) atau nanoTesla (nT)

2.2.3 Kuat Medan MagnetikKuat medan magnet (H) pada suatu titik yang berjarak r dari m1 didefinisikan sebagai gaya persatuan kuat kutub magnet, dapat dituliskan sebagai:

(2.3)

dengan r adalah jarak titik pengukuran dari m. H mempunyai satuan A/m dalam SI sedangkan dalam cgs H mempunyai satuan oersted.

2.2.4 Intensitas KemagnetanSejumlah benda-benda magnet dapat dipandang sebagai sekumpulan benda magnetik. Apabila benda magnet tersebut diletakkan dalam medan luar, benda tersebut menjadi termagnetisasi karena induksi. Dengan demikian, intensitas kemagnetan dapat didefinisikan sebagai tingkat kemampuan menyearahkan momenmomen magnetik dalam medan magnetik luar dapat juga dinyatakan sebagai momen magnetik persatuan volume. Satuan magnetisasi dalam cgs adalah gauss atau emu. Cm-3 dan dalam SI adalah Am-1.

(2.4)Dimana I = Intensitas Kemagnetan V = Volume

2.2.5Sifat kemagnetan bahanBerdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan, yaitu diamagnetik, paramagnetik dan ferromagnetik. Bahan diamagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol. Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Arah gerakan elektron dalam bahan diamagnetik jika diberi medan magnet luar. [footnoteRef:2] [2: Google hukumfisika.blogspot]

Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan bersifat diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron berpasangan, akibatnya bahan ini tidak menarik garis gaya. Permeabilitas bahan diamagnetik adalah < 0 dan suseptibilitas magnetiknya m < 0. Contoh bahan diamagnetik yaitu : bismut, perak, emas, tembaga dan seng.Bahan paramagnetik adalah bahan yang resultan atomis masing-masing atom/molekulnya tidak nol, tetapi resultan atomis total seluruh atom/molekul dalam bahan nol. Hal ini disebabkan karena gerakan atom/molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis masing-masing atom saling meniadakan, seperti yang terlihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Arah domain-domain dalam bahan paramagnetik sebelum diberi medan magnet luar.

Bahan ini jika diberi medan magnet luar, maka elektron-elektronnya akan berusaha sedemikian rupa sehingga resultan medan magnet atomisnya searah dengan medan magnet luar, seperti ditunjukkan Gambar 2.5. Sifat paramagnetik ditimbulkan oleh momen magnetik spin yang menjadi terarah oleh medan magnet luar. Pada bahan ini, efek diamagnetik (efek timbulnya medan magnet yang melawan medan magnet penyebabnya) dapat timbul, tetapi pengaruhnya sangat kecil.

Gambar 2.5 Arah domain dalam bahan paramagnetik setelah diberi medan magnet luar.4 Permeabilitas bahan paramagnetik adalah > 0 dan suseptibilitas magnetik bahannya m < 0 Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium, wolfram dan sebagainya. Bahan diamagnetik dan paramagnetik mempunyai sifat kemagnetan yang lemah. Perubahan medan magnet dengan adanya bahan tersebut tidaklah besar apabila digunakan sebagai pengisi kumparan toroida.Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan atomis besar. Hal ini terutama disebabkan oleh momen magnetik spin elektron. Pada bahan ferromagnetik banyak spin elektron yang tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnetik yang dihasilkan oleh s[footnoteRef:3]uatu atom lebih besar. [3: 4 Skripsi M. Khoirul Zein, Rancang Bangun dan Karakterisasi Induktor Elektromagnet Medan Tinggi. 2006. Semarang: UNS]

Medan magnet dari masing-masing atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi diantara atom-atom tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri membentuk kelompok-kelompok. Kelompok atom yang mensejajarkan dirinya dalam suatu daerah dinamakan domain. Bahan ferromagnetik sebelum diberi medan magnet luar mempunyai domain yang momen magnetiknya kuat, tetapi momen magnetik ini mempunyai arah yang berbeda-beda dari satu domain ke domain yang lain sehingga medan magnet yang dihasilkan tiap domain saling meniadakan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Arah domain-domain dalam bahan ferromagnetik sebelum diberi medan magnet luar.

Bahan ini jika diberi medan magnet dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri searah dengan medan magnet dari luar, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak domain-domain yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam bahan ferromagnetik akan semakin kuat.

Gambar 2.7 Arah domain dalam bahan ferromagnetik setelah diberi medan magnet luar.

Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medan magnet luar tidak memberi pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain yang disearahkan. Keadaan ini dinamakan jenuh atau keadaan saturasi.Permeabilitas bahan ferromagnetik adalah > 0 dan suseptibilitas bahannya m > 0. Contoh bahan ferromagnetik : besi, baja, besi silikon dan lain-lain. Sifat kemagnetan bahan ferromagnetik ini akan hilang pada temperatur yang disebut Temperatur Currie. Temperatur Curie untuk besi lemah adalah 7700 C, dan untuk baja adalah 10430 C (Kraus. J. D, 1970).

Tabel 2.1 Suseptibilitas magnet temperatur ruang untuk material-material diamagnetik dan paramagnetik

2.2.5Kurva magnetisasiHubungan antara B dan H cukup komplek. Secara umum dapat dijelaskan dengan kurva H B yang disebut juga kurva magnetisasi.

Gambar 2.8 Kurva magnetisasiSuatu material magnetik yang telah dimagnetisasi dapat mempunyai magnetisasi sisa (remanensi) meskipun medan magnetik luar telah dihilangkan. Remanensi ini dapat dihilangkan dengan cara melakukan demagnetisasi dan magnetisasi lagi menggunakan medan yang besarnya makin menurun seperti ilustrasi berikut.

Gambar 2.9 menghilangkan remanensi di dalam material magnetik[footnoteRef:4] [4: 5DR. IR. Suwarno, Diktat Kuliah Material Elektroteknik. 1999. Bandung: ITB]

2.2.6HisterisisHisterisis didefinisikan sebagai keterlambatan perubahan magnetisasi dikala H berubah. Bila bahan ferromagnetik diberikan H yang menaik dan menurun maka plot dari H B akan membentuk loop histerisis.Pada saat H dinaikan maka B juga naik mengikuti garis OB. Ketika H diturunkan maka B tidak menurun sesuai dengan garis OB melainkan menurut garis BC. Pada titik C ketika H = 0, B masih mempunyai harga dan disebut magnetisasi sisa. Bila H negatif diberikan maka akan terjadi demagnetisasi dan didapat titik D dimana B = 0 pada saat H = Hc. Penurunan H lebih lanjut akan menghasilkan B negatif hingga titik E. Kenaikan H pada langkah berikutnya akan mengikuti garis EF. Di titik F meskipun tidak ada H, di dalam bahan ditemukan B negatif cukup besar. Kenaikan H selanjutnya akan menghasilkan loop B-C-D-E-F-G-B.

Gambar 2.10 Tipikal loop histerisis

Bahan magnetik yang mempunyai luas loop yang besar menunjukan adanya losses yang besar pada proses magnetisasi-demagnetisasi.Pemberian H yang berubah-ubah dapat terjadi misalnya dengan pemberian medan yang berubah terhadap waktu (AC). Keberadaan loop histerisis akan menimbulkan rugi-rugi. Rugi-rugi ini terkait dengan luas loop. Dalam suatu material magnetik dengan medan magnet maka kerapatan energi adalah dEvol = H dB sehingga total energi atau kerja yang terlibat dalam magnetisasi suatu material magnetik dari medan awal B1 ke medan akhir B2 adalahEvol = [footnoteRef:5] [5: DR. IR. Suwarno, Diktat Kuliah Material Elektroteknik. 1999. Bandung: ITB]

Anggap mula-mula berada pada titik P dan dimagnetisasi ke titik Q seperti pada gambar berikut.

Gambar 2.11 Ilustrasi energi magnetisasi dan demagnetisasi

Proses magnetisasi dari P ke Q memasukkan energi ke dalam material sebesar sebanding dengan luas PQRS. Pada proses demagnetisasi dari Q ke S dimana B sama dengan ketika berada pada titik P maka energi yang berhasil dikembalikan adalah sebesar sebanding dengan luas QRS. Energi ini lebih kecil dari energi magnetisasi PQRS. Perbedaan energi adalah sebanding dengan luas diantara kurva magnetisasi dan demagnetisasi. Energi inilah yang merepresentasikan rugi-rugi energi histerisis. Untuk loop penuh (satu siklus magnetisasi-demagnetisasi) maka losses sebanding dengan luas loop histerisis tersebut. Makin luas loop histerisis makin besar losses.Energi yang didisipasikan per unit volume sebagai losses histerisis tergantung dari material magnetik dan medan magnetik. Berarti tergantung dari tingkat pembebanan medan dalam material tersebut. Makin besar beban magnet makin besar pula losses histerisis. Losses histerisis dinyatakan secara empirik sebagai:Ph = K f Bmn [footnoteRef:6] [6: DR. IR. Suwarno, Diktat Kuliah Material Elektroteknik. 1999. Bandung: ITB]

Dimana K adalah konstanta material (berharga sekitar 150), f adalah frekuensi medan dan Bm adalah medan magnet maksimum. n adalah konstanta yang besarnya 1,6. Dengan demikian losses histerisis dapat diturunkan dengan menurunkan frekuansi operasi dan medan yang dipergunakan. Oleh karena itu aplikasi bahan magnetik biasanya dipilih untuk bahan dengan loop sekecil mungkin.

2.2.7Unsur pembentukan magnet permanen Nd-Fe-B Sintering neodymium-besi-boron (Nd-Fe-B) magnet adalah magnet yang paling kuat tetap dikomersialisasikan tersedia saat ini, dengan produk energi maksimum berkisar antara 26 MGOe menjadi 52 MGOe.Nd-Fe-B merupakan generasi ketiga dari magnet permanen yang dikembangkan pada 1980-an. Ia memiliki kombinasi remanen sangat tinggi dan koersivitas, dan dilengkapi dengan berbagai nilai, ukuran dan bentuk. Dengan karakteristik yang sangat baik magnet, bahan baku melimpah dan relatif harga murah, Nd-Fe-B menawarkan lebih banyak fleksibilitas dalam merancang yang baru atau mengganti bahan magnet tradisional seperti keramik, Alnico dan Sm-Co untuk mencapai efisiensi yang tinggi, biaya rendah dan lebih kompak perangkat. Sebuah proses metalurgi serbuk yang digunakan dalam memproduksi magnet Nd-Fe-B disinter. Meskipun sinter Nd-Fe-B mekanis lebih kuat dari magnet Sm-Co dan kurang rapuh dari magnet lain, tidak boleh digunakan sebagai komponen structural Pemilihan Nd-Fe-B dibatasi oleh temperatur akibat hilangnya ireversibel dan reversibel suhu cukup tinggi koefisien Br dan Hci. Aplikasi Suhu maksimum adalah 200 C selama nilai koersivitas tinggi magnet Nd-Fe-B lebih rentan terhadap oksidasi daripada paduan magnet lainnya. Jika magnet Nd-Fe-B yang akan terkena kelembaban, media kimia agresif seperti asam, garam alkali solusi dan gas berbahaya, lapisan dianjurkan. Hal ini tidak dianjurkan dalam suasana hidrogen. Berdasarkan hasil yang dilakukan, dapat dijelaskan bahwa kurva histeris magnet permanen Nd-Fe-B berdasarkan percobaan yang dilakukan berbentuk minor, artinya medan magnet yang dihasilkan magnet permanen itu sangat besar, sehingga alat yang ada perlu ditambahkan seperangkat alat elektronik.2.2.8Gaya antara dua magnet permanenGaya magnet (F) adalah gaya tarik-menarik atau tolak-menolak dari kutub-kutub magnet (m1, m2) yang berjarak r. Interaksi antar magnet ditentukan berdasarkan asumsi bahwa setiap magnet yang mempunyai kutub positif dan kutub negatif yang terletak di ujung-ujung magnet. Gaya interaksi antara kedua kutub magnet tersebut mengikuti hukum Coulomb untuk muatan listrik dan hukum gravitasi Newton untuk masa.F = r [footnoteRef:7] [7: Skripsi Nanang Anwarudin, Analisa Potensi Rekayasa Magnet Permanen Levitation. 2009. Jakarta: UIN Syarif Hidayatullah.]

Dimana F adalah gaya magnet dalam (N), p1 dan p2 adalah kekuatan kutub magnet atau momentum magnet (Am), r adalah jarak kedua kutub (m).Medan gravitasi, listrik dan magnet dikelompokan sebagai medan konsevatif atau tunak, dalam arti bersifat absolut atau ada sepanjang waktu. Gaya yang ditimbulkan medan konsevatif termasuk sebagai fungsi gaya kuadrat terbalik.

2.4 TEORI DASAR VDI 2221Untuk memulai perencanaan Magnetic Flywheel seperti yang di maksud dalam bab terdahulu, perlu dilakukam suatu proses secara bertahap untuk dapat mencapai suatu perencanaan yang di maksud. Pada beberapa negara industri, mereka memiliki standar perencanaan sendiri, dalam hal ini VDI 2221 merupakan metode yang digunakan oleh insinyur Jerman sebagai pedoman dalam perencanaan produk. Vrein Deutcher Ingeneur (VDI) atau persatuan Insinyur Jerman Mengeluarkan metode VDI 2221 yang memiliki sifat fleksibilitas yang tinggi pada tahap tahap yang harus dilalui oleh perencana dan tahap tahap tersebut, langkah langkah tersebut dapat saja dihilangkan jika terdapat penekanan pda tahapan tertentu yang menjadi prioritas yang harus didahului. Dalam proses perencanaan terdapat faktor yang perlu diperhatikan aspek aspek yang harus didahului, di dalam bukunya G. Pahl dan W. Beitz memberikan tuntunan tahap tahap yang harus dilakukan dalam proses perencanan, proses tersebut dibagi menjadi empat tahap, yaitu : 1. Perencanaan produk dan penjabaran tugas ( product planning and claryfing task )2. Perencanaan konsep ( Conceptual design ) 3. Perencanan bentuk ( Embodiment design )4. Perencanaan detail ( Detail design )

2.4.1. Perencanaan Produk dan Penjabaran Tugas ( Product planning and Claryfing task)Untuk mendefinisikan tahapan ini seorang perencana terlebih dahulu harus mendapatkan informasi yang jelas sebagai formula awal untuk dapat merencanakan produk yang berssifat massal. Suatu produk dikatakan bersifat massal apabila telah memenuhi kriteria-kriteria yang dibutuhkan oleh pasar baik dalam segi maupun perakitan.Untuk mencapai hal tersebut perlu dilakukan pengumpulan data dan informasi penting yang nantinya dimasukkan ke dalam daftar kebutuhan spesifikasi ( Requirement list ) seperti terlihat pada tabel 2.1 dengan memberikan keterangan D ( demand ) yang berarti kebutuhan

dan W ( Wishes ) yang berarti keinginan, hal ini dimaksud untuk membedakan antara kebutuhan dan keinginan.Perbedaan antara demand dan wishes akan sangant membantu pada saat melaukan evaluasi, daftar tersebut disertai aspek-aspek kualitas maupun kuantitas dapat dijadikan acuan dalam pengambilan keputusan akan solusi.Gambar 2.1 lay out daftar spesifikasi[footnoteRef:8] [8: Teori VDI, Skripsi Perancangan Alat uji Tarik Riko Budianto, 2010, ISTN]

Dalam perencanaan produk terdapat beberapa prosedur pendekatan sistematis yang dapat dilakukan dan kesemuanya mempunyai banyak persamaaan. Untuk mempermudah prosedur tersebut dilakukan penyusunan daftar spesifikasi yang berfungsi sebagai daftar periksa ( Chek list ), daftar ini memiliki 17 aspek kebutuhan dasar yang harus diidentifikasi menurut kebutuhannya, seperti ditampilkan pada tabel 2.2 yang merupakan parameter yang terdapat pada suatu produk, tabel ini digunakan sebaga sumber untuk mengidentifikasi penyusunan fungsi yang harus di miliki oleh sebuah alat.

Tabel 2.2 Daftar periksa perencanaan produk No.Bagian utamaContoh

1GeometriUkuran, tinggi, luas, panjang, diameter, kebutuhan tempat, nomor, susunan, hubungan, perluasan

2KinematikaJenis gerak, arah gerakan, kecepatan, percepatan

3GayaArah gaya, besar gaya, frekuensi, berat, beban, deformasi, kekakuan, elastisitas,stabilitas, resonasi

4TenagaHasil, efisiensi, friksi, Ventilasi, keadaan, tekanan, temperatur, pemanasan, pendinginan, pengiriman, penyimpangan, kapasitas, konversi

5Bahansifat kimia dan fisik yang terkandung, bahan campuran, bahan penentu

6SinyalInput dan output, bentuk, tampilan, alat kontrol

7KeamananPrinsip keamanan langsung, sistem pelindung, aman bagi operasional dan lingkungan

8ErgonomikHubungan manusia dan mesin, jenis operasi, tingkat kebersihan, pencahayaan dan keindahan

9Produksibatasan pabrik, dimensi maksimum, metode produksi, kualitas dan toleransi yang dicapai

10Kontrol Kualitasdapat diukur dan di uji, aplikasi terhadap peraturan standar

11Perakitanaturan khusus, instalsi, dudukan, pondasi

12Pengangkutanbatasan daya angkut roda gigi, jarak ruangan, alat pengangkut, kondisi saat pengiriman

13Operasibising, pemakaian, penggunaan khusus, wilayah pasar dan tujuan

14Perawatanpelayanan waktu, periksaan, penggantian dan perbaikan, pengecekan serta kebersihan

15Daur Ulangpenggunaan ulang, pemrosesan ulang, limbah dan penyimpanan

16Biayamenentukan biaya maksimum pembuatan, biaya perkakas, penurunan harga, dan penanaman modal

17Rencana kerjabatas waktu pengembangan, perencanaan proyek dan kontrol, waktu pengiriman

Namun dari 17 aspek tersebut bersifat fleksibel sehingga memungkinkan untuk menghilangkan aspek tertentu yang di sesuaikan oleh perancang.

2.4.2. Perencanaan Konsep ( Conceptual Design )Tahap perencanaan konsep merupakan tahapan untuk menentukan prinsip solusi dari suatu rancangan. Hal ini dapat di capai dengan menyederhanakan permasalahan yang di perlukan dengan membuat abstraksi, menentukan struktur fungsi, meneliti prinsip kerja yang sesuai kemudian mencari kombinasi semua prinsip ke dalam struktur kerja. Perencanaan konsep merupakan hasil dari prinsip spesifikasi ( specification of principle ).Pada gambar 2.4 diberikan tahap-tahap yang diperlukan, yag dihubungkan sedemikian rupa untuk memenuhi prinsip proses penyeesaian masalah secara umum pada perencanaan konsep.

Gambar 2.4 langkah langkah perencanaan konsep menggunakan petunjuk VDI 2221

Membuat Abstraksi Abstraksi dibuat untuk menganalisa daftar kebutuhan sehingga dapat ditemukan hal-hal yang penting dari maskud yang direncanakan. Analisa tersebut berfungsi untuk mengungkapkan aspek-aspek inti dari suatu permasalahan, Berikut ini langkah-langkahnya :1. Menghilangkan pilihan pribadi2. Mengabaikan syarat syarat yang tidak memiliki hubungan langsung dengan fungsi utama 3. Transformasikan data kuantitatif menjadi kualitatif lalu menguranginya menjadi pernyataan ini.4. Generalisasikan hasil dari langkah sebelumnya.5. Merumuskan solusi permasalahan secara netral.

Abstraksi dibuat seperti tabel 2.2 dimana akan terdapat beberapa tabel abstraksi. Tabel 2.2 di isi dengan daftar kebutuhan mengikuti langkah-langkah diatas. Namun langkah-langkah diatas juga dapat di hilangkan sesuai dengan kebutuhan

Menetapkan Struktur FungsiSelesai dengan pembuatan abstraksi, maka selanjutnya dapat dibuat suatu aliran energi, material dan sinyal untuk memperjelas struktur fungsi dari perencanaan dengan menggambarkan ke dalam bentuk diagram. Aliran ini merupakan proses struktur ungsi secara keseluruhan yang meliputi input dan output yang belum jelas solusinya.Untuk memperjelas struktur fungsi tersebut, maka perlu dipecah lagi menjadi beberapa sub-fungsi. Sub-fungsi yang terdapat dalam diagram tergantung besar-kecilnya permasalahan yang dihadapi. Gambar 2.5 merupakan bentuk diagram struktur fungsi.

Gambar 2.5 diagram struktur fungsi (a) fungsi keseluruhan (b) sub-fungsiMencari Prinsip KerjaPrinsip kerja harus ditemukan pada sub-fungsi dan secepatnya dikombinasikan dengan struktur kerja. Karena dengan demikian akan mudah mendapatkan prinsip solusinya, metode yang digunakan antara lain metode intuisi dan metode analisis berdasarkan proses fisik dan metode dengan menggunakan skema klarifikasi.Metode intuisi menggunakan intuisi dari perancang, biasanya perancang yang sudah berpengalaman. Metode dengan analisis berdasarkan proses, juga dapat dilakukan yaitu dengan mengumpulkan data-data yang didapat dari literatur, jurnal dan brosur-brosur atau dengan eksperimen.Metode dengan skema klarifikasi dapat juga dilakukan yaitu dengan mengkombinasikan pilihan-pilihan solusi yang dibuat ke dalam sebuah tabel skema klasifikasi, seperti pada tabel 2.3

Gambar 2.3 skema struktur dasar sub fungsi

Diantara ketiga skema diataas dua metode terakhirlah yang lebih banyak digunakan, karena memiliki tingkat akurasi yang lebih baik dan memiliki nilai logis yang dapat dibuktikan dengan data-data.

Menetapkan Kombinasi Yang SesuaiSetelah dibentuk skema klarifikasi maka langkah selanjutnya adalah menentukan kombinasi dari beberapa subfungsi tersebut dengan menaarik garis garis matrik seperti pada tabel 2.4. dengan cara inilah prinsip kerja dapat dilihat sehingga di ketahui kombinasi yang paling sesuai, logis dan memungkinkan

Tabel 2.4. Struktur prinsip kerja

Problema utama dalam menetapkan prinsip kerja ini adalah memastikan kesesuaian antara aliran energi, materia dan sinyal. Dalam menetapkan prinsip kerja metode matematik dapat diterapkan apabila prihal yang akan ditetapkan dapa di jabarkan secara kuantitas.

Pembentuk dan Pemilihan VarianTahapan ini mengacu pada tahapan sebelumnya, setelah didapat beberapa varian prinsip kerja maka kombinasi tersebutakan diseleksi lagi untuk menetapkan varian mana yang paling menguntungkan dan menjadi acuan pembuatan produk. Untuk mempermudah proses seleksi maka di buatlah tabel 2.5 varian yang di tabel sebelumnya adalah acuan di tabel 2.5. pada proses ini sering kali sulit untuk menilai karakteristik prinsip solusi dengan data kuantitif, apabila acuannya adalah produksi dan biaya. Oleh karena itu dibutuhkan diskusi dantara disiplin ilmu. Pada tabel yang diberi tanda positif (+) adalah varian yang dapat diwujudkan, karena memenuhi kriteria kriteria yang ditentukan

Tabel 2.5. contoh diagram pemilihan struktur kerja

Melakukan evaluasiLangkah berikutnya adalah langkah evaluasi, pad langkah ini hsil varian-varian yang telah dapat ditetapkan pada tabel 2.6 dilakukan evaluasi terhadap kriteria berikut:Tabel 2.6 evaluasiSifat PrinsipContoh

FungsiMewakili seluruh fungsi penting pada prinsip solusi

Prinsip KerjaSederhana dengan sedikit efek samping maupun gangguan

KeselamatanTidak memerlukan alat keselamatan tambahan

ErgonomiErgonomi yang memuaskan

ProduksiSedikit metode, tanpa peralatan produksi yang mahal

PerakitanMudah, cepat dan nyaman

PengoperasianPengoperasian yang simple dan berumur panjang

PerawatanPerawatan yang mudah dan sederhana

Daur UlangMudah di daur ulang

BiayaBiaya yang dikeluarkan dan resiko

Langkah-langkah evaluasi menurut metode vdi 2221 adalah sebagai berikut:1. Menentukan kriteria evaluasi, kriteria evaluasi berdasarkan spesifikasi yang telah di buat.2. Memberikan bobot kriteria evaluasi, kriteria yang dipilih mempunyai tingkaat pengaruh yang berbeda terhadap varian konsep.3. Mengumpulkan parameter, agar perbandingan setiap variasi konsep dapat terlihat dengan jelas maka dipilih suatu parameter atau besaran yang dipakaioleh setiap varian4. Menilai, sebaiknya harga yang dimasukan adalah harga nominal.5. Menentukan nilai keseluruhan, nilai keseluruhan untuk varian konsep dapat dihitung dengan rumus berikut

2.4.3. Perencanaan Bentuk (Embodiment design) Perencanaan bentuk dimulai dari sebuah konsep (struktur kerja, prinsip solusin dan kecelakaa). Menentukan struktur konstruksi pada sistem teknik dengan mengikuti ketentuan atau kriteria dasar yang bersifat teknis dan ekonomis..Ketntuan dasar dalam perencanaan bentuk tersebut harus terpenuhi, hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya permasalahan atau gangguan yang mungkin dapat terjadi. Ketentuan dasar dalam perencanaan bentuk dimaksud untuk mendapatkan kejelasan (clairty ), kesederhanaan ( simplicity ) dan keselamatan (safety), hal tersebut yang mendasari hampir semua langkah-langkah yang terdapat pada gambar 2.6 berikut

2.4.4. Perencanaan DetailPada tahap ini telah dilakukan proses perencanaan terhadap perencanaan, bentuk, sifat permukaan bagian yang terpisah pada akhirnya diletakkan, menetukan bahan, menetapkan perkiraan produksi, perkiraan biaya dan semua gambarannya serta pembuatan dokumen produksi lainnya, tahap ini dapat dilihat pada gambar 2.7