4

BAB II

STUDY LITERATUR

2.1. Tinjauan Pustaka

Fendra Satria dari Universitas Andalas, Padang (2014) dalam “Rancang

Bangun Alat Bending Sengkang pada Kolom Skala Laboratorium” telah merancang

sebuah mesin penekuk begel di mana pada perancangan alat ini difokuskan pada

beberapa elemen kritis pada sistem seperti perancangan poros tumpuan.

Selanjutnya dilakukan pembuatan alat berdasarkan hasil rancangan yang telah

dibuat. Dari hasil pengujian waktu pengerjaan sengkang menggunakan alat yang

dikembangkan diperoleh waktu rata-rata pembuatan lima sengkang sebesar 28

detik, sedangkan jika menggunakan cara konvensional/manual diperoleh waktu

rata-rata sebesar 31,48 detik.

Gambar 2.1. Mesin Penekuk Manual Begel

Ahmad Setiawan dari Politeknik Negeri Sriwijaya, Palembang (2014)

dalam “Rancang Bangun Alat Bantu Penekuk Begel Cincin Segiempat Untuk

5

Konstruksi Beton”. Pembuatan alat bantu penekuk begel cincin segiempat ini untuk

konstruksi beton yang akan digunakan untuk mempermudah para pekerja bangunan

dalam menekuk begel. Alat ini memiliki 2 roller yang berfungsi untuk

membengkokan begel dimana roller tersebut di gerakan oleh poros handle, yang

mendapatkan tekanan dari tangan. Biaya yang dibutuhkan untuk membuat satu unit

mesin bending begel diameter 8 mm ini adalah Rp. 5.556.736,-. Mesin ini dapat

menekuk begel dalam satu kali tekuk dengan lama pengerjaannya 45 detik untuk

menekuk 3 begel dengan hasil 232 begel dalam satu jam produksi.

.

Gambar 2.2. Mesin Penekuk Begel tenaga Motor

Sedangkan desain yang akan di rancang oleh penulis mempunyai beberapa

kelebihan dari desain perancangan yang sebelumnya antara lain:

- Keseimbangan kerangka dan kaki roda yang lebih baik.

- Kapasitas yang dihasilkan lebih besar.

6

- Lebih mudah dalam pengoperasian.

- Perawatan cukup mudah.

2.2. Proses Bending

Bending merupakan pengerjaan dengan cara memberi tekanan pada bagian

tertentu sehingga terjadi deformasi plastis pada bagian yang diberi tekanan.

Sedangkan proses bending merupakan proses penekukan atau pembengkokan

menggunakan alat bending manual maupun menggunakan mesin bending.

Bending adalah salah satu proses pembentukan yang biasa dilakukan untuk

membuat barang kebutuhan sehari-hari seperti pembuatan komponen mobil,

pesawat, atau peralatan rumah tangga. Proses bending dilakukan dengan menekuk

benda kerja hingga mengalami perubahan bentuk yang menimbulkan peregangan

logam pada sekitar daerah garis lurus (dalam hal ini sumbu netral).

Gambar 2.3. Proses bending

(Sumber: Fundamental of Modern Manufacturing, Second Edition)[2]

Selama panjang busur pada bagian tengah L dari material tidak berubah selama

proses bending, maka L𝜃 = r𝜃, dimana 𝜃 adalah sudut bending dalam radian. Pada

7

posisi y, maka panjang busur bending menjadi L = (r+y) 𝜃 sehingga rumus

regangan teknik dapat dituliskan:

εx = in (1 + 𝑦

𝑟 ) ≈

𝑦

𝑟′

Di mana:

y = Jarak elemen yang mengalami peregangan (mm)

r´ = Jari-jari kelengkungan (mm)

Adapun macam-macam dari proses pembendingan yaitu:

- Bending Ram

Biasanya digunakan untuk membuat lengkungan besar untuk logam yang

mudah bengkok. Dalam metode ini, plat atau pipa ditekan pada 2 poin

eksternal dan ram mendorong pada besi pada poros tengah untuk

menekuknya. Cara ini cenderung membentuk menjadi bentuk oval baik di

bagian dalam dan luar lengkungan.

- Bending Rotary Draw

Digunakan untuk membengkokan besi sebagai pegangan tangan, yang lebih

keras. Bending rotary draw imbang menggunakan 2 cetakan: cetakan

bending stasioner dan cetakan bending dengan diameter tetap untuk

membentuk lengkungan. Cara ini digunakan apabila plat atau pipa yang

akan dibending perlu memiliki hasil akhir yang baik dengan diameter

konstan di seluruh panjang.

- Bending Mandrel

8

Selain cetakan yang digunakan dalam rotary bending, yakni dengan cara

menggunakan support fleksibel yang ikut bengkok dengan logam untuk

memastikan interior logam tidak cacat.

- Bending Induksi Panas

Proses ini mengunakan panas dari kumparan listrik untuk memanaskan area

yang akan dibengkokan, dan kemudian logam dibengkokan dengan cetakan

mirip dengan yang digunakan rotary draw. Logam segera didinginkan

dengan air setelah pembengkokan. Cara ini menghasilkan lengkungan yang

lebih kuat daripada rotary draw.

- Bending Roll

Digunakan ketika diperlukan lengkungan yang besar pada logam. Banyak

digunakan untuk pekerjaan konstruksi. Bending roll menggunakan 3 roller

yang disusun membentuk segi tiga pada satu poros untuk mendorong dan

membengkokan logam.

- Bending Panas

Sistem ini banyak digunakan dalam proses perbaikan, yaitu dengan cara

logam dipanaskan didaerah penekukan sehingga menjadi lebih lunak

Adapun proses bending yang bekerja pada rancang bangun alat ini, yakni

mengadopsi teknik atau proses bending dengan cara rotary atau putaran

yang terdapat pada mesin bending pipa. Kemudian jenis jenis mesin bending

yang akan digunakan pada saat rancang bangun ini akan di jelaskan pada

point berikutnya.

9

2.3. Mesin Bending Begel

Sebagai alat bantu dalam proses pembendingan diperlukan sebuah sistem

yang bekerja sehingga dapat diterapkan dengan baik adapun jenis jenis mesin

bending yakni dibagi menjadi 3 sebagian yaitu:

a. Mesin Bending Begel Manual

Mesin ini menggunakan tenaga manusia yang dibantu dengan bandul

pemberat sehingga tidak menggunakan daya listrik sedikitpun, murni

menggunakan tenaga manusia. Kelebihan mesin ini adalah murah dan

hemat biaya opersionalnya sedangkan kelemahannya hanya cocok untuk

logam dengan diameter kecil.

b. Mesin Bending Begel Hidrolik

Mesin ini menggunakan sistem hidrolik sebagai sumber tenaga penekuknya.

Mesin ini membutuhkan tenaga listrik yang lebih efisien untuk

menggerakan pompa hidroliknya, Fluida yang digunakan berupa oli

hidrolik yang secara berkala harus diganti. Kelebihan mesin ini adalah

mampu menekuk logam yang berdiameter lebih besar dan akurasinya

terkontrol. Sedangkan kekuranganya adalah kerjanya relatif lamban

walaupun konsumsi listrik lebih efisien dibandingkan tipe mekanikal.

c. Mesin Bending Begel Mekanikal

Mesin ini menggunakan tenaga motor listrik yang dibantu dengan gear box

yang berfungsi sebagai pengumpul tenaga. Kelebihan dari mesin ini adalah

berkecepatan tinggi dan tenaganya besar. Kekurangannya yaitu listrik yang

10

digunakan lebih besar dan suaranya berisik serta tingkat kepresisianya

rendah.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pembendingan begel diantara lain:

1. Diameter Begel

Proses bending akan mengakibatkan penarikan pada sisi luar dan

pengkerutan pada sisi dalam diameter kelengkungan. Ketebalan plat/logam

akan berpengaruh pada radius bending yang dibentuk dan kemampuan

material untuk dapat mengalami peregangan tanpa terjadi distorsi.

Jari-jari minimum dalam bending yaitu kemampuan material untuk

menerima beban pembengkokan dengan jari-jari terkecil tanpa

mengakibatkan retak. Hal ini biasa dinyatakan dalam fungsi ketebalan plat

tersebut seperti 2T, 3T atau 4T.

Regangan sebenarnya saat patah pada pengujian tarik:

εf = In (𝐴𝑜

𝐴𝑓) = In (

100

100−𝑟)

Dimana:

r = “percent reduction of area” pada saat pengujian tarik.

εo = In (1 + 1

(2 𝑅

𝑇)+ 1

) = In (𝑅+𝑇

𝑅+ (𝑇

2))

Kedua persamaan diatas dapat disederhanakan sehingga didapatkan:

Minimum 𝑅

𝑇 =

50

𝑟 -1

2. Spring Back

Perubahan plastis yang diikuti dengan balikan pegas secara elastis dalam

proses bending dinamakan Springback.

11

Ks = 𝛼𝑓

𝛼𝑖 =

( 2𝑅𝑓

𝑇 )+ 1

( 2𝑅𝑖 𝑇

)+ 1

Di mana:

Ks = Faktor Spring back

αi = Sudut awal bending

αf = Sudut akhir setelah bending

Ri = Jari-jari awal

Rf = Jari-jari akhir setelah bending

Besarnya springback yang terjadi banyak dipengaruhi oleh faktor

yang tergantung pada besarnya perbandingan R/T dari dimensi material.

Ketika Ks = 1, maka hal ini menunjukkan tidak adanya springback dan Ks=

0 menandakan terjadinya springback secara sempurna.

𝑅𝑖

𝑅𝑓 = 4 (

𝑅𝑖 𝑌

𝐸 𝑇)

3

- 3 (𝑅𝑖 𝑌

𝐸 𝑇) + 1

Dimana:

E = Modulus elastisitas bahan

Y = Tegangan yield dari material pada offset 0,2%

Ri = Jari-jari awal bending

Rf = Jari-jari akhir bending

T = Tebal benda

12

Gambar 2.4. Springback

(Sumber: Manufacturing Processes for Engineering Materials. Thirt

Edition)

3. Panjang Material yang Mengalami Bending (Bend Allowance)

BA = 2π 𝐴

360 (R + Kba t )

Dimana:

BA = Bend Allowence (mm)

A = Sudut bending (o)

R = Jari-jari bending (mm)

t = Tebal material, mm

Kba = Konstanta untuk memperkirakan adanya peregangan

Jika R < 2t, maka Kba = 0,33

Jika R = 2t, maka Kba = 0,50

4. Metode Bending

Prosedur atau metode yang tepat dalam proses pembendingan yang

dilakukan sangat berpengaruh pada kualitas produk yang dihasilkan.

13

5. Ukuran Material

Material dengan ukuran besar apabila dilengkungkan dengan radius yang

kecil akan mudah mengalami distorsi dibandingkan material dengan ukuran

kecil dan radius bending yang besar.

6. Peralatan Pendukung

Peralatan yang digunakan meliputi cetakan, clamp dan mandrel

7. Pelumasan

Pelumasan diperlukan untuk mengurangi efek gesekan dan meningkatkan

efisiensi proses pembentukan.

2.4. Klasifikasi Begel

Baja tulangan beton adalah baja yang berbentuk batang berpenampang

lingkaran yang digunakan untuk penulangan beton, yang diproduksi dari bahan

baku billet dengan cara hot rolling. Berdasarkan bentuknya, baja tulangan beton

dibedakan menjadi 2 jenis yaitu baja tulangan beton polos dan baja tulangan beton

sirip.

14

Gambar 2.5. Baja Tulangan Beton Sirip SNI 07-2052-2002

Baja tulangan beton polos (BJTP) adalah baja tulangan beton berpenampang

lingkaran dengan permukaan rata tidak bersirip dan baja tulangan beton sirip yang

permukaannya memiliki sirip melintang dan rusuk memanjang yang dimaksudkan

untuk rneningkatkan daya lekat dan menahan gerakan membujur dari batang secara

relatif terhadap beton.

Gambar 2.6 Baja tulangan beton polos

Besi tulangan baja polos yang sering digunakan untuk membuat begel pada kolom

beton rumah sederhana yaitu merek KS yang diproduksi oleh PT. Krakatau Steel

15

Tbk. Besi beton KS telah mengikuti peraturan perencanaan beton bertulang untuk

bangunan rumah dan gedung.

2.4.1. Ukuran Diameter Tulangan Baja

Ukuran diameter baja tulangan beton polos tercantum dalam tabel 2.1 dan

baja tulangan beton sirip tercantum dalam tabel 2.2 yang disesuaikan dengan

Standar Nasional Indonesia (SNI)

Tabel 2.1 Diameter Baja Tulangan Beton Polos SNI 07-2050-2002

Tabel 2.2 Diameter Baja Tulangan Beton Sirip SNI 07-2050-2002

16

2.4.2. Sifat Mekanis

Baja tulangan struktur pada umumnya dikelompokkan berdasarkan

tegangan leleh karakteristik dan kandungan karbonnya:

Tabel 2.3 Sifat Mekanik Baja Tulangan Beton SNI 07-2050-2002

2.4.3 Tulangan Geser (Begel)

Dalam sistem struktur, beton perlu dibantu dengan memberikan perkuatan

penulangan yang berfungsi menahan gaya tarik. Penulangan beton menggunakan

bahan baja yang memiliki sifat teknis yang kuat menahan gaya tarik, istilah ini

sering disebut tulangan geser atau disebut begel dalam istilah lapanagan. Di dalam

beton terdapat sloof, kolom dan ring kolom pada penulangan yang terdiri dari begel-

begel yang tersusun membentuk beton. Sifat-sifat beton sangat baik apabila hanya

menerima gaya tekan seperti pada cincin kolom. Tulangan pada konstruksi beton

sangat diperlukan untuk menahan gaya tarik yang terjadi sehingga dibutuhkan

beberapa sloof begel untuk menahan/membentuk beton kolom.

17

Gambar 2.7. Model Sloof Begel

Begel adalah unsur yang tak dapat disepelekan, maka perencanaan tulangan

geser ini harus direncanakan sedemikian rupa sehingga memenuhi ketentukan

teknis dan kuat dan mampu untuk memikul beban geser. Begel dibuat dari baja

tulangan beton yang dibentuk sesuai ukuran kolom yang diinginkan. Biasanya para

pekerja bangunan/konstruksi menggunakan baja tulangan beton berdiameter 4, 5, 6

mm untuk pembangunan rumah 1 lantai.

Ukuran begel yang sering digunakan untuk pembuatan kolom beton rumah

1 lantai terdiri dari 9 x 12 cm, 9 x 15 cm, 15 x 15 cm dan 15 x 20 cm.

18

2.4.4. SNI Beton untuk Kolom

SK SNI T-15-1991-03 memberikan definisi, kolom sebagai suatu

komponen struktur banguan yang menyangga beban aksial tekan vertikal dengan

bagian tinggi yang tidak ditopang paling tidak tiga kali dimensi lateral terkecil.

Secara garis besar ada tiga jenis kolom beton bertulang, seperti yang terlihat pada

Gambar 2.8.

1. Kolom menggunakan pengikat sengkang lateral (Gambar 2.8.a). Kolom ini

merupakan kolom beton yang ditulangi dengan batang tulangan pokok

memanjang, yang pada jarak spasi tertentu diikat dengan pengikat sengkang

kearah lateral.

2. Kolom menggunakan spiral (Gambar 2.8.b). Bentuknya sama dengan

kolom jenis pertama hanya saja sebagai pengikat tulangan pokok

memanjang adalah tulangan spiral yang dililitkan di sekeliling kolom

membentuk heliks menerus di sepanjang kolom.

3. Struktur kolom komposit seperti tampak pada (Gambar 2.8.b). Merupakan

komponen struktur tekan yang diperkuat pada arah memanjang dengan baja

profil atau pipa dengan atau tanpa diberi batang tulangan pokok

memanjang[1].

19

Gambar 2.8. Jenis-jenis kolom beton bertulang[1]

2.5. Perhitungan Pada Proses Bending Begel

2.5.1. Gaya Bending

Besarnya gaya bending yang diperlukan untuk melakukan proses

pembentukan material pada umumnya bisa diperkirakan dengan

mengasumsikan bahwa proses bending terjadi pada batang rektanguler

(rectangular beam). Dalam hal ini gaya bending merupakan fungsi dari

“Strength of material”, panjang batang, tebal batang serta jarak terbukanya

die (die opening) sehingga gaya tersebut dapat didekati denan rumus:

Pmax = k (𝑈𝑇𝑆) 𝐿 .𝑇2

𝑊

Dimana:

Pmax = Gaya maksimum yang diperlukan (Kg)

UTS = Ultimate tensile strength dari material (Kg/mm)

L = Lebar benda kerja (mm)

T = Tebal benda kerja (mm)

20

k = Konstanta,

untuk V-die bending, k = 1,2-1,33

untuk U dan Wiping bending, k = 2 dan 0,25

W = Die opening (Jarak terbuka antara die dan punch) (mm)

Rumus dasar teori bending:

σ = 𝑀𝑟 .𝑦

𝐼𝑐

Dimana:

Mr = Momen bending (Kg.mm)

σ = Tegangan bending (Kg/mm)

Ic = Momen Inersia luasan dari benda

y = Jarak tepi benda terhadap sumbu netral(mm)

2.5.2 Tegangan Regangan

Pada material yang diperjualbelikan dipasaran kekuatan dari

material tersebut sering diberikan dalam bentuk hasil pengujian berupa

tegangan tarik atau kekerasan, dimana besar tegangan tarik ini selalu

berhubungan dengan angka kekerasan dari suatu material.

Besar tegangan tarik juga berhubungan dengan besar tegangan-

tegangan yang lainnya misalnya tegangan lengkung, tegangan geser dan

tegangan puntir. Hasil dari tegangan tarik dari berbagai bahan (material)

diperoleh dari hasil percobaan yaitu dengan menarik material tersebut

sampai putus.

21

Gambar 2.9. Diagram Tegangan Regangan

Untuk menentukan besar regangan adalah:

ε = Δl / Lo

Dimana:

ε = Besar regangan (%)

Δl = Pertambahan panjang (mm)

Lo = Panjang mula-mula (mm)

Sedangkan untuk menentukan besar tegangan tarik pada begel:

σ = 𝐹

𝐴 (N/mm2)

Di mana:

F = Beban (N)

σ = Tegangan Tarik begel (N/mm2)

A = Luas penampang (mm2

22

Untuk penggunaan yang praktis, tegangan dibolehkan 0,03 % dari regangan

yang tetap, diambil dari batas limitnya (dari diagram percobaan)

2.5.3 Modulus Elastisitas

Modulus elastisitas adalah rasio dari tegangan normal tarik atau tekan

terhadap regangan.

E = σ / ε

Di mana:

E = Modulus Elatisitas (N/mm2)

σ = Tegangan Tarik begel (N/mm2)

ε = Besar regangan (%)

2.5.4 Perhitungan Bentangan Begel

Panjang bentangan begel di tentukan dengan rumusan :

Lt = L1 + A1 + L2 + A2 + L3 + A3 + L4 + A4 + L5 + A5

Di mana:

Lt = Panjang total

L1 – L5 = Panjang bentangan

A1-A5 = Diameter begel

Panjang busur A = (R + X) 2.𝜋 .𝑎

360

Di mana:

R< 2t X = 0,33 . t

R = (2 - 4) t X = 0,4 . t

R > 4 . t X = 0,5 . t

23

2.5.5 Pelengkungan

Pelengkungan adalah proses perubahan bentuk-bentuk yang harus

menjadi bengkok. Proses ini merupakan proses yang digunakan untuk

merubah lembaran pelat menjadi bentuk lengkung sesuai yang diinginkan

(Jhon A. Schey,2000).

I = 2p (Rb + 0.5h) 90

360

dimana:

I = Nilai panjang lengkungan (mm)

Rb = Jari-jari pelengkungan (mm)

h = Tebal / diameter benda (mm)

2.6. Komponen Utama Mesin Penekuk Begel

2.6.1. Poros

Poros merupakan batang logam yang memiliki penampang berupa silinder

yang digunakan untuk meneruskan putaran atau daya, serta sebagai sarana

pendukung. Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap

mesin untuk meneruskan putaran. Bagian-bagian mesin yang sudah dirakit tidak

dapat dipisahkan dari poros. Peranan utama poros adalah untuk transmisikan

daya dan putaran (Sularso, 2004:1).

Poros ini harus mampu menahan getaran yang timbul dan gaya yang

timbul akibat putaran yang tinggi. Dengan demikian tenaga yang terjadi

diusahakan sekecil mungkin sesuai dengan konstruksi mesin.

Berdasarkan pembebanannya, poros digolongkan menjadi tiga, yaitu:

24

a. Poros transmisi

Poros ini mendapat beban puntir dan lentur dari daya yang ditransmisikan

melalui komponen mesin yang lain, seperti sabuk, kopling, roda gigi, dan

lain-lain.

b. Spindel

Spindel adalah poros transmisi yang relatif pendek, karena beban utamanya

adalah puntiran, sehingga deformasinya harus kecil.

c. Gandar

Poros ini dipasang di antara roda-roda kereta barang yang hanya mendapat

beban lentur saja, tetapi jika digerakkan oleh penggerak mula akan

mengalami beban puntir juga.

Poros pada umumya meneruskan daya, baik melalui sabuk, rantai maupun

roda gigi. Daya yang direncanakan (Pd) dalam perhitungan adalah hasil kali

daya nominal out put dari motor penggerak (P) dikalikan dengan faktor

koreksi (fc):

Pd = fc . P (kW) (Sularso & Suga, 1997:244)

Jika momen puntir (momen rencana) adalah T (kg.mm), maka:

Pd = (Sularso dan Suga, 1997:244)

maka:

102

60

2

1000

nT

25

T = 9,74 x 105 (Sularso dan Suga, 1997:244)

Apabila momen rencana tersebut dibebankan pada suatu diameter poros

ds(mm) maka tegangan geser () yang terjadi adalah:

= = (Sularso dan Suga, 1997:7)

Tegangan geser maksimum (maks) yang terjadi harus lebih kecil dari tegangan

geser yang diijinkan ( ). Persamaan yang dipakai adalah sebagai berikut:

= (Sularso dan Suga, 1997:18)

Besarnya Km untuk beban dengan tumbukan ringan adalah 1,5 – 2,0 (Sularso

dan Suga, 1997:17), sedangkan besarnya Kt adalah 1,0 – 1,5 C.

dihitung berdasar batas kelelahan puntir yang besarnya 45% dari kekuatan

tarik. Besar harga Sf1 adalah 6,0 dan besarnya harga Sf2 adalah 1,3 -3,0.

= (Sularso dan Suga, 1997:8)

Perhitungan diameter poros dengan beban puntir:

ds = (Sularso dan Suga, 1997:8)

Poros dengan beban puntir dan lentur:

n

Pd

16

3ds

T

2

1,5

ds

T

a

maks 22

3).().(

1,5TKtMKm

ds

a

a 21.SfSf

B

3/11,5

xKtxCbxT

a

26

ds (Sularso dan Suga, 1997:18)

Dimana:

ds = Diameter poros (mm)

= Tegangan geser ijin bahan poros (kg/mm2)

Km = Faktor koreksi momen lentur (1,5 – 2,0)

M = Momen lentur yang bekerja pada poros (kg.mm)

Kt = Faktor koreksi momen puntir (1,0 – 1,5)

T = Momen puntir (kg.mm)

Besarnya defleksi puntiran dihitung berdasarkan rumus:

θ = 584 𝑇 . 𝑙

𝐺 .𝑑𝑠4 (Sularso dan Suga, 1997:18)

di mana:

θ : Defleksi puntiran (o)

T : Momen puntiran (Kg.mm)

l : Panjang poros (mm)

G: Modulus geser (Kg/mm2)

Selain itu juga harus ditetukan kekuatan tarik (σt) dari bahan pasak, sehingga

tegangan geser ijin (a ) dapat dihitung dengan :

2)..(1,5

TKtMKma

a

27

a =𝜎𝐵

𝑆𝑓1 . 𝑆𝑓2 (Sularso, 1997: 8)

dimana:

a = Tegangan Geser yang Diijinkan(Kg/mm2)

σB = Kekuatan bending (Kg/mm2)

Sf1 = Faktor Keamanan Yang diambil harga 6

Sf2 = Faktor Keamanan Yang Diambil Harga Sebesar 1 – 1,5 bila beban

dikenakan perlahan-lahan.

28

Gambar 2.10. Diagram Alir Perencanaan Poros Beban Lentur & Puntir

29

2.6.2. Piston Pneumatik

Sebagai hukum-hukum dasar udara bertekanan, terdapat hukum Pascal dan

hukum Boyle yang dijabarkan, sebagai berikut:

1. Hukum Pascal

Tentang perpindahan tekanan statis, terdapat hukum pascal yang secara

eksperimen dibuktikan oleh B. Pascal. Hukum ini menyatakan bahwa

tekanan yang diberikan ke suatu bagian dari suatu fluida dalam sebuah

ruangan akan bekerja tegak lurus pada smua bagian dalam ruangan itu.

Gambar 2.11. Ilustrasi hukum pascal

Sumber: Nunung, 2003

Apabila permukaan A1 ditekan dengan gaya sebesar F1 maka tekanan yang

terjadi dapat dijelaskan pada persamaan:

dengan;

P = Tekanan (N/mm2)

F = Gaya (N)

A = Luasan (mm2)

30

2. Hukum Boyle

Hukum Boyle-Mariotte menyatakan “pada temperatur konstan, volume

(V)gas berbanding terbalik dengan tekannya (P), pada saat sebuah piston

silinder didorong volume gas berkurang karena tekanan gas naik” maka

tekanan yang terjadi dapat dijelaskan pada persamaan:

P1 . V1 = P2 . V2 = konstan

dengan;

P = Tekanan (N/mm2)

V = Volume (m3)

Gambar 2.12. Ilustrasi Hukum Boyle-Mariot

Sumber: Nunung, 2003

2.6.2.1. Keuntungan Dan Kerugian Pada Pneumatik

Pneumatik memiliki banyak sekali keuntungan, tetapi juga terdapat segi-

segi yang merugikan atau keterbatasan dalam penggunaannya.

Keuntungan penggunaan pneumatik, yaitu:

1. Fluida kerja yang digunakan (udara) mudah diperoleh.

2. Bersih dan kering.

3. Tidak peka terhadap suhu.

4. Aman terhadap kebakaran dan suhu.

31

5. Pengawasan lebih mudah.

6. Fluida kerja cepat.

7. Rasional (menguntungkan).

Kerugian pneumatik, yaitu:

1. Gaya tekan terbatas atau relative kecil.

2. Pelumasan udara mampat.

3. Kelembaban udara.

4. Ketidak teraturan gerakan pada kecepatan yang relative kecil (kurang dari

0,25 cm/detik).

Hal-hal yang merugikan dari alat pneumatik ini dapat dianggap sebagai

pembatas-pembatas tertentu. Hal-hal yang merugikan di atas dapat dikurangi

dengan jalan sebagai berikut sebagai berikut:

1. Pengamanan yang cocok dari komponen-komponen alat pneumatik.

2. Pemilihan sistem pneumatik yang diinginkan.

3. Kombinasi yang sesuai tujuannya dari berbagai sistem pergerakan dan

pengendalian (elektrik, hidrolik dan pneumatik).

2.6.2.2. Elemen Kerja Pneumatik

Sistem pneumatik pada dasarnya terdiri atas rangkaian beberapa kelompok

elemen. Berikut ini adalah beberapa elemen kerja pneumatik, yaitu:

1. Tabung gerak tunggal.

Pada silinder gerak tunggal, udara bertekanan diberikan hanya pada satu

sisisaja. Silinder jenis ini dapat menghasilkan kerja hanya dalam satu arah.

Oleh karena itu udara diperlukan hanya untuk satu arah gerakan. Pegas juga

32

terpasang tetap sebagai gaya luar menggerakkan torak dalam arah

berlawanan. Gaya pegas ditetapkan sehingga piston dapat dikembalikan

dalam posisi netral dalam kecepatan yang cukup tinggi. Silinder dapat

disebut juga sebagai aktuator yaitu suatu benda yang dikendalikan oleh

suatu prosesor, seperti pada gambar 2.13.

Gambar 2.13. Tabung gerak tunggal

Sumber: Festo didactic, 2002

2. Tabung gerak ganda.

Gaya dorong yang ditimbulkan oleh udara bertekanan, menggerakkan torak

pada silinder gerak ganda dalam dua arah. Gaya dorong besarnya tertentu

digunakan pada dua arah yaitu gerakan maju dan mundur. Silinder gerak

ganda digunakan apabila torak diperlukan melakukan kerja pada dua arah.

Oleh karena ini memungkinkan adanya pemakaian yang lebih fleksibel jika

dibandingkan dengan tabung gerak tunggal. Silinder dapat disebut juga

sebagai aktuator yaitu suatu benda yang dikendalikan oleh suatu prosesor,

seperti pada gambar 2.14.

33

Gambar 2.14. Tabung gerak ganda

Sumber: Festo didactic, 2002

3. Katup

Katup dibagi dalam beberapa bagian berdasarkan fungsinya yang berkaitan

dengan jenis sinyal, cara aktifnya, dan konstruksinya. Fungsi utama dari

katup adalah untuk merubah, membangkitkan, atau membatalkan sinyal

untuk tujuan penyensoran, pemrosesan, pengendalian dan untuk menyuplai

udara bertekanan ke silinder (aktuator).

Gambar 2.15. Katup 3/2 pilot udara tunggal, pegas kembali

Sumber: Festo didactic, 2002

4. Sensor

Sensor adalah bagian dari peralatan pneumatik yang digunakan untuk

mendeteksi suatu keadaan pada suatu sistem kerja pneumatik. Biasanya

sensor dapat berupa kontrol sinar infra merah (Infra red) atau berupa kontrol

tombol.

34

Gambar 2.16. Sensor magnet

Sumber: Festo didactic, 2002

5. Service unit.

Service unit atau air filter adalah alat penyaring udara, yang gunanya untuk

memisahkan partikel-partikel air, minyak, dan debu dari udara. Udara selalu

mengandung sejumlah uap air, dimana kadar uap ini sangat dipengaruhi

oleh suhudan tekanan. Menurunnya suhu, uap air akan mengembun dan

membentuk tetesan-tetesan air dan akan menguap.

Gambar 2.17. Service unit

Sumber: Festo didactic, 2002

6. Kompresor.

Kompresor adalah penyalur udara bertekanan, biasanya kompresor

beroperasi mengisi tangki udara bila diperlukan dan tangki berfungsi

sebagai cadangan udara untuk jangka waktu tertentu. Memperhatikan

35

adanya kerugian tekanan pada sistem distribusi maka kompresor harus

menyalurkan udara bertekanan 6,5 bar sampai dengan 7 bar, sehingga pada

sistem kendali tekanan tetap tercapai sebesar 5 bar sampai dengan 6 bar.

Gambar 2.18. Sistem pengadaan udara bertekanan (kompresor)

Sumber: Festo didactic, 2002

2.6.2.3. Perhitungan System Pneumatik

1. Menghitung Gaya Dorong Silinder

Untuk menghitung diameter piston pneumatik dilakukan berdasarkan gaya

pemotongan yang diperlukan oleh pneumatik yang dapat ditentukan dengan

rumusan:

F = m . g (Sutarno, 2013:29)

Di mana:

m = Beban yang diperlukan untuk pengupasan (Kg)

g = Kecepatan gravitasi

= 9,8 m/s2

36

2. Menghitung Diameter Piston Pneumatik

Untuk menghitung berapa besar diameter silinder pneumatik yang

digunakan menggunakan rumusan:

d2 = (𝐹+𝑅)

(𝑝 𝑥 7,86). (Festo Didactic, Pneumatics:5)

Dimana:

F= Gaya ( N)

R= Gesekan ~ + 5% .

p = Tekanan kerja, untuk pneumatik rata-rata (bar)

3. Menghitung Diameter Silinder

Diameter silinder ditentukan berdasarkan gaya tarikan silinder dengan

menggunakan persamaan:

Fp= 𝜋

4(𝐷2 − 𝑑2) . 𝑃 . 𝜇1

D2 = 4 . 𝐹𝑝 .

𝜋 . 𝑃 . 𝜇1 + d2 (Festo Didactic, Pneumatics:5)

dengan;

Fp= Gaya dorong silinder (N)

D = Diameter tabung silinder (m)

d = diameter piston (m)

P = Tekanan udara (N/m2)

μ2= Koefisien tekanan beban Tarik

37

4. Menghitung Gaya Efektif Piston Maju

Gaya efektif piston (Fa) saat maju dapat dihitung dengan rumus:

Fa = A x P (Festo Didactic, Pneumatics: 8)

Dimana:

A = luas permukaan silinder pneumatik (m2)

P = Tekanan Kerja untuk pneumatik rata-rata

= 600000 N/m2

5. Menghitung Gaya Efektif Piston Mundur

Gaya efektif piston (Fb)saat mundur :

Fb= A x P (Festo Didactic, Pneumatics: 8)

Dimana:

A = (π /4) x ( D2 - d2 )m2

6. Menghitung Compression Ratio (Cr):

Perbandingan kompresi dapat dihitung dengan menggunakan rumus

sebagai berikut:

Cr =(1.031 + p)

1.031 (Teks Book Festo :184)

= (1.031 + 6)

1.031

Di mana:

p = Tekanan kerja (bar)

38

7. Menghitung Volume udara saat piston maju (V1):

Konsumsi udara kompresi pada waktu silinder bergerak maju dapat

dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

V1 = Cr x( π /4)x d2 x h ( Festo Didactic, Pneumatics:10)

Di mana:

Cr = Compression ratio

d = Diameter piston (m)

h = Panjang langkah piston (m)

8. Menghitung Volume Udara Saat Piston Mundur (V2):

Konsumsi udara kompresi pada waktu silinder bergerak mundur dapat

dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

V2 = Cr x(π /4) x(D2-d 2) x h (Festo Didactic, Pneumatics:10)

Di mana:

D = Diameter silinder pneumatik (m)

9. Menghitung Volume Udara Total (V):

Konsumsi udara total (V) dapat dihitung dengan menjumlahkan konsumsi

udara pada saat piston maju dan pada saat piston mundur:

V= V1 + V2 (m3)

10. Menghitung Debit Udara Pada Saat Piston Langkah Maju (Q1):

Konsumsi udara yang diperlukan tiap menit untuk langkah maju (Q1)

dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

Q1= (π /4). d2. h . n . Cr (Festo Didactic, Pneumatics:10)

39

11. Menghitung Debit Udara Pada Saat Piston Langkah Mundur (Q2):

Konsumsi udara yang diperlukan tiap menit untuk langkah mundur (Q2)

dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

Q2= (π /4) . (D2 -d2) . h . n .Cr (Festo Didactic, Pneumatics:10)

Di mana:

ds = Diameter silinder (m)

dp = Diameter piston (m)

h = Panjang langkah silinder (m)

n = Banyaknya langkah setiap menit

12. Menghitung Debit Udara Total Silinder (Q):

Debit udara total (Q) dapat dihitung dengan menjumlahkan debit udara

pada saat piston maju dan pada saat piston mundur:

Q = Q1 + Q2 (m3/menit)

13. Menghitung Kecepatan Torak (v):

Suatu silinder pneumatik memiliki torak dengan luas dan memiliki luas

penampang stang torak, maka kecepatan torak saat maju akan lebih kecil

dibandingkan dengan saat torak bergerak mundur.

Vmaju = 𝑄

𝐴 =

𝑄𝜋

4 .𝑑2

Vmundur= 𝑄

𝐴𝑛=

𝑄𝜋

4 [ 𝐷2−𝑑2]

(Festo Didactic, Pneumatics:12)

40

Dimana:

V = kecepatantorak (m/s)

Q = debit aliranudara (ltr/min)

A = luasPenampangTorak (m2)

An= A-Ak (m2)

14. Menghitung Waktu Langkah Turun:

Waktu langkah turun (t1) :

t1 = (A x h)

Q (Festo Didactic, Pneumatics:13)

dimana:

A = luasan silinder pneumatik (mm2)

h = panjang langkah (mm)

Q= debit udara (l/menit)

15. Menghitung Waktu Langkah Naik (t2):

Waktu langkah naik (t2):

t2 =(𝐴1−𝐴2) x h

𝑄

= (

𝜋

4[𝐷2−𝑑2] .h)

Q (Festo Didactic, Pneumatics:13)

dimana:

A = luasan silinder pneumatik (mm2)

h = panjang langkah (mm)

Q= debit udara (l/menit)

41

2.7. Diagram Kontrol Pneumatik Sederhana

2.7.1. Katup Dua Tekanan / Katup Fungsi “DAN “(Two Pressure Valves)

Elemen-elemen pada 3 saluran penghubung yang mempunyai sifat satu arah

dapat dipasang sebagai elemen penghubung sesuai arah aliran udara. Dua katup

yang ditandai sebagai elemen penghubung mempunyai karakteristik logika yang

ditentukan melalui dua sinyal masukan dan satu keluaran. Salah satu katup yang

membutuhkan dua sinyal masukan untuk menghasilkan sinyal keluaran adalah

katup dua tekanan (Two Pressure Valves) atau katup fungsi “DAN”.

A B

Gambar 2.19.a. Katup Fungsi “DAN” dengan input pada Y

Gambar 2.19.b. Katup Fungsi “DAN” dengan input pada X dan Y

(Sudaryono, 2000)

Udara bertekanan hanya mengalir jika ke dua lubang masukan diberi sinyal. Satu

sinyal masukan memblokir aliran. Jika sinyal diberikan ke dua sisi masukan (X dan

42

Y), sinyal akan lewat ke luar. Jika sinyal masukan berbeda tekanannya, maka sinyal

dengan tekanan yang lebih besar memblokir katup dan sinyal dengan tekanan yang

lebih kecil yang mengalir ke luar sebagai sinyal keluaran. Katup dua tekanan pada

umumnya digunakan untuk kontrol pengunci, kontrol pengaman, fungsi cek dan

fungsi logika.

Gambar 2.20. Rangkaian katup fungsi “DAN”

(Sudaryono, 2000)

2.7.2. Katup Ganti / Katup Fungsi “ATAU” (Shuttle Valve)

Katup ini mempunyai dua masukan dan satu keluaran. Jika udara dialirkan

melalui lubang pertama (Y), maka kedudukan seal katup menutup lubang masukan

yang lain sehingga sinyal dilewatkan ke lubang keluaran (A). Ketika arah aliran

udara dibalik (dari A ke Y), silinder atau katup terhubung ke pembuangan.

Kedudukan seal tetap pada posisi sebelumnya karena kondisi tekanan.

43

A B

Gambar 2.21.a. Katup Fungsi “ATAU” dengan input pada Y

Gambar 2.21.b. Katup Fungsi “ATAU” dengan input pada X

(Sudaryono, 2000)

Katup ini disebut juga komponen fungsi “ATAU”. Jika silinder atau katup

kontrol dioperasikan dari dua tempat atau lebih, katup ganti bisa digunakan.

Pada contoh berikut menunjukkan sebuah silinder yang diaktifkan dengan

menggunakan sebuah katup yang dioperasikan dengan tangan dan lainnya dipasang

pada posisi yang berjauhan.

44

Gambar 2.22. Rangkaian katup fungsi “ATAU”

(Sudaryono, 2000)

2.7.3. Katup Buangan-Cepat (Quick Exhaust Valve)

Katup buangan-cepat digunakan untuk meningkatkan kecepatan silinder.

Prinsip kerja silinder dapat maju atau mundur sampai mencapai kecepatan

maksimum dengan jalan memotong jalan pembuangan udara ke atmosfir. Dengan

menggunakan katup buangan cepat, udara pembuangan dari silinder keluar lewat

lubang besar katup tersebut.

45

Gambar 2.23. Katup buangan cepat, udara mengalir ke silinder

Gambar 2.24. Katup buangan-cepat, udara pembuangan dari silinder

(Sudaryono, 2000)

Katup buangan cepat mempunyai sambungan udara masuk P, keluaran A dan

lubang pembuangan R. Aliran udara masuk lewat P dan keluar bebas melaui

terbukanya komponen katup cek. Lubang R terblokir oleh piringan.

Jika udara disuplai dari lubang A, piringan akan menutup lubang P dan udara

keluar ke atmosfir lewat lubang R. Peningkatan kecepatan tersebut dibandingkan

dengan pembuangan udara lewat katup kontrol akhir. Cara tersebut mudah

46

dilaksanakan dengan jalan memasang katup buangan-cepat langsung pada silinder

atau sedekat mungkin dengan silinder.

Gambar 2.25. Rangkaian dengan katup buangan-cepat

(Sudaryono, 2000)