ITS Undergraduate 13560 Presentation 1873802

Tugas Akhir

TM1486

Analisa Konstruksi Dan Kontrol Pada Perancangan Mesin Hot Press Berbasis PLC Dengan Sistem Pneumatik

Nur Nugroho Irianto S.2105.100.031

Pembimbing:Ir. Sampurno, MT

Jurusan Teknik MesinFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember SurabayaMei 2010

LATAR BELAKANG

Industri

Proses Produksi

Mesin Hot Press

PERUMUSAN MASALAH

Perumusan masalah yang digunakan untuk permasalahan ini adalah

Karena topi tiruan dengan bahan baku kain membutuhkan panas untuk membentuk tekstur sesuai dengan cetakannya dan memerlukan waktu penahanan pada proses penekanan. Perencanaan ini meliputi konstruksi dan analisa control mesin sehingga mendapatkan desain mesin yang dengan mudah pengoperasiannya atau secara otomatis cara penggunaannya.

Bagaimana merancang mesin hotpress berbasis PLC yang dapat menghasilkan produk berupa topi tiruan?

TUJUAN

Merancang hot press dengan basis PLC yang sederhana.

Menganalisa konstruksi mesin hot press yang dapat menghasilkan produk dengan kualitas yang baik.

Menganalisa sistem kontrol mesin hot press berbasis PLCagar berjalan dengan baik.

MANFAAT PERENCANAAN

Dapat memberikan kesempatan kepada industri kecil agar mengurangi ketergantungan dari produk luar negeri.

Dapat menghasilkan produk yang mempunyai kualitas sama baiknya dengan produk luar negeri.

Dapat menekan biaya produksi seminimal mungkin karena komponen komponen pendukungnya lebih sedikit daripada control relay.

Memberikan alternative pada pasar selain produk yang di import. Sebagai studi perbandingan di kalangan industri manufaktur. Konstruksi mesin yang kuat dan tahan lama membuat mesin akan bisa

bertahan lama sehingga fungsi dan kegunaannya bisa dirubah sewaktu waktu.

Sistem control yang mudah dilakukan dan perawatannya yang mudah.

BATASAN MASALAH Aspek finansial tidak terlalu signifikan. Proses pengelasan tidak terlalu signifikan. Proses pemesinan tidak terlalu signifikan. Desain cetakan topi sudah ideal atau permukaan cetakan sudah

rata. Perlakuan heater pada mesin hot press sama. Simulasi software hanya mencari nilai tegangan kritis pada

konstruksi. Perhitungan manual hanya mengambil contoh satu benda kerja. Material untuk mesin hot press bersifat homogen. Kestabilan sistem kontrol menggunakan software dan jenis

komponen kontrol tidak terlalu signifikan. Temperatur didalam ruangan diasumsikan konstan. Tekanan udara untuk pengoperasian mesin hot press

diasumsikan konstan. Tegangan listrik diasumsikan stabil.

Tinjauan Pustaka

Bab 3

Perancangan yang mengangkat tentang pembuatan dan kegunaan mesin hot press:J. Zhao, P. Glendenning, G. Chen, Y. K. Juay and M. S. Yong dengan judul mengurangi dampak proses pada kualitas mesin hot press terhadap perangkat koneksi polimer serta mengembangkan perangkat yang tidak menghalang sambungan listrik antara chip dan konduktif foil. Budi Widya Septiawan dengan judul Penerapan kontrol relay yang digunakan pada mesin emboss dengan bentuk cetakan daun tiruan. Ahmad Hanif dengan judul penerapan PLC pada sistem kendali mesinkonveyor.Mohammad Alimashut dengan judul rancang bangun sistem kendali seleksi dimensi barang menggunakan PLC.

Mesin hot press merupakan mesin yang memproses pembentukan kain berupa aluralur yang disiapkan pada matras pada mesin, dengan adanya tegangan dan tekanan yang terjadi pada posisi yang ditentukan maka akan terjadi suatu bentuk topi tiruan yang mengalami proses hot press. Tekanan yang diberikan juga diberikan pemanasan pada cetakan sehingga dapat membentuk aluralur yang diinginkan.

MESIN HOT PRESS

KOMPONEN KOMPONEN PENDUKUNGNYA:

PLC

Limit Switch

RTD Actuator pneumatik

Timer

Pressure regulator

Kompresor udara

PLC

PLC disebut juga programmable controller yaitu sebuah sistem kontrol elektronik yang bisa diprogram untuk membaca satu atau banyak masukkan data yang kemudian mengeluarkan data ke alamat alamat yang sesuai secara terus menerus.

Sensor

Resistance Temperatur

Detector ( RTD )Limit Switch

Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan fisik atau kimia

Salah satu jenis sensor yang bersifat diskrit ialah limit switch. Umumnya limit switch digunakan untuk mengetahui ada tidaknya suatu obyek di lokasi tertentu. Limit switch akan aktif jika mendapatkan sentuhan atau tekanan dari suatu benda fisik. Atau limit switch merupakan sensor mekanik dimana cara mengaktifkannya dengan kontak langsung dari benda kerja pada tuas yang dimiliki oleh limit switch. Switch digunakan untuk mengetahui posisi dari sebuah batasan yang berhubungan dengan piston, silinder, rotor, pergerakan tempat mesin dan lain lain agar peralatan tersebut dapat terkontrol secara otomatis. Switch jenis ini disebut sebagai switch pembatas (limit switch).

RTD adalah suatu alat deteksi yang didasarkan atas prinsip hubungan antara tahanan dan temperatur. Logam yang dipakai adalah platina (yang mempunyai sifat linier, sangat mahal, umum dipakai), nikel (range temperatur lebih rendah, lebih murah, non linier), nickel alloys (range temperatur lebih rendah, lebih murah), tembaga (range temperatur lebih rendah).

Karakteristik RTD KLIK

Koefisien resistansi

Kepekaan

Signal conditioning

Konstruksi

Setiap metal mempunyai koefisien resistansi spesifik yang bervariasi terhadap temperatur

dan ditentukan secara eksperimental

Kepekaan dari RTD dapat dilihat dari besarnya harga 0 yaitu perubahan fraksi linier pada tahanan dan temperature. Untuk bahan platinum 0 = 0,004 /0C. sedangkan bahan nikel 0 = 0,005 /0C, jika perubahan tahanan akan menimbulkan 100 RTD jika temperaturnya berubah 10C

RTD sangat sederhana dimana rangkaiannya terdiri dari kawat yang panjang dan tahanannya dimonitori sebagai fungsi dari temperatur. Kawatnya digulung dalam bentuk coil untuk memperkecil ukurannya, menaikkan thermal konduktivitasnya sehingga dapat menurunkan responnya

Dengan adanya perubahan fraksi (0 ) yang relative kecil maka RTD dipakai pada rangkaian jembatan (bridge circuit) dengan kondisi yang sangat akurat dalam mendeteksinya. Untuk aplikasi proses kontrolnya jembatan tersebut membutuhkan sifat membuat null sendiri (self null), output dari rangkaian nulling yang merupakan controller output adalah 4 20 mA atau 10 50 Ma

GAYA DAN TEGANGAN

Tegangan () adalah gaya per satuan luas

Gaya ( F ) Bending

Tegangan terjadi karena adanya gaya gaya yang terjadi seperti gaya tarik, gaya tekan dan gaya geser. Berikut rumusan tegangan yang disebabkan dari gaya gaya tersebut.

| Tegangan tarik

| Tegangan tekan

| Tegangan geser

| Bending merupakan proses mengubah bentuk lurus menjadi melengkung. Pada proses bending bagian dalam lengkungan terjadi tegangan kompresi sedangkan bagian luar lengkungan terjadi tegangan tarik

| Persamaan yang digunakan untuk menghitung besarnya gaya pada proses bending adalah

Gambar

L

C

A

M=F.L

Freaksi

Freaksi

Faksi

M

BA

Tegangan juga dapat terjadi karena momen yang terjadi pada benda dibawah ini merupakan rumus tegangan akibat momen.

MESIN HOT PRESS

Proses hot press merupakan proses pembentukan kain berupa alur alur yang disiapkan pada matras pada mesin, dengan adanya tegangan dan tekanan yang terjadi pada posisi yang ditentukan maka akan terjadi suatu bentuk topi tiruan yang mengalami proses hot press.

ANALISA KESTABILANSuatu sistem yang stabil dapat didefinisikan sebagai sistem yang memiliki respon sistem yang terbatas. Dengan maksud, jika suatu sistem diberikan suatu input atau gangguan dengan besaran terbatas, maka respon dari sistem tersebut dibatasi pada besaran tertentu maka sistem tersebut bisa dikatakan stabil.

Routh Hurwitz

Bode PlotNyquist

Root Locus

KRITERIA STABILITAS ROUTH HURWITZ

Kriteria stability yang ditemukan oleh E.J.Routh dan A.Hurwithz merupakan kriteria yang penting dan handal diterapkan dalam analisa stabilitas suatu sistem linier. Kriteria Routh-Hurwitz didasarkan pada pengurutan koefisien persamaan karakteristik suatu sistem transfer functionG(s) = p(s)/q(s) dengan persamaan karakteristik (Ogata, 2002).

Diikuti suatu syarat:| Jika koefisien ai dari q(s) adalah nol atau negatif, maka tidak semua akar

akar terletak pada s-plane disebelah kiri.| Jika tidak, maka haruslah menggunakan kriteria Routh Hurwitz yang

diawali menyusun Routh Array.

Dimana : klik

Algoritma dalam menentukan bilangan yang dimasukkan dalam array dapat dilakukan dengan mengikuti algoritma yang digunakan dalam menentukan bilangan. Kriteria ini menyatakan bahwa akar banyaknya akar positif persamaan karakteristik q(s) sama dengan terjadinya perubahan tanda pada kolom pertama array yang ada.

.

BODE PLOTSuatu transfer functiondari suatu sistem G(s) dapat dituliskan dengan dua cara yaitu sebagai berikut :

1. Dalam suatu frekwensi domain melalui hubungan:

Dimana :2. Dalam suatu besaran dan sudut fase (jw) dengan bentuk :

Dimana :

Bode plot mempunyai fungsi untuk menyederhanakan gambaran grafissuatu frekwensi response dengan bervariasi dimana persamaan logaritmik gain yang didefinisikan sebagai berikut :

Sedangkan

PRINSIP DASAR PERPINDAHAN PANAS

Perpindahan panas didefinisikan sebagai proses berpindahnya energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu dimana arah perpindahan terjadi dari benda yang mempunyai temperatur tinggi ke benda yang mempunyai temperatur lebih rendah. Secara umum mkanisme perpindahan panas dapat dibagi menjadi tiga, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi, perbedaan skematis proses perpindahan panas tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini :

KONDUKSIKonduksi adalah proses perpindahan panas dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam suatu media (padat, cair dan gas) atau beberapa media berlainan yang bersinggungan secara langsung dan tidak ada gerak relatif antara kedua media tersebut.

TABUNG PNEUMATIKTabung silinder merupakan dinding silinder dan piston meluncur pada permukaan dalam dinding. Diameter silinder adalah dasar untuk tenaga output nominal silinder dan luas permukaan yang menerima tekanan. Besarnya gaya dorong silinder dapat dihitung dengan rumus :

Sedangkan besarnya gaya tarik silinder dapat dihitung dengan rumus :

Dimana : F = gaya tolak efektif (kgf)P = tekanan kerja (kgf/mm2 atau bar)D = diameter piston (cm)d = diameter batang piston (cm)gaya gesek (diambil 0,5-0,7)

Banyaknya pemakaian udara permenit

Sedangkan perbandingan kompresinya dapat diketahui dari rumus dibawah iniDimana : n = jumlah langkah permenit

h = panjang langkah (cm)

SOLENIODSoleniod merupakan akuator elektrik yang banyak digunakan untuk mengatur buka tutup dari valve pengontrol arah pada pneumatik. Cara kerja solenoid dengan membuat daerah magnetik, yang dihasilkan dengan mengalirkan arus listrik pada koil sehingga inti solenoid akan tertarik. Apabila arus pada koil dihilangkan inti solenoid akan kembali pada posisi semula karena adanya pegas yang menariknya.

Metodologi Percobaan

Diagram alir

analisa

Metodologi perencanaan bertujuan untuk memberikan gambaran umum proses menganalisa yang dilakukan, dimana terbagi dalam beberapa bagian langkah langkah perencanaanyang dilakukan adalah sebagai berikut:

| Studi literatur yang meliputi konsep dasar kontrol PLC, konsep dasar kontrol Mesin Hot Press, karakter Mesin Hotpress.

| Tahap pengumpulan data.| Desain spesifikasi sistem kontrol. | Desain Mesin Hot press. | Perencanaan cara kerja mesin hot press topi tiruan dengan

PLC. | Analisa desain dan sistem konrol mesin hot press topi tiruan

dengan PLC.| Merancang Mesin Hot Press dengan basis PLC.

Tugas akhir ini merupakan studi perencanaan mesin hot press berbasis PLC dimana mesin hot press yang umumnya digunakan sebagai alat untuk mengepress bahan kain jenis tertentu dan bisa juga digunakan untuk mengepress benda benda yang lain.

Penggunaan PLC pada perencanaan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu terhadap hambatan yang terjadi sampai mendapatkan temperatur yang diukur.

Pada pembuatan rancangan mesin Hot press berbasis PLC dengan sistem pneumatic mengguankan 4 (empat) tahap:

1. Tahap pengumpulan data2. Tahap Perancangan Mesin Hot Press Topi Tiruan

Tahap pengumpulan data Tahap Perancangan Mesin Hot Press Topi Tiruan

TAHAP PENGUMPULAN DATAPada tahap pengumpulan data diperlukan data data seperti berikut :

| Spesifikasi produk topi tiruan import.| Studi literature tentang bahan topi tiruan.| Studi literature proses hot press.

TAHAP PERANCANGAN MESIN HOT PRESS TOPI TIRUAN

Rancangan mesin hot press berguna untuk mendapatkan gambaran awal yang dapat digunakan dalam merangkai sistem kontrol mesin hot press berbasis PLC. Dalam tahap ini akan dijelaskan tentang langkah langkah kerja mesin hot press dan digambarkan diagram alir urutan proses kerja mesin hot press berbasis PLC. Berikut adalah cara kerja atau langkah langkah proses kerja dari mesin hot press:

Proses kerja dari mesin hot

press

SilinderPneumatik

Mesin Hotpress

Pressure Regulator

Unit Kontrol

Kompressor

Tombol Aktuator

Limit Switch

Saklar On/off

Saklar Otomatis

Saklar Temperatur Kontrol

Timer Otomatis

Timer

Temperatur Kontrol

Lampu On/Off

LampuTemperatur Kontrol

MANUAL

OTOMATIS

| Menyalakan computer untuk setting PLC serta meng-upload program kerja ke dalam PLC.

| Setelah melalui setting di PLC, computer dapat di matikan.| Menghidupkan saklar listrik mesin ke kondisi ON sehingga lampu

warna hijau akan menyala yang terletak di kotak kontrol.| Melakukan pengaturan di temperature controller.| Menghidupkan saklar heater di kondisi ON sehingga heater akan

memanaskan cetakan sampai temperatur mencapai set point.| Menekan kontak untuk menjalankan silinder pneumatic sehingga

otomatis PLC berjalan dan menggerakkan silinder pneumatic untuk memberikan tekanan pada cetakan terus secara berulang ulang yang ditunjukkan oleh indikator lampu berwarna merah.

| Pada saat silinder pneumatic turun akan mengaktifkan timer yang ada di PLC sehingga akan menghitung waktu penahanan sesuai dengan set point, setelah waktu penahanan selesai maka silinder pneumatic naik yang akan mengaktifkan timer untuk waktu menunggu sebelum proses berikutnya.

| Proses ini akan terus berlangsung jika tetap menekan kontak untuk menjalankan silinder pneumatic, jika proses sudah selesai maka tahap berikutnya mematikan heater dan mematikan timer yang selanjutnya mematikan saklar listrik yang semua panel tersebut terletak di kotak kontrol.

DIAGRAM ALIR ANALISA KONTRUKSI DAN KONTROL PADA MESIN HOT PRESS

analisa

ANALISA KONSTRUKSI DAN SISTEM KONTROL MESIN HOT PRESS

Pada tahap tahap ini dilakukan analisa pada desain mesin hot press dan cara kerja mesin hot press

Analisa Konstruksi Mesin Hot Press Analisa Sistem Kontrol Mesin Hot Press

ANALISA KONSTRUKSI MESIN HOTPRESS

Pada tahap berikut ini dilakukan pemilihan material untuk membuat rangka mesin hot press.Dalam menganalisa desain di gunakan bantuan softwareANSYS 11 yang dimana proses pengoperasiannya di bagi menjadi dua tahap yaitu :

1. Membuat model 3 dimensi untuk tiap komponen komponennya

2. Merakit komponen menjadi satu dari pembuatan PartDesign

ANALISA SISTEM KONTROL MESIN HOT PRESS

Sistem kontrol yang berada di mesin hot press, yang hanya meliputi analisa terhadap kestabilan sistem kontrol. menggunakan bantuan MATLAB.Dengan software MATLAB dapat membantu menganalisa sistem kontrol dengan memberikan batasan batasan yang diperlukan

Perencanaan dan Analisa

PERENCANAAN KONSTRUKSI MESIN HOT PRESS BERBASIS PLC

Bahan baku yang dipakai dalam mesin ini berupa kain polyster. Spesifikasi bahan yang dipakai mempunyai melting temperature sebesar 158163 0C. Untuk membentuk profil topi tiruan diperlukan beberapa perlakuan yaitu:

| Pemberian panas pada topi tiruan| Pemberian tekanan pada topi tiruan

>

Pemberian panas ini dimaksudkan agar profil yang akan dibentuk tidak akan kembali setelah proses hot press selesai dilakukan. Agar seluruh produk mendapatkan panas yang sama maka pada saat melakukan proses hot press dilakukan penahanan pada cetakan selama beberapa saat dengan meting temperatur sekitar 158 163 0C.

Pemberian tekanan dimaksudkan agar kain yang di press dapat melakukan pemberian panas yang tidak boleh melebihi dari batas temperatur untuk bahan polyester.

Pemberian Panas dan Tekanan Pada Topi Tiruan

HEATER

Untuk menghasilkan panas maka dibutuhkan heater. Heater dipasang dibagian bawah masing masing cetakan sehingga panas dapat diterima oleh produk dari bagian atas dan bawah cetakan. Pada perancangan ini heater yang dipakai mempunyai daya sebesar 350 watt, dengan daya tersebut diharapkan dapat memanaskan cetakan dengan cepat sehingga diharapkan akan menghasilkan produk dengan kualitas yang baik.Konduktivitas panas aluminium (k) 200 W/m.k

Untuk mendapatkan temperatur pada bahan aluminium:

350 W = - 200 W/m.C x 0,010608 m (T2 T1) / 0,004 m(T2 T1) = - 0,659 0CT2 = T1 0,659 0C

Untuk mendapatkan temperatur pada material kuningan:

350 W = - 129 W/m.C x 0,007222 m (T3 T2) / 0,021 m(T3 T2) = - 7,889 0CT3 = T1 7,889 0C

Dengan rumus yang sama didapatkan temperatur pada cetakan atas di bahan kuningan sebesar T3 = T1 7,889 dan temperatur pada cetakan atas dengan bahan aluminium sebesar T2 = T1 0,659. Hal ini disebabkan karena ada panas yang terbuang ke lingkungan.

SILINDER PNEUMATIK

Untuk memberikan penekanan maka dibutuhkan silinder pneumatik yang dapat bergerak naik turun untuk memberikan tekanan pada produk sehingga profil topi tiruan dapat berbentuk.

>

PEMILIHAN SILINDER DIDASARI ATAS PERTIMBANGAN

| Beban yang digerakkan relatif ringan sehingga tidak dibutuhkan perangkat yang dapat mengangkat beban berat seperti pneumatik hidrolik.

| Jika terjadi kebocoran fluida kerja silinder pneumatik tidak membuat lingkungan menjadi kotor karena fluida kerjanya berupa udara, sedangka silinder hidrolik akan menyebabkan kotor di lingkungan karena kerja silinder berupa fluida cair (olie).

SYARAT SYARAT YANG DIBUTUHKAN DALAM MENENTUKAN BESARNYA SILINDER PNEUMATIC:

| Beban tarik minimal (F2) : 4 kg ~ 39,2 N| Tekanan operasi minimal : 2 kgf/cm2 ~ 200 Kpa ~ 2

bar| Panjang langkah (h) : 12 cm| Jumlah langkah permenit : 5 langkah| Koefisien gesek () : 0,5

(Buku petunjuk teknik Tenaga Fluida Pneumatik, The Hydro Pneumatic Technical Centre)

>

F2 F1D

PP

F1

F2P

P

D

Dengan menggunakan rumus dari bab 2 untuk tabung pneumatic maka dapat mencari:

4 = 0,785 x (D2 d2) x 2 x 0,5D2 d2 = 5,1 cmDari perhitungan dengan batas minimum maka silinder pneumatic yang digunakan adalah Dsilinder = 2,5cm dan dpiston = 1,2cm tetapi jika menggunakan Dsilinder = 2,5cm maka tekanan operasi 2 bar tidak akan bisa mengangkat beban seberat 4 Kg. maka sebaiknya menggunakan Dsilinder = 3,2cm dan dpiston = 1,2cm yang telah ditentukan dari pasaran untuk jenis pneumatic-nya. Berikut perhitungan jika menggunakan Dsilinder= 3,2 cm.

F1 = 0,785 x 3,22 x 2 x 0,5F1 = 8 kg

Minimal 2 bar untuk mengangkat beban seberat 4 kg. Jika tekanan maksimal yang diberikan pada silinder pneumatic sebesar 10 bar maka F1 = 40 kg atau 394 N dan F2 = 34,5 kg atau 338,5 N.

Q =

Q = {(12. 3,14/4. 3,22) + 12. 3,14/4. (3,22 1,22)}.5. 2,97Q = 2,6 liter/menit

PERENCANAAN DESAIN MESIN HOT PRESSGuna memenuhi kebutuhan sesuai dengan cara kerja mesin Hot Press yang telah direncanakan, maka dibuat desain rangka mesin hot press yang dapat mendukung cara kerja mesin tersebut, dengan cara:

| Pemilihan Material| Faktor Keamanan| Pemodelan Rangka Mesin Hot Press

| tersediannya bahan material di pasaran.| Material yang dipilih harus kuat untuk menahan beban

pada pengoperasiannya. | Material harus mudah dimachining.| Material juga bukan penghantar panas yang baik

dikarenakan dalam konstruksi terdapat sebuah heater yang bisa membuat seluruh konstruksi menjadi panas.

Kriteria pemilihan material untuk rangka sebagai berikut:

TABLE PERBANDINGAN MATERIAL

No Material Massa

jenis

(kg/m3)

Tensile

strength

(N/mm2)

Konduktivitas

panas

(W/m0C)

1 Mild steel 7850 420 510 55

2 Plat

aluminium

2600 70 - 140 200

(Tabel lampiran dari CWCT cladding forum, www.cwct.co.uk)

FAKTOR KEAMANANPenentuan besar keamanan disesuaikan dari beberapa pertimbangan antara lain material, proses pembuatan, tipe pembebanan, kondisi kerja dan bentuk komponen. factor factor yang dipertimbangkan dalam penentuan factor keamanan, yaitu :

| Ketahanan sifat material selama proses pembebanan.| Kehandalan pada saat menerima pembebanan.| Tingkat pembebanan.| Tingkat kurangnya umur komponen pada saat terjadi

kegagalan.| Kerugian material pada saat terjadi kegagalan.

PEMODELAN RANGKA MESIN HOT PRESS

Untuk membantu membuat model model rangka dibutuhkan bantuan software Catia V5R18. Setiap komponen dirancang permodelannya kemudian bisa dirakit menjadi satu. Tahap membuat rangka dibagi menjadi dua yaitu :

| Membuat model rangka dalam 3 dimensi.| Merakit semua model dalam satu komponen.

>

TAHAP MEMBUAT MODEL 3 DIMENSI

Urutan urutan dalam pembuatan model 3 dimensi untuk tiap tiap model rangka mesin hot press yaitu:

| Membuat sketsa gambar dalam bentuk 2 dimensi bisa dikerjakan manual ataupun dalam bentuk Autocad2008

| Membuat model gambar 3 dimensi dari sketsa gambar 2 dimensi.

TAHAP MERAKIT MODEL MENJADI SUATU KOMPONEN UTUH

Berikut ini adalah langkah langkah merakit semua model menjadi satu komponen:

| Memasukkan model model yang akan dirakit dan jumlah model minimum 2 unit untuk dapat proses perakitan komponen.

| Memberikan kondisi batas pada model model yang akan siap dirakit.

CONTOH PERHITUNGAN KEAMANANPerhitungan Keamanan Material Terhadap Beban Yang Terjadi Dibagian Top Pneumatic Holder

| Data bahan rangkaBahan = Plat mild steelKekuatan luluh (Syp) = 36ksi ~ 252 N/mm2 ~ 25,7 kgf/mm2Modulus elastisitas (E) = 207 KN/mm2 ~ 2,07.104 kgf/mm2| Data bautKekuatan luluh = 210 MPa ~ 21 kgf/mm2 = 210 N/mm2Modulus elastisitas = 2,08.105 N/mm2 ~ 2,08.104 kgf/mm2Diameter baut = 0,25 inci = 6,35 mmKekuatan tarik = 120000 psi = 827,37 MPa = 827,37 N/mm2Kekuatan lelah = 73,77 MPa = 73,77 N/mm2| Bentuk dan dimensi rancangan mesin hot press ada pada

lampiran| Asumsi gaya yang terjadiGaya yang bekerja gaya dinamisGaya luar yang terjadi = 9,9 kgfGaya pengencangan awal = 2 kgf

CONTOH ANALISA PERHITUNGAN TERJADINYA TEGANGAN

AR

Fpneumatik

I

MR

II III

X3

X2

X1

WPneumatik

Wbalok

>

| Diketahui:Wbalok = 0,29 Kg = 2,9 NWpneumatik = 1,33 Kg = 13,3 NFpneumatik = A . 9,9Kgf/cm2 = A . 97,02 N/cm2

= r2 . 97,2 N/cm2= 3,14 . (0,155 cm)2 . 97,02 N/cm2= 731,9 N

AR max= Fpneumatik - Wbalok - Wpneumatik= 731,9 N 2,9 N 13,3 N= 715,7 N

M dititik A = 0MR + (Wpneumatik Fpneumatik) . AC + (Wbalok . AB) = 0MR = (-Wpneumatik + Fpneumatik) . AC - (Wbalok . AB)MR = (- 13,3 N + 731,9 N). 43 mm - (2,9 N . 37,5 mm)MR = 30791,05 N.mm

POTONGAN I

M di titik potong = 0 (cw + )-Mx1 + MR - AR . X1 = 0X1 = 0Mx1 = MR - AR . X1

= 30791,05 N.mm - 715,7 N . 0 = 30791,05 N.mm

X1 = 37,5 mmMx1 = MR - AR . X1

= 30791,05 N.mm - 715,7 N . 37,5mm= 3952,3 N.mm

MR MX1

AR

POTONGAN II:

| M di titik potong = 0 (cw +)-Mx2 + MR AR . X2 (Wbalok). (AC AB) = 0Mx2 = MR - AR . X2 - (Wbalok) . (AC AB)X2 = 37,5 mmMx2 = MR - AR . X2 - (Wbalok) . (AC - AB)

= 30791,05 N.mm - 715,7 N . 37,5 mm - (2,9 N). (43 mm 37,5mm)

= 3936,35 N.mmX2 = 43mmMx2 = MR - AR . X2 - (Wbalok) . (AC - AB)

= 30791,05 N.mm - 715,7 N . 43 mm - (2,9 N). (43 mm 37,5mm)

= 0 N.mm

X1

Wbalok

BAMR MX2

AR

POTONGAN III

M di titik potong = 0 (cw +)Mx2 = 0 N.mm

Mx3

DIAGRAM MOMEN BIDANG TOP PNEUMATIK HOLDER

30791,05

3968,25

DCBA

CONTOH PERHITUNGAN KEAMANAN PADA BAUT DI SAMBUNGAN TOP PNEUMATIK HOLDER

AR

X3

X2

X1

Wbalok

Wpneumatik

Fpneumatik

>

| Gaya maksimum yang bekerja pada baut:Fv = 0 ( + )Fpneumatik ARmax Wbalok Wpneumatik = 0731,9 N - ARmax - 2,9 N - 13,3 N = 0ARmax = 731,9 N - 2,9 N - 13,3 N

= 715,7 N

| Gaya minimum yang bekerja pada baut:Fv = 0 ( + )-ARmin Wbalok Wpneumatik = 0-ARmin - 2,9 N - 13,3 N = 0ARmin = 2,9 N + 13,3 N

= - 16,2 N

Mencari gaya eksternal rata-rata:

Daerah yang terkena tegangan tarik : 0,0318 in2=20,516 mm2(table 16-1).

Faktor konsentrasi tegangan:

NNNArAr

Arave 75,3492)2,16(7,715

2minmax =+=+=

NNNArAr

Arr 95,3652)2,16(7,715

2minmax ===

22 048,17516,2075,349

mmN

mmN

ave ==

22 78,67516,2095,3658,3

mmN

mmNxk r ==

HASIL GRAFIK SODENBERG

Dari hasil yang didapatkan, baut dengan ukuran Dbaut = 0,25 inchi sangat aman terhadap tegangan yang terjadi dikarenakan hasil perhitungan dan nilai koordinat perhitungan analisa fatique baut terletak didalam batas keamanan di garis arsiran

Syp

Se

67,78

17,048

73,77

210

HASIL ANALISA MENURUT SOFTWARE ANSYS

Dengan diketahuinya tegangan dan bahan maka dapat diketahui aman tidaknya suatu material yang ditentukan dari keadaan maksimal dengan keadaan material sampai getas sehingga nilai safety factor-nya adalah 6, maka hasil perrbandingan kemanan yang terjadi adalah:

NSymaksimume

Nmm

N

mmN 2

6

2

10.2520479,2

6

10.2520479,2

26

2mm

N

mmN

26

2 10.420479,2 mmN

mmN

ANALISA KONTROL PADA MESIN HOT PRESS BERBASIS PLC DENGAN SIMULINK

MATLAB

Pada mesin hot press pengontrolan temperatur disimulasikan dengan software Matlab7, dalam simulasi ini diasumsikan panas berpindah di satu arah dan sekitar cetakan yang diisolasi dan mengabaikan distrubance yang terjadi, sistem kontrol merupakan sistem linier.

Hasil simulasi adalah berupa grafik response dan kestabilan sistemnya

Grafik hasil simulasi yang didapat diatas mengalami osilasi (underdamp), tetapi setelah beberapa saat kemudian sistem akan stabil setelah set point tercapai.

>

Tp atau peak timePeak time adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai peak pertama dari overshoot.

Persen Overshoot (%OS)Persen overshoot adalah nilai puncak (peak) maksimum dari kurva respon yang diukur dari satu atau pengertian lainnya

Settling time atau TsSettling time adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai dan tetap di dalam sebuah range nilai akhir yang ditetapkan oleh persentase absolut dari nilai akhir (biasanya 5% atau 2%).

Rise time adalah waktu yang diperlukan untuk naik dari 10 90%, 5 55%, atau 0 100% dari nilai akhirnya.Untuk sistem underdamped : 0 100%Untuk sistem overdamped : 10 90%

Perlu diketahui bahwa rise time, settling time, dan peak timememberikan informasi mengenai kecepatan dan kualitas" respon transien. Besaran besaran ini dapat membantu perancang untuk mencapai kecepatan yang diinginkan tanpa osilasi atau overshoot yang berlebihan.

Analisa kestabilan dengan nyquistDiagram nyquist adalah diagram polar yang menyatakan kestabilan system dengan batasan tidak boleh mencakup nilai -1 dan sistem control tersebut bisa dinyatakan dalam kondisi yang stabil atau aman digunakan sistemnya.

sistem control yang terletak di mesin hot press ini dikatakan stabil bahwa diagram nyquist-nya tidak mencakup nilai -1. >

Kriteria kestabilan Routhhurwitz merupakan kriteria kestabilan yang menyatakan kestabilan absolut suatu sistemkontrol. Dengan hasil transfer function sistem sebagai berikut:

Analisa kestabilan dengan metode routh hurwitch

Dapat juga dilihat dari akar-akar karakteristiknya yang didapatkan dengan bantuan software MATLAB.

Analisa kestabilan dengan metode routh hurwitch

)()(

sVsV

i

o24131,09320.000004.0

2,392 ++ ss=

Kriteria kestabilan menurut root locus adalah merupakan metode untuk menganalisis kestabilan suatu sistem terkendali. Jika sistem yang terjadi didalam mesin hot press ini termasuk sistem yang dikatakan sangat stabil dikarenakan kutub kutubnya berada tepat didalam sumbu sumbunya, berikut hasil dari analisa root locus:

Analisa kestabilan sistem dengan metode root locus

>

Dapat juga dilihat dari akar akar karakteristiknya yang didapatkan dengan bantuan software MATLAB.

S1 = - 2,315486S2 = - 0,000014

Dari kondisi akar akar yang dihasilkan paling terkecil nilainya maka dapat disimpulkan bahwa akar akar sistem berada pada sumbu sumbu plane (ditunjukkan oleh besaran yang nilai terkecilnya negatif dari akar-akar tersebut) yang berarti semua sistem kontrol yang ada didalam kondisi sistem mesin hot press termasuk stabil absolut.

KESIMPULAN1. Tabel Perbandingan material

No Material

Massa

Jenis

( kg/m3 )

Machining

ability

Score 1 - 10

Tensile

strength

( N/mm2 )

Biaya / harga

Score 1 10

1 Mild steel 7850 5 420 - 510 3

2Plat

almunium2600 3 70 - 140 7

2.Dengan beban maksimal sebesar 9,9kgf/cm2 yang dibebankan pada bagian top holder silinder pneumatik dan bagian bawah pneumaticholder didapatkan tegangan maksimum sebesar 2,0479 N/m2 yang terletak pada bagian bawah dari pneumatic holder, sedangkan tegangan minimum yang bekerja pada rangka yaitu 1,705.10-8 N/m2terletak pada bagian standing support. Tegangan yang terjadi tersebut masih dibawah tegangan ijin material konstruksi mesin hot press.

3.Sistem kontrol pada mesin hot press mempunyai transfer funtion

=

Transfer function diatas dihasilkan dengan asumsi semua disturbance yang ada diabaikan.

)()(

sVsV

i

o24131,009320.000004.0

2,392 ++ ss

4.Sistem kontrol dalam keadaan stabil absolut setelah dianalisa dengan kestabilan ROUTH HURWITZ ditunjukkan dengan akar akar sistem berada pada sisi kiri S-plane (ditunjukkan oleh besaran yang nilainya negatif dari akar-akar tersebut) yang berarti sistem dalam kondisi stabil absolut. Akar-akar karakteristik dari tranfer function adalah - 2,3300 & -0,0000.

5.PLC yang digunakan dengan proses digital menghasilkan respon yang sangat baik sehingga untuk mencapai kestabilannya lebih cepat jika dibandingkan dengan control relay.

DAFTAR PUSTAKA Deutchman, Aaron D, Machine Design: Theory And Practice, Macmillan Publishing

Co Inc., New York, 1975. Chao-Heng Chien, Hui-Min Yu, Fabrication Of Switches On Polymer-Based By Hot

Embossing, Mechanical Engineering Department, Tatung University, Taipei, Taiwan, 2006.

J. Zhao, P. Glendenning, G. Chen, Y. K. Juay and M. S. Yong, Development of Polymer Hot Embossing Process for Moulded Interconnect Devices, 2002.

Widya Septiawan, Budi. Perancangan dan Analisa Mesin Emboss Kain Untuk Daun Tiruan Dengan Sistem Pneumatik, 2004.

Hanif, ahmad. Penerapan PLC Sebagai Sistem Kendali Pada Mesin Konveyor. Universitas Negeri Semarang, Teknik Mesin. 2006.

Wayan Berata, Diktat Elemen Mesin, Jurusan Teknik Mesin, FTI-ITS, Surabaya, 2002.

Curtis Johnson, Process Control Instrumentation Technology, 4th Edition, Prentice Hall International Inc, New Jersey, 1993.

The Hydro-Pneumatic Technical Centre,Buku Petunjuk Teknik Tenaga Fluida Pneumatik, Jepang.

Ogata, Katsuhiko,Teknik Kontrol Automatik, Edisi Kedua, Erlangga, Jakarta. www.cwck..co.uk www.fibersource.com/f-tutor/polyester.html

Terima Kasih

1 2 3 4 5

LATAR BELAKANGPERUMUSAN MASALAHTUJUANMANFAAT PERENCANAANBATASAN MASALAH MESIN HOT PRESSKOMPONEN KOMPONEN PENDUKUNGNYA:PLCGAYA DAN TEGANGANMESIN HOT PRESSANALISA KESTABILANKRITERIA STABILITAS ROUTH HURWITZBODE PLOTPRINSIP DASAR PERPINDAHAN PANASKONDUKSISISTEM PNEUMATIKTABUNG PNEUMATIKSOLENIODTAHAP PENGUMPULAN DATATAHAP PERANCANGAN MESIN HOT PRESS TOPI TIRUANMANUALOTOMATISDIAGRAM ALIR ANALISA KONTRUKSI DAN KONTROL PADA MESIN HOT PRESSANALISA KONSTRUKSI DAN SISTEM KONTROL MESIN HOT PRESSANALISA KONSTRUKSI MESIN HOT PRESSANALISA SISTEM KONTROL MESIN HOT PRESSPERENCANAAN KONSTRUKSI MESIN HOT PRESS BERBASIS PLCHEATERSILINDER PNEUMATIKPEMILIHAN SILINDER DIDASARI ATAS PERTIMBANGANKOMPONEN SILINDER PNEUMATIK YANG AKAN DIPASANG ANTARA LAIN :SYARAT SYARAT YANG DIBUTUHKAN DALAM MENENTUKAN BESARNYA SILINDER PNEUMATIC:PERENCANAAN DESAIN MESIN HOT PRESSTABLE PERBANDINGAN MATERIALFAKTOR KEAMANANPEMODELAN RANGKA MESIN HOT PRESSTAHAP MEMBUAT MODEL 3 DIMENSITAHAP MERAKIT MODEL MENJADI SUATU KOMPONEN UTUHCONTOH PERHITUNGAN KEAMANANCONTOH ANALISA PERHITUNGAN TERJADINYA TEGANGANPOTONGAN IPOTONGAN II:POTONGAN IIIDIAGRAM MOMEN BIDANG TOP PNEUMATIK HOLDERCONTOH PERHITUNGAN KEAMANAN PADA BAUT DI SAMBUNGAN TOP PNEUMATIK HOLDERHASIL GRAFIK SODENBERGHASIL ANALISA MENURUT SOFTWARE ANSYSANALISA KONTROL PADA MESIN HOT PRESS BERBASIS PLC DENGAN SIMULINK MATLABKESIMPULANDAFTAR PUSTAKA

Documents

ITS Undergraduate 13560 Presentation 1873802