Actuator Hydraulic

LAPOORAN PRESENTASI
HYDRAULIC & PNEUMATIC


Oleh;
HERI ANDRIYANTO
NBP. 06171002

Dosen : Dr. Ing. HAIRUL ABRAL













MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
ENGINEERING FACULTY
ANDALAS UNIVERSITY
PADANG, 2010
HYDRAULIC ACTUATORS
Atuator sistem hidrolik adalah komponen yang melakukan aksi atau meneruskan daya dari pompa untuk melakukan kerja. Secara umum actuator dapat dibedakan menjadi dua yaitu linier dan rotary actuators ;
A. LINER ACTUATOR
Liner aktuator atau yang disebut silinder hidrolik merupakan aktuator dengan gerak translasi. Dapat dibedakan atas;
1. Berdasarkan fungsinya;
Yang umunm digunakan;
a) Single acting
b) Double acting
Special ;
a) Plunger or arm cylinders
b) Telescoping cylinders
c) Cable
d) Diaphragm
e) Bellow
f) Tandem
g) Duplex
h) Rotary
2. Berdasarkan konstruksinya;
a) Tie rod cylinders
b) Mill type cylinders
c) One piece welded cylinders
d) Treaded head cylinders


Bagian-Bagian Cilinder Hidrolik
Konstruksi Silinder hidrolik secara umum terdiri dari;
• Cylinder body or tube
• Piston
• Piston rod
• Threaded end of piston rod
• Bush seal
• Bush
• Front end cover / head end
• Rear end cover/ cap end
• Piston seal
• Cushioning assembly
• Rod wiper
• Tie-rod fastener
 Circular groove
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 1. Komponen utama silinder hidrolik


Cylinder material
a. Cylinder barrel, terdapat beberapa material yang sering digunakan sebagai bahan pembuatan cylinder barrel sesuai konsisi penggunaanya;
– Grey C.I. Tubes, tekanan maksimum 300 bar proses pembuatanya biasanya adalah dengan tube drawing.
– Heavy duty C.I. tekanan operasi yang dapat di tamping adalah 500-600 bar, proses yang digunakan untuk membuat cylinder dengan material ini adalah casting atau pengecoran.
– Brass, tekanan maksimum adalah 400 bar, dengan proses pembuatan yaitu proses pengecoran.
– Bronze, tekanan maksimum adalah 400 bar, proses pembuatan biasanya dengan proses pengecoran.
– Aluminum alloy, tekanan maksimum yang dapat ditahan adalah 550 bar, proses pembuatan yang biasa digunakan adalahpengecoran.
– Low carbon steel, tungsten alloy, titanium and aluminum alloy, cylinder dengan bahan ini dapat menahan tekanan hingga 1250 bar, proses pembuatan yang biasa digunakan adalah cold drawn deep polished.
Cylinder hidrolik biasanya memiliki perbandingan diameter dengan ketebalannya 20 : 1, dan dibuat dengan ketelitian yang tinggi dengan toleransi H7 to H9. Bagian dalam cylinder dilakukan pengerasan misalnya dengan proses karburisasi atau dengan induction hardening , diakhiri dengan pelapisan krom dan pemolesan.
b. Piston Rod
Batang piston biasanya dibuat dari bahan stainless steel, harus memiliki kekerasan yang tinggi agar tahan terhadap gesekan, biasanya dilakukan pengerasan misalnya dengan carburisasi atau pengerasan induksi. Kekerasan 60-65 HRC, dan memiliki kepresisian tinggi dengan toleransi k9 m.
c. Bush, Made of bronze or other similar metals
d. Cylinder head and cap, Cast steel, minimum yield strength 30 kgf/cm2
e. Piston, Kekerasan harus lebih rendah dari material cylinder barrel
Seals in cylinder
• Umumnya berbantuk “u” atau “v”-ring.
• wiper seal digunakan untuk mecegah masunya kotoran.
• Material seal yang banyak digunakan yaitu PTFE (polytetrafluoeoethylene)
Cylinder reliability
• Karakteristik seal, seal sangat penting karena digunakan untuk mencegah kebocoroan antara rod dengan cilinder sehingga tekanan dapat dijaga.
• Gesekan, gesekan sangat mempengaruhi kinerja silinder hidrolik karana mempengaruhi tekanan yang dibutuhkan, hal yang berhubungan dengan gesekan adalah material hardness, koefisien gesekan, clearence, working temperature, surface.
• Wear rate, ketahanan material terhadap gesekan sangat diperhatikan dalam mengoptimalkan kinerja silinder hidrolik.
• Surface roughness, atau kekasaran permukaan akan mempengaruhi besarnya gesekan.
Untuk memprediksi ketahanan silinder hidrolik dengan perlakuan pengerasan yang berbeda dpat dilihat pada table berikut ini;
No. Process Workpiece materials Dimension accuracy Thickness of hardened layer
1 Carburising Low carbon steel 50-150 μm 0.5-2 mm
2 Nitriding Steel, C.I 50-100 μm 0.05-0.6 mm
3 Induction hardening steel 30-70 μm 0.2-10 mm
4 Cr-plating Steel, C.I, non ferrous alloy - 0.005-1.0 mm
5 Rolller burnishing Steel, C.I, Ti and non-ferrous alloy - 1-20 mm

Cylinder force, acceleration and losses
Untuk mengitung gaya keluaran yang dihasilkan sebuah silinder dapat dilihat parameter yang menpengaruhi seperti pada gambar berikut ini;

Gambar 2. Gaya-gaya pada cylinder
Fa = Fs + Fd

During acceleration;

Fa = Fr + Fg + Fd

Steady travel;
Fa = Fs
Dimana, Fs > Fd
Sedangkan untuk Friction force and losses in cylinder, ada beberapa perameter yang mempengaruhi sebagai berikut ini;
• Surface finish
• Coefficient of friction, μ
• Size of sealing, A
• Oil pressure, P
• Pre-load seal, Fp
Sehingga friction force dirumuskan sebagai berikut;

Dimana; Ac = π l D
μ = 0.15 s/d 0.2
Ac = circumental area
L = length of seal surface
D = cylinder diameter
Fp = pre-load force
Fp = (0.5 s/d 1) bar dikali jumlah ring

Secara teori Frictional losses dari kebanyakan silinder hidrolic adalah berkisar antara 2 sampai 8 %. Dari sini secara teoritis gaya maksimum dapat dirumuskan sebagai berikut;

Dan kehilangan tekana selama kerja (Pressure drop) adalah;

Dimana;
∆P’ = pressure drop in inlet line


Piston, piston rod and rod length
Ada hubungan antara piston batang piston dan panjang batang sehingga dihasilkan performa yang optimal, dimana biasanya;

d= piston rod diameter
D= piston diameter
Pada beberapa kasus , d = 0.5~0.7 D
Cylinder dengan tekanan tinggi sebaiknya memiliki langkah sependek mungkin, karena jika langkahnya terlalu panjang maka kemungkinan batang terdefleksi makin besar.
Dalam menghitung gaya yang dihasilkan atau yang dibutuhkan maka beberapa parameter yang perlu diketahui;
• Total beban
• Menentukan percepatan
• μs , μk
Contoh; Beban arah horizontal 3000 kgf, Kecepatan 0,5 m/s ingin dicapai setelah jarak 15 mm, Cylinder dia. 40 mm, Koef. Gesekan 0,15, Tentukan tekanan !





Flow Velocity (kecepatan aliran oli)
• Umumnya 1 s/d 7 m/s2
• Debit yang diperlukan Qf
• Debit pompa Qp


• Kecepatan piston Vf


• Kecepatan piston kembali Vr


Cylinder Efficiency
Efisiensi dari silinder hidrolik dapat dirumuskan;


Efisiensi dipengaruhi frictional force yang dipengaruhi luas area gesekan, maka efisiensi secara keseluruhan juga dipengaruhi dimensi silinder itu sensiri, seperti pada table berikut ini;
Piston diameter Cylinder efficiency
20-50 mm
50-120 mm
120 mm 80-85
85-90
90-95


Sizing Cylinder Tubes
Dalam perancangan silinder yang perlu diperhatikan adalah tegangan yang akan dialami material denagan kondisi kerjanya,


Gambar 3. Ketebalan dinding silinder
Hoop sress, σ dapat dirumuskan sebagai berikut;



Ketebalan, t yang dibutuhkan sesuai karakteristik material



Piston Rod Design
Sedangkan dalam perancangan batang piston yang perlu diperhatikan adalah gaya yang bekerja, dimana;
F = a . σ
F = beban tekan atau tarik
a = penampang rod
σ = material stress
Critical buckling, merupakan perbandingan antara panjang batang dengan diameternya sehingga dapat dihindari lendutan batang atau buckling, gaya kritis Fc dapat dirumuskan;

Dimana inersia penampang I;


Beban maksimum F = Fc / S , dimana S merupakan safety factor.

Gambar 4. Buckling pada batang





ROTARY ACTUATORS
Yaitu merupakan actuator system hidrolik dengan gerakan rotasi atau berupa putaran dan sering disebut sebagai hydraulic motors (motor hidrolik). Sama halnya dengan hydraulic pump atau pompa hidrolik (vanes, gears, dan piston dsb). Perbedaanya adalah pompa menghasilkan tekanan, sedangkan motor hidrolik diputar degan oli bertekanan.

Gambar 5. prinsip dasar rotary actuator
Motor hidrolik dapat di rating berdasarkan;
a. Displacement, yaitu Jumlah fluida yang diperlukan untuk memutar motor satu putaran.
b. Torque capacity
c. Maximum pressure capacity
Torque, dapat digambarkan debagai berikut;

Sehingga , Rotari power = Torque x Angular velocity = T x Rev/s x 2p
Input hydraulic power;


Jadi Torsi motor adalah;

Flow rate, Q;
Q = rpm x displacement, cm3 /rev
Pressure P, Tekanan yang dibutuhkan tergantung pada torsi dan displacement.

Tekanan P adalah kN/cm2 dimana N/mm2 = Mpa = 10 bar.
Klasifikasi Motor Hidrolik
Motor hidrolik dapat diklasifikasikan berdasarkan arah putaran dan konstruksinya.
• Berdasarkan arah;
a) Uni-directional, hanya dapat berputar satu arah saja.
b) Bi-directional, dapat berputar dua arah berlawanan.

Gambar 6. symbol rotary actuator
• Berdasarkan konstruksi dapat dibedakan atas;
1. VANE MOTOR




Gambar 7. vane motor
Flow from the pump enters the inlet, forces the rotor and vanes to rotate and passes out through the outlet. Rotation of the rotor causes the output shaft to rotate. Since no centrifugal force exists until the rotor begins to rotate some method must be provided to initially hold the vanes against the casing contour. Springs are often used for this purpose. Springs are usually unnecessary in vane pumps because the drive shaft in these units initially supplies the centrifugal force to assure vane-to-casing contact. Vane motors rotate in either direction but they do so only when the flow rate through the motor is reversed.

2. GEAR MOTORS
Fluid is pumped into the motor inlet (P) where it has two courses to follow around the outside in the space between the teeth to the exit at (T). Like the gear pump the gears in a gear motor are closely fitted in the housing end and, for this reason, flow of fluid through the motor from the inlet to the outlet can occur only when the gears rotate. In the gear motor fluid drives both gears but only one gear is coupled to the output shaft to supply rotary mechanical motion. Gear motors are of the fixed displacement type - this means that the output shaft speed varied only when the flow rate through the motor changes. These motors are generally two directional, the motor being reversed by direction fluid through the motor in the opposite direction.


Gambar 8. Gear motor

3. SEMI - ROTARY PISTON TYPE ACTUATORS
Torque actuators are used to give semi-rotary actuation. Very large torques are produced at low speeds. The Type on the left produces rotation of about 300o. The oil enters between the fixed and moving vanes. The pressure makes the moving vane rotate the shaft. The type on the right has two sets of vanes, which doubles the torque but reduces rotation to less than 180o.


Gambar 9. Semi Rotary motor
4. ROTARY PISTON TYPE
The oil forces the piston to move in a similar way to a hydraulic ram. The piston has studs on it with 45o splines that mate with fixed splines on one side. This makes the piston and shaft rotate as it moves.

Gambar 10. Rotary piston motor

5. PARALLEL PISTON TYPE
The two pistons move parallel to each other. One piston rotates the shaft one way and the other piston rotates it the other. The rotation is about 100o. This design is commonly used for the pneumatic operation of pipe line valves.

Gambar 11. Paralel piston motor


6. RACK AND PINION TYPE
The construction is basically two single acting cylinders with a single connecting rod in the form of a rack. The rack engages with a pinion gear that is part of the output shaft. The pistons are moved either right to left or left to right producing clockwise or counter-clockwise rotation. Adjusting the piston stroke can set the degree of rotation. The design is typical for a pneumatic actuator.

Gambar 12. Rack and Pinion piston motor
7. RADIAL PISTON MOTORS
There are many designs for radial piston motors. They are typically used for applications requiring a large torque and slow speed such as with winches. The design is common for hydraulic and pneumatic motors. The diagram shows a design with radial cylinders each in a separate block. The pistons are connected to the shaft by a crank or some other mechanism. Suitable valve designs allow the oil into the cylinders and force the pistons to reciprocate and turn the shaft. These produce high power and torque. Figure 11 This design uses a central piston block. The oil pressure forces the pistons out against a cam. The force acting on the side of the cam produces rotation of the piston block and shaft. The cam has several lobes and s the pistons make several strokes in one revolution. They are typically used to rotate large drums.

Gambar 13. Radial piston motor
8. AXIAL PISTON MOTORS
These motors can be either fixed or variable displacement and are usually two directional. Typical designs are the cam type (fixed) or swash plate (fixed or variable).

Gambar 14. Axial piston motor
a. Cam Type
Flow enters the motor at the inlet (6) and is directed to piston and ball (3), which pushes forward against a ring cam (4). The ball engages on the slope of the cam and produces rotation. The cam is fixed but the cylinder block is splined to the shaft (7). The cylinder block and shaft rotates. When the block rotates the cam pushes the piston back. At this point the piston connects to the low pressure exhaust port (Blue). By using cams with several lobes and several inlet and outlet ports in the rear block (7) the piston is made to do several strokes during each revolution. They are typically used to rotate the drums on dustbin lorries (garbage trucks).

Gambar 15. Cam piston motor
b. Swash Plate Types
These are similar to the cam in principle but the cam ring is replaced by a swash plate. Because of the angle of the plate, the piston pushing against it produces rotation. In some designs the swash plate is fixed and the cylinder block rotates. In other designs the piston block is fixed and the cam plate rotates. The speed of the motor at a given flow rate may be changes by altering the angle of the swash plate. Sometimes the piston block is cranked to make a fixed angle with the swash plate. The motors can run at high speed and the speed can be varied by changing the angle of the swash plate. Large powerful versions are used in heavy vehicle transmission systems and the gear ratio to te wheels is varied by varying the swash plate angle.

Gambar 16. Swash Plate piston motor

9. DERI -SINE MOTORS
Fluid enters the motor and is directed to two ports that allow the fluid to enter the rotor chamber. Pressure acting on the rotors forces them to rotate. The vanes follow the cam shaped contours of the rotor and prevent fluid passing directly to the outlet ports. Because of the shape of the rotors the space at the inlet increases as the fluid enters which causes the rotor to turn, then as the rotor approaches the outlet the space begins to decrease and the fluid is discharged from the outlet. Reversing the direction of flow through the motor reverses the motor. These motors are very quiet and smooth running. They are compact and easily fit inside robotic devices.

Gambar 17. Deri-sine motor

Pemilihan Motor Hidrolik
Dalam pemilihan motor hidrolik ada beberapa hal yang perllu diperhatikan
 Sesuaikan dengan torsi yang dibutuhkan
 Tekanan sistem
 Jika dibutuhkan rpm yang tinggi, gunakan breaking relief valve
 Hydro-motor sebaiknya digunakan pada rpm maksimumnya
 Gunakan flow control valve untuk mengatur rpm motor

Rangkaian Hydraulic Motor
Hydraulic Transmission


Gambar 17. Hydraulic Transmission
Pum-Motor Combination

Fixed pump-variable motor

Gambar 18. Kombinasi pompa dan motor hidrolik
Keuntungan menggunakan hydrostatic transmission
 Bebas kejut saat start dan stop dan saat ada perubahan kecepatan
 Dapat mentransmisikan tenaga yang besar dengan inertia yang rendah
 Transmisi continuous
 Dapat bekerja efktif
 Respon cepat

Aplikasi
 Earth moving equipment
 Truck mounted cranes
 Winches
 Steering system
 Railway shunting engine
 Heavy automobile
 Ship instalation
 Aircraft system


Gambar 19. Contoh aplikasi system transmisi hidrolik














DAFTAR PUSTAKA

Majumdar, M.S. 2002. ”Oil Hydraulic System Principles and Maintanance”. McGraw-Hill : Singapore
http://users.pandora.be/educypedia/education/mechanicshydrau.htm
http://www.industrialskillscampus.com/online.htm e-l
http://users.pandora.be/educypedia/education/mechanicshydrau.htm
http://home.wxs.nl/~brink494/frm_e.htm
http://www.coes.latech.edu/meen/melabs.htm

DESIGN OF HYDRAULIC CIRCUIT

Pada bab sebelumnya kita telah belajar mengenai komponen-komponen system hidraulik dan fungsinya masing-masing. Pada bab 12 ini kita akan belajar mengenai diagram atau sirkuit hidraulik yang sudah mencakup komponen-komponen system hidraulik dan cara kerja system tersebut.
Ada beberapa factor yang dipertimbangkan dalam merancang sirkuit hidraulik, diantaranya adalah :
1. Fungsi keamanan (Safety of desired function)
2. Fungsi performance (Performance of desired function)
3. Efisiensi operasi (Efficiency of operation)
Dalam diagram system hidraulik sebenarnya ada 4 komponen utama yang dibutuhkan yaitu :
1. Hydraulic power pack : pump, drive motor, mechanical couplings, oil reservoir, strainers, filters, coolers.
2. Hydraulic control elements : directional control valve, pressure control valve, flow control valve, one-way valves, servo valves.
3. Power drive unit : cylinders, motor
4. System accessoris : pipe, accumulator, booster, related mechanical elements,etc
12.1 Perancangan sistem hidraulik
Dalam merancang system hidraulik untuk merepresentasikan komponen-komponen hidraulik diperlukan symbol-simbol yang sesuai standar ISO yaitu IS:7513-1974. Berikut simbol-simbol komponen hidraulik



Gambar 1. Simbol-simbol komponen hidraulik
Berikut contoh gambar mesin dari mesin gerinda :

Gambar 2. Gambar mesin sirkuit hidraulik dari mesin gerinda
Gambar di atas cukup sulit untuk dipahami dan dibedakan beberapa jenis komponen dan fungsinya. Oleh karena itu dibuat symbol untuk mempermudah dalam merancang dan memahami kerja system hidraulik. Berikut gambar sirkuit hidraulik dari mesin gerinda :

Gambar 3. Sirkuit hidraulik mesin gerinda
Gambar di bawah menunjukkan contoh sirkuit hidraulik pada mesin bubut

Gambar 4. Sirkuit hidraulik mesin bubut CNC
12.1.1 Double acting cylinder dan directional control valve
Gambar di bawah ini menunjukkan silinder hidraulik tipe double acting yang dikontrol dengan directional control valve 4/2.

Gambar 5. Pengontrolan silinder double acting
Pada gambar di atas oli dari tanki (reservoir) akan disaring oleh filter sebelum masuk ke pompa. Motor listrik berputar maka pompa hidraulik juga ikut berputar dan tekanan pada pompa menjadi rendah. Akibatnya oli dari tanki mengalir ke pompa disebabkan vakum dari pompa, tekanan pada tanki lebih tinggi dibanding tekanan pada pompa. Pompa hidraulik berfungsi menghasilkan energy hidraulik berupa oli bertekanan dan debit (p, Q). Pada gambar di atas menunjukkan bahwa directional control valve (DCV) dalam keadaan open center. Maka oli akan mengalir menuju cap end dari silinder dan oli pada silinder akan didorong keluar menuju tanki. Pada gambar di atas terdapat pressure relief valve yang berfungsi mengatur tekanan oli. Jika tekanan oli pada system melewati tekanan yang diset pada pressure relief valve maka oli bertekanan akan membuka aliran pressure relief valve dan oli mengalir ke tanki melalui pressure relief valve. Jika spool pada directional control valve digeser maka aliran oli akan berubah dan alirannya akan menyilang. Oli bertekanan dari pompa akan mengalir menuju ke rod end silinder dan oli dari cap end silinder didorong menuju tanki. Pengaturan spool pada directional control valve dapat diatur dengan beberapa macam aktuatornya. Berikut adalah gambar pengatur dari directional control valve diantaranya tombol, tuas, pedal, cam, hidraulik, pneumatik dan solenoid (dari atas ke bawah)

Gambar 6. Beberapa jenis aktuator directional control valve

Berikut adalah contoh directional control valve yang diatur dengan solenoid.

Gambar 7. DCV dengan kontrol solenoid

12.1.2 Velocity control
Pada sirkuit system hidraulik juga diperlukan suatu komponen pengatur kecepatan aliran oli dengan menggunakan flow control valve. Pada gambar di bawah ini kecepatan oli menuju tanki dipercepat alirannya dengan menggunakan throttle valve.

Gambar 8. Throttle valve dalam sirkuit hidraulik
Gambar di bawah menunjukkan kecepatan aliran oli menuju silinder diatur dengan flow control valve jenis pressure compensate flow control.

Gambar 9. Flow control valve sebagai pengatur kecepatan fluida sebelum masuk silinder
Untuk mengatur kecepatan aliran fluida, flow control valve dapat diletakkan pada posisi sebelum oli masuk ke silinder dan setelah keluar dari silinder.
• Meter –in circuit untuk mengontrol kecepatan aliran menuju aktuator.

Gambar 10. Meter –in circuit
Dalam hal ini, ada pressure drop akibat efek throttling dari flow control valve dan panas yang disebabkan throttling diteruskkan ke aktuator.
• Meter –out circuit untuk mengontrol kecepatan aliran dari aktuator (silinder).

Gambar 11. Meter-out circuit
Dalam hal ini tidak ada pressure drop menuju silinder dan panas akibat throttling diteruskan menuju tanki.
• By pass control
Untuk dua kasus di atas dapat dihubungkan secara paralel. Kecepatan oli menuju dan keluar dari silinder dapat diatur dengan satu buah flow control valve. Berikut gambarnya :

Gambar 12. By pass control or bleed of circuit
12.2 Regenerative circuit
Adalah kecepatan dan tekanan fluida dalam dua arah pergerakan silinder sama. Dengan membuat area piston rod (batang piston) setengah dari area piston , maka perbandingan antara batang piston dan area piston adalah 2:1 sehingga gaya yang dihasilkan saat silinder extend dan retract adalah sama.
Berikut contoh perhitungan regenerative circuit





12.3 Penggunaan Check Valve dalam Sirkuit Hidraulik
Check valve berfungsi untuk mengatur arah aliran fluida hanya satu arah saja. Pada gambar di bawah check valve diletakkan pada posisi oli sebelum dan setelah melewati pompa hidraulik.
12.3.1 Pump inlet line
Check valve diletakkan sebelum oli masuk ke dalam pompa agar oli tidak bisa kembali lagi ke tanki.
12.3.1 Pump outlet line
Check valve diletakkan setelah oli keluar ke dalam pompa agar oli tidak bisa kembali lagi ke pompa.

(a) (b)
Gambar 13. (a) pump inlet line (b) pump outlet line
12.3.3 Check valve sebagai penahan posisi silinder
Check valve bisa berfungsi menahan posisi silinder, digabung dengan directional control valve dengan posisi close maka akan menutup aliran fluida menuju tanki dan kembali ke pompa seperti pada gambar di bawah.

Gambar 14. Check valve sebagai penahan posisi silinder
12.3.4 Pilot operated check valve
Namun ada juga check valve yang dapat mengalirkan fluida dalam dua arah yang dinamakan dengan pilot operated check valve. Pada pilot operated check valve ini terdapat pegas.

Gambar 15. Pilot operated check valve
Pada gambar di atas, oli dapat mengalir menuju silinder. Namun tidak dapat mengalir balik secara langsung. Agar oli dapat mengalir balik maka oli akan mendorong bola atau pin penahan aliran yang terdapat di dalam check valve sehingga oli dapat mengalir balik.
12.4 Pemilihan pompa
Pemilihan pompa dalam sirkuit hidraulik tergantung dua factor yaitu tekanan maksimum dan debit aliran maksimum. Ada 3 alternatif dalam pemilihan pompa yaitu :
1. A single fixed-displacement pump atau
2. Two fixed-displacement pump in tandem atau
3. A single fixed-displacement pump with a suitable accumulator
Dalam sirkuit hidraulik, menggunakan dua pompa untuk mengurangi daya rata-rata. Jika pompa dengan debit 200 liter per menit dan tekanan 100 bar. Maka daya yang disuplai adalah (200x100)/612 kW = 32.3 kW. Jika menggunakan dua pompa, daya sistem akan berkurang. Ambil pompa 1 dengan debit 150 liter per menit dan pompa kedua debitnya 50 liter per menit dan tekanan 100 bar. Maka daya yang tersimpan adalah (50x100)/612 kW = 8.17 kW. Gambar di bawah ini menunjukkan skematik susunan pompa dan katup unloading dalam sistem hi-lo.

Gambar 16. Schematic diagram of hi-lo system

12.4.1 Isolasi aliran
Dalam sirkuit hi-lo pump, check valve diletakkan di antara pompa untuk mengisolasi high pressure flow dari low pressure flow agar tidak merusak komponen low pressure flow. Berikut adalah gambar flow isolation

Gambar 17. Flow isolation
12.5 Beberapa sirkuit dasar
12.5.1 Tandem centre valve
Berikut gambar skematik diagram hidraulik yang terdapat 3 directional control valve dalam keadaan tandem centre yang disusun berdekatan.

Gambar 18. Application tandem centre valve
12.5.2 Sequential operation
Berikut gambar diagram hidraulik yang terdapat 4 bauh silinder yang disusun berangkai

Gambar 19. Bank of cylinders operated by single 4/3 tandem centre valve
12.5.3 Closed centre valve
Gambar di bawah menunujukkan directional control valve dalam keadaan closed centre

Gambar 20. Use of closed centre valve

12.5.4 Indirect control
Pada gambar di bawah directional control valve diatur secara tidak langsung atau menggunakan solenoid.

Gambar 21. Indirect control
12.5.5 Clamping force
Untuk peralatan mesin yang besar membutuhkan clamping force yang tinggi.

Gambar 22. Clamping circuit
12.6 Hydrocopying circuit
Gambar di bawah adalah diagram hydro-copying circuit untuk mesin sekrap.

Gambar 23. Hydro-copying circuit
Berikut adalah gambar diagram hidraulik dari mesin freis yang mana perpindahan dalam 3 koordiant X,Y,Z diatur dengan motor hidraulik. Poros motor dihubungkan ke machined precision screw spindles agar perpindahan meja dan pahat berlangsung halus

Gambar 24 Three coordinate cpy milling machine
12.7 Servo controlfor extrusion press
Gambar di bawah ini menunjukkan diagram hidraulik dari alat ekstrusi yang dikontrol dengan pengontrolan servo. Throttle valve yang mengatur kecepatan ram ekstrusi dikontrol dengan oil cylinder yang digerakkan oleh katup servo dan unit kontrolnya. Kecepatan feedback ram diatur oleh ram velocity tranducers seperti tachometer dan cylinder position tranducer.

Gambar 25. Servo controlled extrusion press circuit
12.8 Accumulator circuit
Diagram di bawah menunjukkan penggunaan akumulator dalam sistem hidraulik. Untuk loading dan unloading akumulator diatur menggunakan pressure switch.


Gambar 26. Accumulator circuit
12.9 Microprocessor Control in a Hydraulic System
Pada gambar di bawah ini solenoid dari directional control valve diatur dengan programmable digital control system.

Gambar 27. Four cylinder sequencing circuit and microcomputer system
12.10 Functional Diagram
Functional diagram berfungsi untuk memudahkan dalam menangani troubleshooting, machine maintenance, servicing dan repair work. Gambar di bawah ini adalah tipe-tipe dari functional diagram.

Gambar 28. Type of functional diagram
12.10 Electrical Control of Hydraulic Systems
Pengontrolan solenoid dari directional control valve dapat diatur dengan rangkaian listrik. Gambar di bawah menunjukkan sirkuit hidraulik dan rangkaian listrik pengatur solenoid.

Gambar 29. (a) sirkuit hidraulik (b) rangkaian listrik pengontrol solenoid
Gambar di bawah ini adalah diagram hidraulik yang mana solenoid dari directional control valve diatur dengan relay.

Gambar 29. Diagram hidraulik dengan relay

Komposit

Riki Jose Satria
Teknik Mesin Universitas Andalas

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang
Manusia sejak dari dulu telah berusaha untuk menciptakan berbagai produk yang terdiri dari gabungan lebih dari satu bahan untuk menghasilkan suatu bahan yang lebih kuat, contohnya penggunaan jerami pendek untuk menguatkan batu bata di Mesir, panah orang Mongolia yang menggabungkan kayu, otot binatang, sutera, dan pedang samurai Jepang yang terdiri dari banyak lapisan oksida besi yang berat dan liat. Seiring dengan kemajuan zaman, untuk mengoptimalkan nilai efisiensi terhadap suatu produk maka dimulailah suatu pengembangan terhadap material, dan para ahli mulai menyadari bahwa material tunggal (homogen) memiliki keterbatasan baik dari sisi mengadopsi desain yang dibuat maupun kondisi pasar.
Kebanyakan teknologi modern memerlukan bahan dengan kombinasi sifat-sifat yang luar biasa yang tidak boleh dicapai oleh bahan-bahan lazim seperti logam besi, keramik, dan bahan polimer. Kenyataan ini adalah benar bagi bahan yang diperlukan untuk penggunaan dalam bidang angkasa lepas, perumahan, perkapalan, kendaraan dan industri pengangkutan. Karena bidang-bidang tersebut membutuhkan density yang rendah, flexural, dan tensile yang tinggi, viskosity yang baik dan hentaman yang baik.
Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik-matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fiber). Komposit merupakan teknologi rekayasa material yang banyak dikembangkan dewasa ini karena material komposit mampu mengabungkan beberapa sifat material yang berbeda karakteristiknya menjadi sifat yang baru dan sesuai dengan disain yang direncanakan.

1.2. Tujuan
Tujuan dari pembelajaran komposit ini antara lain :
a) Untuk mengetahui tentang komposit secara umum
b) Untuk mengetahui aplikasi serta proses pembuatan komposit
c) Mengetahui jenis-jenis dari komposit tersebut
d) Mengetahui proses perlakuan yang diberikan terhadap pengaruh kekuatan dari komposit tersebut

1.3. Manfaat
Komposit mempunyai fungsi yang sangat banyak pada kehidupan sehari-hari. Baik pada kebutuhan rumah tangga hingga kebutuhan industri yang besar. Dari pembelajaran tentang komposit ini, pada bidang industri komposit dapat dihasilkan dengan proses dan bahan yang lebih tepat, sehingga mempunyai nilai kekuatan serta nilai jual yang lebih baik.



























BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Definisi Bahan Komposit
Menurut Matthews dkk. (1993), komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik ini yang berbeda dari material pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat. Kita bisa melihat definisi komposit ini dari beberapa tahap seperti yang telah digariskan oleh Schwartz :
a. Tahap/Peringkat Atas
Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih atom yang berbeda bolehlah dikatakan sebagai bahan komposit. Ini termasuk alloy polimer dan keramik. Bahan-bahan yang terdiri dari unsur asal saja yang tidak termasuk dalam peringkat ini.
b. Tahap/Peringkat Mikrostruktur
Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih struktur molekul atau fasa merupakan suatu komposit. Mengikuti definisi ini banyak bahan yang secara tradisional dikenal sebagai komposit seperti kebanyakan bahan logam. Contoh besi keluli yang merupakan alloy multifusi yang terdiri dari karbon dan besi.
c. Tahap/Peringkat Makrostruktur
Merupakan gabungan bahan yang berbeda komposisi atau bentuk bagi mendapatkan suatu sifat atau ciri tertentu. Dimana konstituen gabungan masih tetap dalam bentuk asal, dimana dapat ditandai secara fisik dan melihatkan kesan antara muka antara satu sama lain.

Kroschwitz dan rekan telah menyatakan bahwa komposit adalah bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabungkan. Rosato dan Di Matitia pula menyatakan bahwa plastik dan bahan-bahan penguat yang biasanya dalam bentuk serat, dimana ada serat pendek, panjang, anyaman pabrik atau lainnya. Selain itu ada juga yang menyatakan bahwa bahan komposit adalah kombinasi bahan tambah yang berbentuk serat, butiran atau cuhisker seperti pengisi serbuk logam, serat kaca, karbon, aramid (kevlar), keramik, dan serat logam dalam julat panjang yang berbeda-beda didalam matriks.
Definisi yang lebih bermakna yaitu menurut Agarwal dan Broutman, yaitu menyatakan bahwa bahan komposit mempunyai ciri-ciri yang berbeda untuk dan komposisi untuk menghasilkan suatu bahan yang mempunyai sifat dan ciri tertentu yang berbeda dari sifat dan ciri konstituen asalnya. Disamping itu konstituen asal masih kekal dan dihubungkan melalui suatu antara muka. Konstituen-konstituen ini dapat dikenal pasti secara fisikal. Dengan kata lain, bahan komposit adalah bahan yang heterogen yang terdiri dari dari fasa tersebar dan fasa yang berterusan. Fasa tersebar selalunya terdiri dari serat atau bahan pengukuh, manakala yang berterusannya terdiri dari matriks.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa bahan komposit (atau komposit) adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisika dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Jika perpaduan ini terjadi dalam skala makroskopis, maka disebut sebagai komposit. Sedangkan jika perpaduan ini bersifat mikroskopis (molekular level), maka disebut sebagai alloy (paduan). Komposit berbeda dengan paduan, untuk menghindari kesalahan dalam pengertiannya, oleh Van Vlack (1994) menjelaskan bahwa alloy (paduan) adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih dimana bahan-bahan tersebut terjadi peleburan sedangkan komposit adalah kombinasi terekayasa dari dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat seperti yang diinginkan dengan cara kombinasi sistematik pada kandungan-kandungan yang berbeda tersebut.

2.2. Tujuan dibentuknya komposit
Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut :
1. Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu
2. Mempermudah design yang sulit pada manufaktur
3. Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya
4. Menjadikan bahan lebih ringan



2.3. Bagian-bagian utama dari komposit
2.3.1 Reinforcement
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.

Gambar 1. Ilustrasi reinforcement pada komposit

Berdasarkan bentuk dari reinforcement-nya, komposit dapat dibedakan menjadi :

Gambar 2. Pembagian komposit berdasarkan bentuk dari reinforcement-nya

Adapun ilustrasi dari komposit berdasarkan reinforcement-nya dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3 Ilustrasi komposit berdasarkan reinforcement-nya


a. Partikel sebagai penguat (Particulate composites)
Keuntungan dari komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel:
a) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah
b) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan kekerasan material
c) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan menghalangi pergerakan dislokasi.

Proses produksi pada komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel:
a) Metalurgi Serbuk
Metalurgi serbuk adalah metode yang terus dikembangkan dari proses manufaktur yang dapat mencapai bentuk komponen akhir dengan mencampurkan serbuk secara bersamaan dan dikompaksi dalam cetakan, dan selanjutnya disinter didalam dapur. Tahapan metalurgi serbuk meliputi pencampuran, penekanan dan sintering. Pencampuran adalah menggabungkan 2 bahan serbuk atau lebih agar lebih homogen. Penekanan adalah salah satu cara untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk tertentu yang sesuai dengan cetakannya. Sintering merupakan teknik untuk memproduksi material dengan densitas yang terkontrol dan komponen logam dan atau serbuk keramik dengan aplikasi termal.
b) Stir Casting
c) Infiltration Process
d) Spray Deposition
e) In-Situ Process

Panjang partikel dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut :
1) Large particle
Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana interaksi antara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik atau molekular. Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi merata. Contoh dari large particle composite adalah cemet dengan sand atau gravel, cemet sebagai matriks dan sand sebagai atau gravel, cemet sebagai matriks dan sand sebagai partikel, Sphereodite steel (cementite sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-Base Cermet (oksida logam sebagai partikulat).


a
b
Gambar 4. a. Flat flakes sebagai penguat (Flake composites) b. Fillers sebagai penguat (Filler composites)

2) Dispersion strengthened particle
a) Fraksi partikulat sangat kecil, jarang lebih dari 3%.
b) Ukuran yang lebih kecil yaitu sekitar 10-250 nm.

b. Fiber sebagai penguat (Fiber composites)
Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matrik penyusun komposit.
Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :
a) Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya (matriksnya) namun harus lebih kuat dari bulknya
b) Harus mempunyai tensile strength yang tinggi

Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :

Gambar 5. Parameter fiber dalam pembuatan komposit
Proses produksi pada fiber-carbon yaitu sebagai berikut :
1. Open Mold Process
a. Hand Lay-Up
b. Spray Lay-Up
c. Vacuum Bag Moulding
d. Filament Winding
2. Closed Mold Process
a. Resin Film Infusion
b. Pultrusion

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :
:
Gambar 6. Tipe serat pada komposit

a) Continuous Fiber Composite
Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Jenis komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah lemahnya kekuatan antar antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriksnya.

b) Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)
Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.
c) Discontinuous Fiber Composite (chopped fiber composite)
Komposit dengan tipe serat pendek masih dibedakan lagi menjadi :
1) Aligned discontinuous fiber
2) Off-axis aligned discontinuous fiber
3) Randomly oriented discontinuous fiber

Randomly oriented discontinuous fiber merupakan komposit dengan serat pendek yang tersebar secara acak diantara matriksnya. Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah sifat mekanik yang masih dibawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.

Gambar 7. Tipe discontinuous fiber

d) Hybrid fiber composite
Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Pertimbangannya supaya dapat mengeliminir kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
Jenis fiber yang biasa digunakan untuk pembuatan komposit antara lain sebagai berikut :
a) Fiber-glass
Sifat-sifat fiber-glass, yaitu sebagai berikut :
1. Density cukup rendah (sekitar 2,55 g/cc)
2. Tensile strengthnya cukup tinggi (sekitar 1,8 GPa)
3. Biasanya stiffnessnya rendah (70GPa)
4. Stabilitas dimensinya baik
5. Resisten terhadap panas dan dengin
6. Tahan korosi
7. Komposisi umum adalah 50-60% SiO2 dan paduan lain yaitu Al, Ca, Mg, Na, dan lain-lain.

Keuntungan dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :
1. Biaya murah
2. Tahan korosi
3. Biayanya relatif lebih rendah dari komposit lainnya
4. Biasanya digunakan untuk piing, tanks, boats, alat-alat olahraga
Kerugian dari penggunaan fiber-glass yaitu sebagai berikut :
1. Kekuatannya relatif rendah
2. Elongasi tinggi
3. Kekuatan dan beratnya sedang (moderate)

Jenis-jenisnya antara lain :
1. E-glass
2. C-glass
3. S-glass
Tabel 1. Sifat-sifat dari jenis-jenis fiber-glass


Tabel 2. Komposisi senyawa kimia fiber-glass


b) Fiber-nylon
Sifat-sifat fiber-nylon, yaitu sebagai berikut :
1. Dibuat dari polyamide
2. Lebih kuat, lebih ringan, tidak getas dan tidak lebih kaku dari karbon
3. Contoh merek nylon yaitu Kevlar (DuPont) dan Kwaron (Akzo)

c) Fiber-carbon
Sifat-sifat fiber-carbon, yaitu sebagai berikut :
1. Densitas karbon cukup ringan yaitu sekitar 2,3 g/cc.
2. Struktur grafit yang digunakan untuk membuat fiber berbentuk seperti kristal intan.
3. Mempunyai karakteristik yang ringan, kekuatan yang sangat tinggi, kekakuan (modulus elastisitas) tinggi.
4. Memisahkan bagian yang bukan karbon melalui proses
5. Terdiri dari + 90% karbon
6. Dapat dibuat bahan turunan : grafit yang kekuatannya dibawah serat karbon
7. Diproduksi dari Polyacrylnitril (PAN), melalui tiga tahap proses, yaitu sebagai berikut:
a. Stabilisasi = Peregangan dan oksidasi.
b. Karbonisasi = Pemanasan untuk mengurangi O, H, N
c. Grafitisasi = Meningkatkan modulus elastisitas.

Tabel 3. Kelebihan Versus Kekurangan
Fiber Kelebihan Kekurangan
Fiber-glass 1. Kekuatan tinggi
2. Relatif murah Kurang elastis
Fiber-carbon 1. Kuat hingga sangat kuat
2. Stiffness(kuat+keras) besar
3. Koefisien pemuaian kecil
4. Menahan getaran 1. Agak getas
2. Nilai peregangan kurang
3. Agak mahal
Fiber-graphite 1. Lebih stiffness dari Carbon
2. Lebih ulet Kurang kuat disbanding Carbon
Fiber-nylon(aramid) 1. Agak stiff (kuat+keras) & sangat ulet
2. Tahan terhadap benturan
3. Kekuatanya besar (lebih kuat dari baja)
4. Lebih murah dari carbon 1. Kekutan tekan lebih rendah dari carbon
2. Ketahanan panas lebih rendah dari carbon (hingga 180*C)

Hybride Fiber (kombinasi dari berbagai jenis serat)
1) Glass Versus Carbon
a) Meningkatkan shock resistence (tahan benturan)
b) Meningkatkan fracture resistence (tahan patahan/ulet)
c) Mengurangi biaya

2) Glass Versus Nylon
a) Menigkatkan kekuatan tekan
b) Memperbaiki pemrosesan (manufaktur)
c) Mengurangi biaya
3) Carbon Versus Nylon
a) Meningkatkan kekuatan tarik
b) Meningkatkan kekuatan tekan
c) Meningkatkan kekuatan pada pembengkokan

c. Fiber sebagai sturktural (Structute composites)
Komposit struktural dibentuk oleh reinforce- reinforce yang memiliki bentuk lembaran-lembaran. Berdasarkan struktur, komposit dapat dibagi menjadi dua yaitu struktur laminate dan struktur sandwich, ilustrasi dari kedua struktur komposit tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.


a b
Gambar 8. Ilustrasi komposit berdasarkan Strukturnya : a. Struktur laminate b. Sandwich panel
1) Laminate
Laminate adalah gabungan dari dua atau lebih lamina (satu lembar komposit dengan arah serat tertentu) yang membentuk elemen struktur secara integral pada komposit. Proses pembentukan lamina ini menjadi laminate dinamakan proses laminai. Sebagai elemen sebuah struktur, lamina yang serat penguatnya searah saja (unidirectional lamina) pada umumnya tidak menguntungkan karena memiliki sifat yang buruk. Untuk itulah struktur
komposit dibuat dalam bentuk laminate yang terdiri dari beberapa macam lamina atau lapisan yang diorientasikan dalam arah yang diinginkan dan digabungkan bersama sebagai sebuah unit struktur. Mikrostruktur lamina dan jenis-jenis dari arah serat dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 9. Mikrostruktur lamina


Gambar 10. Jenis-jenis dari fiber reinforced composites

Terdapat beberapa lamina, yaitu:
a) Continous fiber laminate, lamina jenis ini mempunyai lamina penyusun dengan serat yang tidak terputus hingga mencapai ujung-ujung lamina. Continous fiber laminate terdiri dari :
1. Unidirectional laminate (satu arah), yaitu bentuk laminate dengan tiap lamina mempunyai arah serat yang sama. Kekuatan terbesar dari komposit lamina ini adalah searah seratnya.
2. Crossplien quasi-isotropoic (silang), lamina ini mempunyai susunan serat yang saling silang tegak lurus satu sama lain antara lamina.
3. Random/woven fiber composite, lamina ini mempunyai susunan serat.
b) Discontinous fiber composite, berbeda dengan jenis sebelumnya maka laminate ini pada masing-masing lamina terdiri dari potongan serat pendek yang terputus dan mempunyai dua jenis yaitu :
1. Short Alighned Fiber, potongan serat tersusun dalam arah tertentu, sesuai dengan keperluan setiap lamina.
2. In-Plane Random Fiber, potongan serat disebarkan secara acak atau arahnya tidak teratur.
2) Sandwich panels
Komposit sandwich merupakan salah satu jenis komposit struktur yang sangat potensial untuk dikembangkan. Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite (metal sheet) sebagai kulit permukaan (skin) serta meterial inti (core) di bagian tengahnya (berada di antaranya). Core yang biasa dipakai adalah core import, seperti polyuretan (PU), polyvynil Clorida (PVC), dan honeycomb.Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian tengah diantara kedua skin dipasang core.
Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga dipertimbangkan. Dengan menggunakan material inti yang sangat ringan, maka akan dihasilkan komposit yang mempunyai sifat kuat, ringan, dan kaku. Komposit sandwich dapat diaplikasikan sebagai struktural maupun non-struktural bagian internal dan eksternal pada kereta, bus, truk, dan jenis kendaraan yang lainnya.

Gambar 11. Structural composites sandwich panels
2.3.2. Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :
a) Mentransfer tegangan ke serat.
b) Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat.
c) Melindungi serat.
d) Memisahkan serat.
e) Melepas ikatan.
f) Tetap stabil setelah proses manufaktur.


Gambar 12. Ilustrasi matriks pada komposit

Berdasarkan bentuk dari matriks-nya, komposit dapat dibedakan menjadi :

Gambar 13. Klasifikasi komposit Berdasarkan bentuk dari matriks-nya


Gambar 14. Matriks dari beberapa tipe komposit

a. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
• Komposit ini bersifat :
1) Biaya pembuatan lebih rendah
2) Dapat dibuat dengan produksi massal
3) Ketangguhan baik
4) Tahan simpan
5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat
6) Kemampuan mengikuti bentuk
7) Lebih ringan.
• Keuntungan dari PMC :
1) Ringan
2) Specific stiffness tinggi
3) Specific strength tinggi
4) Anisotropy
• Aplikasi dari PMC :
1) Bathroom furniture
2) Aerospace
3) Construction material


Jenis polimer yang banyak digunakan :
1) Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastic yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh ari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).
2) Thermoset
Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI).

Aplikasi PMC, yaitu sebagai berikut :
1) Matrik berbasis poliester dengan serat gelas
a) Alat-alat rumah tangga
b) Panel pintu kendaraan
c) Lemari perkantoran
d) Peralatan elektronika.
2) Matrik berbasis termoplastik dengan serat gelas = Kotak air radiator
3) Matrik berbasis termoset dengan serat carbon
a) Rotor helikopter
b) Komponen ruang angkasa
c) Rantai pesawat terbang




b. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace.

• Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC :
1) Transfer tegangan dan regangan yang baik.
2) Ketahanan terhadap temperature tinggi
3) Tidak menyerap kelembapan.
4) Tidak mudah terbakar.
5) Kekuatan tekan dan geser yang baik.
6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik

• Kekurangan MMC :
1) Biayanya mahal
2) Standarisasi material dan proses yang sedikit

• Matrik pada MMC :
1) Mempunyai keuletan yang tinggi
2) Mempunyai titik lebur yang rendah
3) Mempunyai densitas yang rendah
Contoh : Almunium beserta paduannya, Titanium beserta paduannya, Magnesium beserta paduannya.
• Proses pembuatan MMC :
1) Powder metallurgy
2) Casting/liquid ilfiltration
3) Compocasting
4) Squeeze casting
• Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut :
1) Komponen automotive (blok-silinder-mesin,pully,poros gardan,dll)
2) Peralatan militer (sudu turbin,cakram kompresor,dll)
3) Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang)
4) Peralatan Elektronik

c. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satuproses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat).

• Matrik yang sering digunakan pada CMC adalah :
1) Gelas anorganic.
2) Keramik gelas
3) Alumina
4) Silikon Nitrida
• Keuntungan dari CMC :
1) Dimensinya stanil bahkan lebih stabil daripada logam
2) Sangat tanggung , bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron
3) Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus
4) Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi
5) Tahan pada temperatur tinggi (creep)
6) Kekuatan & ketangguhan tinggi, dan ketahanan korosi
• Kerugian dari CMC
1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar
2) Relative mahal dan non-cot effective
3) Hanya untuk aplikasi tertentu

• Aplikasi CMC, yaitu sebagai berikut :
1) Chemical processing = Filters, membranes, seals, liners, piping, hangers
2) Power generation = Combustorrs, Vanrs, Nozzles, Recuperators, heat exchange tubes, liner
3) Wate inineration = Furnace part, burners, heat pipes, filters, sensors.
4) Kombinasi dalam rekayasa wisker SiC/alumina polikristalin untuk perkakas potong.
5) Serat grafit/gelas boron silikat untuk alas cermin laser.
6) Grafit/keramik gelas untuk bantalan,perapat dan lem.
7) SiC/litium aluminosilikat (LAS) untuk calon material mesin panas.

2.4. Properties Bahan Komposit
Kemajuan kini telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap bahan komposit. Perkembangan bidang sciences dan teknologi mulai menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Bidang angkasa lepas, perkapalan, automobile dan industri pengangkutan merupakan contoh aplikasi yang memerlukan bahan-bahan yang berdensity rendah, tahan karat, kuat, kokoh dan tegar. Dalam kebanyakan bahan konvensional seperti keluli,walaupun kuat ianya mempunyai density yang tinggi dan rapuh. Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh :
a. Material yang menjadi penyusun komposit
Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.
b. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun
Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.
c. Interaksi antar penyusun
Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.

2.5. Kelebihan Bahan Komposit
Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan (reliability), kebolehprosesan dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini :
a. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal
Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.
1) Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar.
2) Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon.
3) Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisa yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. Bahan komposit sebaiknya mempunyai rintangan terhadap kakisan yang baik.
4) Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid.
5) Massa jenis rendah (ringan)
6) Lebih kuat dan lebih ringan
7) Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan
8) Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas.
9) Koefisien pemuaian yang rendah
10) Tahan terhadap cuaca
11) Tahan terhadap korosi
12) Mudah diproses (dibentuk)
13) Lebih mudah disbanding metal

b. Biaya
Faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya.


2.6. Kekurangan Bahan Komposit
Ada beberapa kekurangan yang dimiliki oleh material komposit ini, antara lain:
a. Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan dengan metal.
b. Kurang elastis
c. Lebih sulit dibentuk secara plastis

2.7. Kegunaan Bahan Komposit
Penggunaan bahan komposit sangat luas, yaitu untuk :
a) Pesawat terbang dan militer
• Komposit digunakan untuk mereduksi berat dari pesawat untuk meningkatkan kecepatan dan daya tahan.
• Pertama kali digunakan tahun 1969 pada pesawat tempur jenis F-14 pada bagian horizontal stabilizer.



• Pada pesawat komersil, komposit mulai digunakan tahun 1980an pada pesawat airbus A310
• Penggunaan bahan komposit pada bagian vertical stabilizer pada pesawat ini, lebih ringan hingga 400kg dibandingkan dengan bahan aluminum.
• Pada boing 777, 10% dari berat strukturnya berasal dari fiber-reinforced epoxy dan 50% dari aluminum alloy.
• Fiber-reinforced polymer juga digunakan pada baling-baling dari helikopter, yang jauh lebih ringan dari aluminum dan juga lebih mampu menahan getaran dari baling-baling



b. Aplikasi luar angkasa
• Pada umumnya, fiber-reinforced polymer digunakan untuk komponen-komponen kecil, seperti solar array, antena, optical platform, dll.
• Carbon fiber-reinforced epoxy tube digunakan untuk membangun rangka struktur dari low earth orbit satelite.
• Struktur ini mendukung untuk optical bench, solar array panel, antenna reflector dan modul-modul lainnya.


c. Bidang otomotif
Pada industri otomotif, penggunaan fiber-reinforced composit bisa dibagi 3:
 Komponen bodi
 Komponen chassis
 Komponen mesin
Pengaplikasiannya komponen bodi tersebut antara lain :
• Pada bagian luar, kap mesin dan pintu harus mempunyai kekuatan dan kemampuan menahan benturan.
• Material yang digunakan adalah penguat fiber E-glass sheet molding compound (SMC) composite.
• E-glass fiber digunakan karena jauh lebih murah daripada serat karbon
• Serat karbon hanya digunakan untuk kebutuhan balap (extrem),yang butuh daya tahan yang sangat tinggi



d. Peralatan olahraga
• Fiber-reinforced digunakan agar peralatan olahraga tersebut lebih ringan, tahan getaran, dan desainnya bisa lebih fleksible
• Pada sepeda balap, penggunaan serat karbon berhasil menurunkan bobot dari 9 kg (tahun 1980an) menjadi hanya 1,1kg (tahun 1990an).
• Untuk mengurangi ongkos,serat karbon biasanya dicampur dengan serat kaca atau dengan kevlar 49



e. . Kapal Laut
• Glass fiber-reinforced polyester pada umumnya digunakan untuk bermacam tipe dari kapal.
• Carbon fiber-reinforced epoxy biasanya hanya digunakan untuk keperluan racing boat/balap



f. Infrastruktur
• Penguat dengan serat fiber sangat berpotensi untuk menggantikan beton dan baja pada jembatan, bangunan dan berbagai infrastruktur lainnya.
• Hal ini dikarenakan material komposit ini lebih tahan terhadap korosi ,mempunyai daya tahan lebih lama dan rendah biaya perawatan.



g. Kesehatan (kaki palsu, Sambungan sendi pada pinggang dan lain-lain.)

.



2.8 Contoh material komposit
1. Plastik diperkuat fiber:
a. Diklasifikasikan oleh jenis fiber :
1) Wood (cellulose fibers in a lignin and hemicellulose matrix)
2) Carbon-fibre reinforced plastic atau CRP
3) Glass-fibre reinforced plastic atau GRP (informally, "fiberglass")
b. Diklasifikasikan oleh matriks:
1) Komposit Thermoplastik
a) long fiber thermoplastics or long fiber reinforced thermoplastics
b) glass mat thermoplastics
2) Thermoset Composites
2. Metal matrix composite MMC:
a. Cast iron putih
b. Hardmetal (carbide in metal matrix)
c. Metal-intermetallic laminate
3. Ceramic matrix composites:
a. Cermet (ceramic and metal)
b. concrete
c. Reinforced carbon-carbon (carbon fibre in a graphite matrix)
d. Bone (hydroxyapatite reinforced with collagen fibers)
4. Organic matrix/ceramic aggregate composites
a. Mother of Pearl
b. Syntactic foam
c. Asphalt concrete
5. Chobham armour (lihat composite armour)
6. Engineered wood
a. Plywood
b. Oriented strand board
c. Wood plastic composite (recycled wood fiber in polyethylene matrix)
d. Pykrete (sawdust in ice matrix)
7. Plastic-impregnated or laminated paper or textiles
a. Arborite
b. Formica (plastic)

2.9. Prospek Komposit Sebagai Trend Teknologi Masa Depan
Dengan perkembangan teknologi saat ini diperlukan suatu pengembangan metoda baru yang bisa menawarkan solusi teknik yang mengedepankan kemampuan sistem. Saat ini telah dikembangkan suatu metode komposit yang dikenal sebagai metode substitusi material.
Teknik dari Proses pembuatan Komposit sangat menarik, dikendalikan oleh kondisi-kondisi proses, penyusupan logam yang terjadi secara spontan, tanpa bantuan ruang hampa bertekanan. Dan ini merupakan metode yang paling hemat untuk memproduksi komposit. Teknologi pembuatan Komposit memiliki kemudahan dalam fabrikasi sehingga biayanya menjadi lebih murah. Terutama bila kita bandingkan dengan metode lainnya.
Produk material yang ulet dan material yang kuat dan tangguh adalah logis ada suatu pemikiran dan usaha menggabungkan kedua material tersebut untuk dijadikan suatu material yang baru yaitu komposit melalui proses pembuatan komposit. Hasil komposit yang diperoleh dengan proses pembuatannya mempunyai ketangguhan yang tinggi dan daya tahan goncangan yang berhubungan dengan panas yang baik seperti kekakuan, tahan aus dan stabil pada temperatur tinggi. Proses fabrikasi komposit ini dapat diaplikasikan pada berbagai komponen mesin seperti ; gas turbin, mesin roket, mesin piston, penukar panas, dapur temperatur tinggi, struktur pasawat terbang dan kemasan elektronik.



















BAB III
PENUTUP

3.1. Kesimpulan
• Komposit merupakan gabungan dari beberapa material pembentuk yang berupa matrik dengan seratnya yang bertujuan untuk mendapatkan kekuatan dan nilai fungsi yang lebih baik.
• Matrik komposit terdiri dari 3 jenis secara umum, yaitu :
 ceramic matrik composite,
 metal matrik composite
 polimer matrik composite
• berdasarkankan penguatannya matrik secara umum terdiri dari 3 jenis, yaitu :
 partikel reinforced
 fiber reinforced
 structural reinforced
• komposit ini telah banyak diaplikasikan pada berbagai bidang, mulai dari kebutuhan harian hingga industry besar.

3.2. Saran
Mungkin pada suatu saat nanti kita biasa mengembangkan penemuan material pembuat komposit baru yang dengan kemampuan yang baik dan juga mempunyai nilai ekonomis yang baik juga, sehingga aplikasi pada kehidupan nyata pun akan menekan biaya yang biasanya lebih tinggi untuk pembuatan komposit. Dan diharapkan juga untuk pemaksimalan penggunaan serat alam yang lebih ramah terhadap lingkungan.

Perlakuan Serat Komposit

LAPORAN PRESENTASI
KOMPOSIT
“PERLAKUAN SERAT”



DOSEN : DR.-ING H. HAIRUL ABRAL














OLEH :
M. FADLI WAHYUDI 06171076
FAUZI FAZZIRINSHAH S 07171006
RIKI JOSE SATRIA 07171008





JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG, 2011

DAFTAR ISI


1.1 Tujuan dan manfaat perlakuan serat................................................. .. 1
1.2 Teori Tentang Komposit..................................................................... 1
1.3 Perlakuan Serat Sintetis....................................................................... 2
1.4 Perlakuan Serat Alam ....................................................................... 4

























PERLAKUAN SERAT


1.1 Tujuan dan manfaat perlakuan serat
Tujuan perlakuan serat :
Meningkatkan ikatan antara fiber dan matriks sehingga dapat meningkatkan sifat mekanik komposit seperti kekuatan tarik, kekuatan bending, dan modulus elastik
Manfaat :
Mendapatkan komposit yang memiliki sifat mekanik yang lebih baik

1.2 Teori Tentang Komposit
Pada umumnya bentuk dasar suatu bahan komposit adalah tunggal dimana merupakan susunan dari paling tidak terdapat dua unsur yang bekerja bersama untuk menghasilkan sifat-sifat bahan yang berbeda terhadap sifat-sifat unsur bahan penyusunnya. Dalam prakteknya komposit terdiri dari suatu bahan utama (matrik – matrix) dan suatu jenis penguatan (reinforcement) yang ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan matrik. Penguatan ini biasanya dalam bentuk serat (fibre, fiber).
Secara umum, sifat-sifat komposit ditentukan oleh:
1. Sifat-sifat serat
2. Sifat-sifat resin
3. Rasio serat terhadap resin dalam komposit (Fraksi Volume Serat – Fibre Volume Fraction)
4. Geometri dan orientasi serat pada komposit
Serat kaca (glass fibre) adalah material yang umum digunakan sebagai serat. Namun, teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat. Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibanding serat kaca tetapi biaya produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon memiliki sifat ringan dan juga kuat. Komposit jenis ini banyak digunakan untuk struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga, dan terus meningkat digunakan sebagai pengganti tulang yang rusak.
Selain serat kaca, polimer yang biasanya menjadi matriks juga dapat dipakai sebagai serat atau penguat. Contohnya, kevlar merupakan serat polimer yang sangat kuat dan dapat meningkatkan toughness dari material komposit. Kevlar dapat digunakan sebagai serat dari produk komposit untuk struktur ringan yang handal, misalnya bagian kritis dari struktur pesawat terbang. Sebenarnya, material komposit bukanlah pengguaan asli dari kevlar. Kevlar dikembangkan untuk pengganti baja pada ban radial dan untuk membuat rompi atau helm antipeluru.
1.3 Perlakuan Serat Sintetis
1. Glass fiber
Tujuan :
 meningkatkan kekuatan ikatan fiber dan matriks melalui ikatan fisik dankimia
 melindungi permukaan serat dari kelembaban dan fluida reaktif.
Perlakuan permukaan serat dengan menggunakan silane dalam larutan, dimana silane dilarutkan ke dalam air, dan terjadi hidrolisis :
R’-Si(OR)3 + 3H2O R’-Si(OH)3 + 3HOR
Silane Air

Sebelum dimasukkan ke dalam larutan silane, permukaan serat harusdibersihkan dan dipanaskan sampai temperatur 340oC selama 15-20 jam.
Berikut contoh bentuk serat kaca :

Gambar 1. Serat kaca
2. Carbon fiber
Meningkatkan ikatan dengan matriks serta meningkatkan surface area dengan menciptakan micropores (lubang2 kecil) sehingga jumlah contact point dari ikatan fiber-matriks lebih banyak.
Contoh aplikasi pada gambar:



Gambar 2. Aplikasi serat karbon
Perlakuan serat karbon terdiri atas 2 tipe :
 Oksidatif, menghasilkan kelompok fungsional asam seperti carboxylic, phenolic dan hydroxylic pada permukaan serat karbon. Dengan menggunakan oksigen atau yang mengandung gas dengan melalui fase oksidasi yang dipanaskan sampai temperatur 250oC
 Non oksidatif, serat dilapisi dengan polimer organik yang memiliki kemampuan bereaksi dengan matriks resin. Contoh polimer coating adalah stryrene-maleic anhydride copolymer dan polyamides, dll.
3. Kevlar fiber
Tujuan : meningkatkan ikatan fiber-matriks
Terdapat 2 metode untuk meningkatkan ikatan Kevlar 49 dengan resin epoxy :
 Filament surface oxidation atau plasma etching, dengan mengurangi kekuatan tarik serat tetapi cendrung meningkatkan kekuatan aksial komposit yang tergantung pada kekuatan interfacial fiber-matriks
 Formation of reactive groups seperti amina (-NH2) pada permukaan serat dimana membentuk ikatan kovalen dengan epoxide group pada bidang permukaan
1.3 Perlakuan Serat Alam
Tujuan dari perlakuan serat alam adalah untuk meningkatkan ikatan antara serat dengan matriks dengan cara menghilangkan lapisan pada serat alam yaitu berupa selulosa, hemiselulosa dan lignin.
1. Serat kelapa sawit
Berikut adalah metodologi pelaksanaan perlakuan alkali terhadap serat komposit.

Pada grafik di bawah ini menunjukkan pengaruh dari perlakuan alkali terhadap kekuatan tarik, regangan serta modulus elastis komposit. Hasilnya menunjukkan bahwa komposit serat sawit yang direndam dengan NaOH selama 2 jam memiliki kekuatan tarik paling tinggi dibandingkan perendaman NaOH 0, 4, 6 dan 8 jam.




2. Serat Rami
a. Perlakuan perendaman serat
 Serat rami yang masih mengandung lignin dan kotoran tersebut dibersihkan dengan menggunakan air. Serat yang sudah bersih direndam di dalam larutan alkali (5% NaOH) dengan variasi waktu perendaman 0, 2, 4, dan 6 jam.
 Selanjutnya serat dinetralkan dari efek NaOH dengan perendaman menggunakan air bersih. Setelah PH rendaman netral (PH = 7), serat ditiriskan hingga kering tanpa sinar matahari.
 Bahan matrik yang digunakan adalah unsaturated poliester (UPRs) 157 BQTN. Hardener yang dipakai adalah MEKPO (metil etil keton peroksida) dengan kadar 1% (v/v). Komposit dibuat dengan metode cetak tekan untuk fraksi volume serat (Vf) sekitar 35%.
Berikut hasil pengujian sifat mekanik komposit rami yang diberi perlakuan bahwa kompsit serat rami yang direndam selama 2 jam memiliki kekuatan dan regangan paling tinggi dibandingkan perendamaan 0, 4, 6 jam.


b. Pengaruh variasi volume serat
Jumlah masing-masing sampel uji sebanyak 6 buah dengan fraksi volume serat, Vf: (10%, 20%, 30%, 40%, 50%). Serat rami yang digunakan berupa serat kontinyu.
Hasil Pengujian menunjukkan bahwa semakin banyak volume serat maka kekuatan tarik dan modulus elastis komposit semakin tinggi. Perbandingan antara komposit yang ditarik secara longitudinal dan transversal memperlihatkan bahwa komposit yang ditarik secara longitudinal memiliki kekuatan tarik dan modulus elastic yang lebih tinggi dibandingkan secara transversal. Hal ini dapat dilihat pada grafik di bawah ini :


3. Serat Pandan dan Batang Pisang
Serat batang pisang dan pandan dicelupkan pada larutan Polipropilena dengan konsentrasi 10, 20, 30 % (%berat) selama 30 menit. Lalu dibiarkan kering dalam udara terbuka. Setelah kering dimasukkan ke dalam hot press pada temperature 170 oC.
Hasil pengujian kekuatan tarik menunjukkan bahwa kekuatan tarik komposit serat pandan lebih tinggi dibanding komposit serat batang pisang.














DAFTAR PUSTAKA
Diharjo, Kuncoro. 2006. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit. Universitas Kristen Petra : Jakarta
Wahono, Bambang. 2008. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Karakteristik Komposit Serat Buah Kelapa Sawit-Poliester. LIPI : Jakarta
http://www.google.com/komposit/perlakuan serat

Mesin jet

Mesin jet adalah sebuah jenis mesin pembakaran dalam menghirup udara yang sering digunakan dalam pesawat. Prinsip seluruh mesin jet pada dasarnya sama; mereka mempercepat massa (udara dan hasil pembakaran) ke satu arah dan dari hukum gerak Newton ketiga mesin akan mengalami dorongan ke arah yang berlawanan. Yang termasuk mesin jet antara lain turbojet, turbofan, rocket, ramjet, dan pump-jet.

Mesin ini menghirup udara dari depan dan mengkompresinya. Udara digabungkan dengan bahan bakar, dan dibakar. Pembakaran menambah banyak peningkatan energi dari gas yang kemudian dibuang ke belakang mesin. Proses ini mirip dengan siklus empat-gerak, dengan induksi, kompresi, penyalaan, dan pembuangan terjadi secara berkelanjutan. Mesin menghasilkan dorongan karena percepatan udara yang melaluinya; gaya yang sama dan berlawanan yang dihasilkan adalah dorongan bagi mesin.

Mesin jet mengambil massa udara yang relatif sedikit dan mempercepatnya dengan jumlah yang besar, di mana sebuah pendorong mengambil massa udara secara besar dan mempercepatnya dalam jumlah kecil. Pembuangan kecepatan tinggi dari mesin jet membuatnya efisien pada kecepatan tinggi (terutama kecepatan supersonik) dan ketinggian tinggi. Pada pesawat pelan dan yang membutuhkan jarak terbang pendek, pendorong yang menggunakan turbin gas, yang umumnya dikenal sebagai turboprop, lebih umum dan lebih efisien. Pesawat sangat kecil biasanya menggunakan mesin piston untuk menjalankan pendorong tetap turboprop kecil semakin lama semakin kecil dengan berkembangnya teknologi teknik.

Efisiensi pembakaran sebuah mesin jet, seperti mesin pembakaran dalam lainnya, dipengaruhi besar oleh rasio volume udara yang dikompresi dengan volume pembuangan. Dalam mesin turbin kompresi udara dan bentuk "duct" yang melewati ruang pembakaran mencegah aliran balik dari situ dan membuat pembakaran berkelanjutan dimungkinkan dan proses pendorongan.

Mesin turbojet modern modular dalam konsep dan rancangan. Inti penghasilan-tenaga utama, sama dalam seluruh mesin jet, disebut sebagai generator gas. Dan juga modul tambahan lainnya seperti gearset pengurang dorongan (turboprop/turboshaft), kipas lewat, dan "afterburner". Jenis alat tambahan dipasang berdasarkan penggunaan pesawat.

Sejarah pengembangan mesin jet

Mesin jet sebenarnya diawali ketika seorang insinyur Perancis, Rene Lorin pertama kali mengajukan paten bagi mesin propulsi jetnya pada tahun 1913. Mesin yang dipatenkan adalah mesin athodyd (aero-thermodynamic-duct) yang tidak memiliki bagian berputar atau lebih populer dengan sebutan mesin pulse jet. Mesin tipe inilah yang kemudian dikembang dan dijadikan mesin tenaga utama pendorong bom terbang Jerman, V-1 yang dipakai untuk mengebom Inggris.

Sayangnya konsep mesin Lorin kurang cocok bagi pesawat berpropulsi jet karena tidak efisien dalam kecepatan rendah. Sementara pada zaman Lorin, belum memungkinkan membuat mesin semacam itu. Lagipula, belum diperkenalkan bahan tahan panas yang dibuat dan dikembangkan. Mesin type Lorin ini memiliki konsep yang serupa dengan mesin ramjet yang kemudian diperkenalkan.

Selanjutnya, seorang perwira Angkatan Udara Kerajaan Inggris (Royal Air Force/RAF), Frank Whittle kemudian seorang mahasiswa aerodinamika Universitas Gottingen, Hans von Ohain (Jerman) serta insinyur Italia, Secondo Campini mengembangkan mesin jet yang kemudian prinsip dan konsepnya dikenal pada masa-masa sekarang yakni menggunakan komponen-komponen berputar seperti kompresor dan turbin.

Sejarah mencatat bahwa Frank Whittle mengajukan paten pada tahun 1930 namun awalnya kurang mendapat perhatian dari Kementerian Udara Inggris. Akibatnya, penemuan Whittle tidak menjadi rahasia militer dan detaik konsep mesin jetnya bocor serta dimuat di berbagai jurnal ilmiah dan teknologi 1,5 tahun kemudian. Namun atas jasa mantan rekannya di RAFserta pembiayaan untuk pengembangan dari O.T. Falk & Partners Ltd. maka Whittle membentuk perusahaan Power Jets yang akhirnya berhasil mengembangkan mesin jet dan mendapat kontrak di Angkatan Udara Inggris. Mesinnya berupa type W-1X yang kemudian ditahun 1942 diminta lisensinya oleh Amerika Serikat.

Mesin type W-1X inilah diujicoba pertama kali pada bulan Desember 1940 kemudian dimodifikasi dan dinyatakan layak untuk digunakan sebagai tenaga dalam pesawat udara. Pesawat bermesin jet Inggris pertama kali diterbangkan oleh pilot uji Gerry Sayer pada tanggal 15 Mei 1941 dengan pesawat Gloster E.28/39.

Secondo Campini dari Italia membuat mesin jet pada tahun 1933 dan bergabung dengan perancang pesawat Giavasi Caproni membuat pesawat CC-2 bermesin jet yang terbang perdana pada tanggal 27 Agustus 1940. Media massa Italia mencatatnya sebagai pesawat terbang jet pertama di dunia.

Hans von Ohain mendaftarkan paten rancangan mesin jetnya pada tahun 1935. Meski kemudian mesinnya dianggap serupa dengan konsep Whittle, namun terdapat banyak detil perbedaan dalam mesin rancangannya. Kemudian salah seorang profesornya yang kenal Ernst Heinkel, pemilik perusahaan industri pesawat Heinkel meminta agar Hans von Ohain dilibatkan dalam proyek membuat mesin pesawat. Pada bulan Maret 1937, sebuah mesin berdaya dorong 550 pon berhasil dibuatnya, kemudian mesin berdaya dorong 1.980 pon yang kemudian dianggap kurang berhasil serta mesin berdaya dorong 1.100 pon yang penuh modifikasi yang kemudian dibuat untuk pesawat Heinkel He. 178 yakni mesin turbojet HeS-3b. Pada tanggal 27 Agustus 1939, pesawat Heinkel He-178 kemudian sukses melakukan terbang perdananya di landasan Marienehe dengan pilot uji Luftwaffe (AU Jerman), Eric Warsitz. Pengembangan mesin dan pesawat jet yang pertama di dunia ini dirahasiakan oleh Nazi guna kepentingan militernya. Lima hari kemudian pada tanggal 1 September 1939, tentara Hitler menyerang Polandia yang menjadi awal Perang Dunia II. Kerahasiaan inilah yang membuat pandangan umum di dunia bahwa Italia dan Inggris sebagai perintis dalam teknologi mesin jet.

Di Asia, Jepang mulai melirik mesin jet untuk kepentingan penerbangan terutama militernya pada tahun 1937 saat Jepang membeli mesin Brown-Boveri yang dilengkapi turbocharger dari Swiss. Dari dasar inilah, tidak mengeherankan setelah mendapatkan dari sekutunya, Jerman berupa rancangan pesawat tempur Messerschmicht Me-262, Jepang mengembangkan mesin jet Ne-20 untuk mentenagai pesawat jet tempur pertamanya Kikka, yang mirip dengan jet tempur Jerman tersebut.

Sementara Rusia/Uni Soviet disebut-sebut mendapatkan teknologi mesin jet setelah pesawat tempur jet Jerman jatuh ketangannya, serta bantuan dari Inggris berupa mesin jet Rolls-Royce Nene. Mesin inilah yang dikembangkan Uni Soviet yang kemudian digunakan dalam pesawat tempur jet MiG-15 Fagot yang dipakai dalam Perang Korea yang berkemampuan cukup mematikan.

Amerika Serikat mendapatkan paten/lisensi mesin jet dari Inggris rancangan Frank Whittle, W-1X. Hal ini tidak terlepas dari peran Mayor Jenderal H.H. Arnold, Deputy Chief-of-Staff for Air yang dikemudian memegang pimpinan US Army Air Forces dalam Perang Dunia II, juga dikenal sebagai Bapak dari United States Air Force (USAF) yang saat itu diundang oleh Kementrian Udara Inggris dalam penerbangan perdana pesawat mesin jet-nya. Jendral Arnold kemudian mendesak pemerintah segera mempercepat Amerika Serikat untuk memasuka abad jet, tanpa ragu kemudian ia menunjuk pabrik General Elecric (GE) untuk melakukan riset teknologinya, mengingat GE dalam riset teknologi turbin dan pengalaman pada 1917-1941 dengan turbo-supercharger. Sementara pabrik mesin lainnya, Pratt & Whitney] dan Wright tatakala itu sudah terlalu padat dengan kontrak militer sehingga tidak dilibatkan. Program ini sangat rahasia dan bahkan rancangan dokumen tersebut diserahkan Arnold kepada Wakil Presiden GE, R.C. Muir dalam suatu rapat rahasia.

Berdasarkan rancangan mesin type W-1X inilah, AS mengembangkan mesin Type I-A yang disebut dengan sebutan kamuflase Type I (eye) supercharger components. Semua orang di GE hanya mengetahui pabriknya sedang membuat turbosupercharger raksasa yang lebih kuat. Mesin jet pertama Amerika ini diujicoba pertama kali pada 18 Maret 1942 namun mengecewakan. GE kemudian mengadakan perbaikan dan modifikasi sehingga sebulan kemudian, 1 April 1942, mesin ini diujicoba dengan memuaskan.

Kerahasiaan proyek Type I-A menyentuh Frank Whittle yang kemudian tiba di Amerika Serikat pada Juni 1942 guna memberi nasihat dan saran sebelum mesin dipasang pada pesawat jet pertama AS, Bell XP-49A. Pesawat ini kemudian diujiterbangkan pertama kali pada tanggal 2 Oktober 1942 diatas Muroc Dry Lake, California yang kemudian dikenal sebagai Edwards Air Force Base. Namun karena proyek ini adalah proyek rahasia, pesawat Bell XP-59A ini kemudian diberi propeler atau baling-baling tipuan (dummy) pada hidung pesawat sehingga banyak yang menyangka pesawat ini adalah pesawat bermesin tunggal konvensional.

Mesin Turbojet Nuklir

Enam tahun setelah pemboman nuklir pertama di Hiroshima dan Nagasaki, sebuah proyek rahasia diluncurkan dari badan nuklir AS (Atomic Energy Commission/AEC) dan Angkatan Udara Amerika Serikat yang pelaksanaannya ditugaskan kepada GE yang kemudian bersekutu dengan pabrik pesawat Convair untuk mempelajari dalam kurun waktu lima tahun apakah pesawat udara bertenaga mesin jet nuklir dapat dibuat.

GE kemudian membentuk Departemen Propulsi Nuklir (Aircraft Nuclear Propulsion Department/ANPD) yang menangani proyek ambisius Amerika Serikat dalam kompleks Evendale yang dijaga secara ketat untuk menjamin kerahasiaannya. Pesaingnya Pratt & Whitney (P & W) berkongsi dengan pabrik pesawat Lockheed (kini Lockheed Martin) tidak ketinggalan menyelenggarakan proyek yang sama meski tidak ditunjuk pemerintah AS.

Proyeknya diberi sandi X211 dibawah kendali Bruno Bruckmann, seorang veteran mesin jet Jerman dalam Perang Dunia II, juga orang kedua dalam pabrik Bavarian Motor Works (BMW) yang membuat berbagai mesin pesawat terbang termasuk mesin jet untuk Angkatan Udara Jerman dalam perang. Teknisi lain yang dilibatkan adalah Hans von Ohain, ahli roket Jerman Werner von Braun dan Peter Kappus (yang kemudian menjadi ahli mesin jet GE dan yang mengkonsep sistem lepas landas dan mendarat secara vertikal/Vertical Take-off Landing atau VTOL). Teknisi-teknisi Jerman tersebut dibawa ke Amerika dalam operasi rahasia yang terkenal dengan Operation Paper Clip guna memperkuat posisi Amerika Serikat dalam bidang teknologi dalam menghadapi Perang Dingin dengan Uni Soviet.

Mesin X211, yang kemudian merupakan mesin raksasa ini, memiliki konsep yang sederhana, yakni mesin turbin gas yang terdiri dari dua mesin dipadukan dalam satu sumber reaktor nuklir yang dilengkapi dengan variable stator compressor. Kemudian pada dasarnya adalah mesin turbojet dengan afterburner. Panjang mesin ini adalah 41 kaki (sekitar 12 meter) dengan afterburner yang dapat menghimpun tenaga dorong sebesar 34.600 pound.

Baik pabrik GE/Convair dan P & W/Lockheed butuh waktu untuk mengembangkan mesin jet nuklir ini, terutama sekali segi keamanan radiasi nuklir yang mungkin ditimbulkannya. Sehingga menjelang tutup tahun 1956 pun belum bisa menyodorkan data apakah memungkinkan atau tidak mesin tersebut dapat mentenagai pembom WS-125.

Angkatan Udara jadi kurang sabar dan mengambil kesimpulan bahwa pesawat pembom WS-125 kurang efektif sebagai pesawat pembom strategis sehingga programnya dibekukan. Namun demikian GE tetap melanjutkan proyek X211 meski tidak ada target penggunaannya. Program X211 akhirnya dihentikan pada tahun 1959. Sementara antara tahun 1956-1959 ada perdebatan dalam Departemen Pertahanan dan Keamanan Amerika Serikat mengenai dana pengembangan pesawat pembom konvensional versus pembom strategis bermesin turbojet nuklir.

Secara resmi proyek mesin jet nuklir ini akhirnya dinyatakan pengembangannya pada tahun 1961, tatkala dana untuk pengembangannya dicoret dari anggaran Angkatan Bersenjata Amerika Serikat. Mesin X-211 pun hanya menjadi bagian sejarah. Proyek ini sebenarnya mencerminkan keseriusan Amerika Serikat yang pada awalnya tertinggal dalam penemuan dan pengembangan mesin jet.

Perkembangan teknologi mesin jet

Mesin jet atau yang juga dikenal sebagai mesin turbin gas juga dikembangkan tidak hanya untuk pesawat terbang tetapi juga untuk kapal dan di darat untuk kendaraan terutama kendaraan berat seperti tank dan mesin-mesin pembangkit listrik dan mesin untuk industri. Ada empat jenis mesin turbojet antara lain mesin turbojet dan turbofan yakni mesin yang tenaganya diperoleh dari reaksi yang didapat dari daya dorong semburan jet-nya. Jenis yang lain adalah turboprop dan turboshaft yang bekerja dengan prinsip lain yakni energi dari gas panasnya digunakan untuk memutar/menggerakkan turbin yang dihubungkan dengan baling-baling atau dikenal juga dengan sebutan power output shaft.

Mesin rekasi jet sederhana kemudian dikembangkan menjadi twin-spool low by pass ratio turbojet. Kini dari turbojet low by-pass ratio, berkembang menjadi triple-spool front fan high by-pass ratio turbojet atau lebih dikenal sebagai high bypass turbofan dan fanjet. Masih berupa konsep adalah mesin prop-fan dan UDF (unducted fan) dan contra rotating-fan.

Mesin turbojet adalah mesin jet yang paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat berkecepatan tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin Rolls-Royce Olypus 593 yang digunakan untuk pesawat Concorde. Versi lain adalah mesin Marine Olympus yang memiliki kekuatan 28.000 hp (daya kuda atau setara dengan 21 MW) yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati 20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi.

Mesin Turbofan

Mesin Turbofan adalah mesin yang umum dari turunan mesin-mesin turbin gas untuk menggerakkan pesawat terbang baik komersial maupun pesawat tempur. Mesin ini sebenarnya adalah sebuah mesin by-pass dimana sebagian dari udara dipadatkan dan disalurkan ke ruang pembakaran, sementara sisanya dengan kepadatan rendah disalurkan sekeliling bagian luar ruang pembakaran. Sekaligus udara tersebut berfungsi untuk mendinginkan suhu ruang pembakaran.

Udara yang di by-pass ini ada yang dicampur dengan udara panas pembakaran pada turbin bagian belakang seperti pada mesin Rolls-Royce Spey yang digunakan pada pesawat Fokker F-28. Ada pula yang disalurkan dengan pipa-pipa halus ke atmosfer. Mesin yang menggunakan type ini contohnya adalah mesin RB211 yang digunakan pada pesawat Boeing B 747 dan GE CF6-80C2 yang digunakan pada pesawat DC-10 serta P &W JT 9D.

Beberapa mesin yang menggunakan jenis mesin turbofan adalah Rolls-Royce Tay pada pesawat Fokker F-100 (yang dijuluki mesin fanjet), mesin Adour Mk871 yang digunakan pada pesawat tempur type Hawk Mk 100 dan Hawk Mk 200, pesawat tempur Jaguar dan Mitsubishi F-1 yang digunakan AU Jepang.

Kemudian mesin high by-pass turbofan yang diterapkan pada mesin CFM56-5C2 yang dipakai oleh pesawat Airbus A340 dan mesin CFM56-3 yang dipakai pada Boeing B-737 serie 300, 400 dan 500 yang merupakan produk bersama antara GE dengan SNECMA dari Perancis.

Pada pesawat militer, mesin turbofan yang diterapkan antara lain adalah mesin TF39-1C yang dipakai pada pesawat angkut raksasa C-5 Galaxy, kemudian GE F110 yang dipakai pada F-16, GE F118 yang bertype non-augmented turbofan yang diterapkan pada pesawat pembom stealth Northrop-Grumman B-2 dan pembom B-1 dengan mesin non augmented turbofan GE F101.

Mesin Turboprop

Mesin Turboprop adalah mesin turbojet dengan turbin tambahan yang dirancang sedemikian rupa untuk menyerap semburan sisa bahan bakar yang sebelumnya menggerakkan kompresor. Pada prakteknya selalu ada sisa semburan gas dan sisa inilah yang dipakai untuk mengerakkan turbin yang dihubungkan ke reduction gear, biasanya terletak di bagian mesin, memutar baling-baling.

Jenis mesin ini irit bahan bakar untuk pesawat berkecepatan rendah/sedang dan terbang rendah (400 mil per jam/30.000 kaki). Melalui teknologi maju, selain irit juga menghasilkan tingkat kebisingan yang rendah dan mampu meluncurkan pesawat degnan kecepatan 400 mil per jam.

Contoh mesin turboprop yang populer adalah mesin Rolls-Royce Dart yang dipakai pada pesawat Britih Aerospace atau BAe (dulu Hawker Siddeley) HS-748 dan Fokker F-27. Kemudian mesin Rolls-Royce Tyne yang digunakan pada pesawat jenis Transall C-160 dan BAe Vanguard.

Mesin jenis ini tenaganya diukur dengan total equivalent horsepower (tehp) atau kilowatt(kW)-shaft horsepower (shp) plus sisa daya dorong. Sebagai contoh, mesin Tyne dengan take-off power 4.985 tehp (3.720 kW) sampai 6.100 tehp (4.550 kW) merupakan mesin turpboprop yang paling kuat dan irit bahan bakar.

Mesin Turboshaft

Mesin Turboshaft sebenarnya adalah mesin turboprop tanpa baling-baling. Power turbin-nya dihubungkan langsung dengan reduction gearbox atau ke sebuah shaft (sumbu) sehingga tenaganya diukur dalam shaft horsepower (shp) atau kilowatt (kW).

Jenis mesin ini umumnya digunakan untuk menggerakkan helikopter, yakni menggerakan rotor utama maupun rotor ekor (tail rotor) selain itu juga digunakan dalam sektor industri dan maritim termask untuk pembangkit listrik, stasiun pompa gas dan minyak, hovercraft, dan kapal.

Contoh mesin ini adalah GEM/RR 1004 bertenaga 900 shp yang diterapkan pada helikopter type Lynx dan mesin Gnome 1.660 shp (1.238 kW) pada helikopter Sea King. Sedangkan versi Industri lain adalah mesin pembangkit listrik 25-30 MW Rolls-Royce RB211 dengan 35.000-40.000 shp.

Contoh lain adalah mesin GE T64 yang dipakai pada helikopter Sikorsy CH-53, pesawat amfibi Shin Meiwa PS-1, G-222 Aeritalia-pesaing CN-235 dan helikopter Lockheed AH-56A.

New Blog

Inilah adalah blog baru yang dibuat untuk menambah pengetahuan kita nantinya..

mudah2an bisa bermanfaat bagi kita semua.........