## Perancangan Ulang Sistem Hidrolik Pada Mesin FFAF Dengan Menggunakan Manifold Sebagai Pengganti Pipa

## Ngarifin dan Yuriadi Kusuma
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jl. Raya Meruya Utara, Kembangan, Jakarta 11650 Email: yuriadi@mercubuana.ac.id
Abstrak -- Mesin FFAF merupakan mesin yang digunakan untuk membuat filter FFAF (Full Fabrics Air  Filter)  yaitu  filter  yang  terbuat  dari  kertas  woven.  Pada  mesin  FFAF  bekerja  3  proses  utama secara berurutan yaitu forming (pembentukan), cooling (pendinginan), dan trimming (pemotongan). Mesin  FFAF  menggunakan  sumber  tenaga  berupa  sitem  hidrolik  untuk  ketiga  proses  tersebut. Pada  awalnya  sistem  hidrolik  pada  mesin  ini  menggunakan  pipa  sebagai  media  transmisi  fluida. Penggunaan  pipa  tersebut  memiliki  kelemahan  antara  lain  memerlukan  tempat  yang  luas  untuk penempatan  pipa-pipa,  kesulitan  dalam  perawatan  dan  perbaikan,  dan  pengurangan  tekanan (head  lose)  karena  panjang  dan  belokan  pipa  serta  rentan  terhadap  kebocoran.  Dari  kelemahan tersebut  penulis  melakukan  perancangan  ulang  sistem  hidrolik  dengan  mengganti  pipa  menjadi manifold yang merupakan penyederhanaan dari sistem pipa yang rumit dan berantakan.
Kata kunci : mesin FFAF, hidrolik, pipa, manifold
Abstract -- FFAF machine is a machine used to make the filter FFAF (Full Fabric Air Filter) which filter  made  from  woven  paper.  In  the  machine  working  FFAF  3  main  processes  in  sequence, namely  forming,  cooling,  and  trimming.  FFAF  machine  using  energy  sources  such  as  hydraulic system for these three processes. At first the hydraulic system on this machine using the pipe as a medium  of  transmission  fluid.  Using    the  pipeline  has  the  disadvantage,  among  others,  require  a large  place  to  the  placement  of  the  pipes,  difficulties  in  maintenance  and  repair,  and  reduced pressure  (head  lose)  because  of  the  length  and  pipe  bends  and  prone  to  leakage.  Based  on  the weakness this paper try to redesign hydraulic system by replacing the pipe into the manifold which is a simplification of a complex system of pipes and messy.
Keywords : FFAF machine, hydraulic , piping, manifold

## 1. PENDAHULUAN
Industri  merupakan  salah  satu  ciri  dari berkembangnya  suatu  negara.  Perkem-bangan teknologi  juga  tidak  dapat  dipungkiri  telah menyokong berkembangnya dunia perindustrian. Dengan berkembangnya teknologi  di  bidang  industri  maka  semakin banyak  aplikasi  penggunaan  sumber  tenaga mekanik,  hidrolik  dan  pneumatik  sebagai bagian  utama  mesin-mesin  produksi.  Sebagai contohnya  penggunaan  sumber  tenaga  hidrolik dalam  indutri  pembuatan  filter,  khususnya  air filter.  Pada  dasarnya  tujuan  dari  perancangan ulang sistem hidrolik dengan mengubah sistem transmisi oli dari pipa menjadi manifold ini tidak lain  untuk  mengambil  keuntungan-keuntungan yang  ada  pada  sistem  yang  lama  dan menghilangkan  kerugian  yang  biasa  muncul, untuk  mendapatkan  sebuah  sistem  yang  lebih baik. Manifold merupakan  sebuah  material logam  yang  berbentuk  balok  yang  dibor sedemikian rupa sehingga dapat menjadi suatu jalur  saluran  transmisi  fluida  hidrolik.  Beberapa hal  yang  mendasar  jika  kita  ingin  merancang
sebuah  sistem  hidrolik,  perhitungan    besar beban  yang  akan  diterima  sistem  secara periodiknya,  langkah  kerja  yang  dipakai  pada silindernya,  besar  diameter  silinder  yang  akan digunakan,  besar  tekanan  yang  ada  pada silinder  tersebut,  berapa  besar  pompa  yang akan  dipakai  sehingga  dapat  mengakomodasi setiap langkah kerja dari sistem tersebut.
Karena  sistem  transmisi  yang  dipakai memakai manifold sebagai  pengganti  pipa, maka  dihitung  pula  tebal  minimum  dari  dinding manifold tersebut sebagai acuan dalam melakukan pengeboran, dengan melihat seberapa besar tekanan  yang bekerja di dalam manifold ,   besar head  loses (h L )  yang terjadi di dalam manifold ,  dengan  melihat  seberapa banyak  belokan  yang  terjadi,  dan  berapa banyak dan jenis katup yang akan terpakai.
Tujuan  dari  perancangan  sistem  hidrolik dengan menggunakan manifold sebagai pangganti  pipa  ini  adalah  untuk  meningkatkan maintainability sebuah sistem hidrolik, mengurangi  tingkat  kebocoran  pada  jalur  pipa hidrolik  yang  rentan  terhadap  kebocoran  dan
mengurangi space  area karena  sistem  hidrolik dengan  jalur  pipa  membutuhkan  tempat  yang lebih luas.

## 2. METODOLOGI
Beban  operasi  material  yang  akan dipress  berperan penting dalam perhitungan. Spesifikasi  Kertas Non  Woven TAC  350, tensile strength :  29  kg/cm 2 (untuk  1  lembar lapisan kertas) untuk aplikasi produk filter FFAF PN  A-1178-V  dimensi  249  mm  x  119  mm, jumlah  lapisan  3  lembar.  Cara  kerja  mesin FFAF ditampilkan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Blok Diagram Mesin FFAF
Keterangan :
1. Tangki
2. Pompa Tekanan Rendah,
3. Pompa Tekanan Tinggi,
4. Motor, 5. Check Valve 1,
6. Check Valve 2,
7. Pilot Operated Relief Valve , 8. Direct Type Relief Valve,
9. Directional Valve 4/2, 10. Pressure Gauge ( 1), 11. Pressure Reducing Valve,
12. Directional Valve 5/3 (1),
13. Pressure Gauge (2), 14. Pilot Check Valve (1), 15. Directional Valve 5/3 (2), 16. One Way Flow Control (1), 17. Pilot Check Valve (2), 18. One Way Flow Control (2), 19. Unloading Relief Valve,
20. Pilot ControlCheck Valve (1), 21. Pilot ControlCheck Valve (2),
22. Silinder Forming Cooling,
23. Silinder Trimming .
Cara  kerja  mesin  FFAF  adalah  sebagai berikut:
1. Posisi awal Mesin  ini  menggunakan  dua  pompa ( double pump )  yang memiliki karakteristik  yang berbeda  sehingga  kita  akan  mendapatkan kecepatan  dan  tekanan  yang  diinginkan. Pompa  yang  kita  gunakan  adalah  pompa tekanan  tinggi  ( high  pressure  pump ),  namun memiliki debit aliran yang rendah ( low flow ) dan pompa  tekanan  rendah  ( low  pressure  pump ), namun  memiliki  debit  aliran  yang  tinggi  ( high flow ).  Pada  posisi  awal  ini  kedua  pompa bekerja  mengaliri  sistem  secara  bersama- sama.Posisi  kedua  silinder  dalam  keadaan normal/tidak  bekerja. Directional  valve 4/2 bekerja  membuang  semua  tekanan  kembali  ke tangki.
2. Silinder bekerja Mesin  bekerja  dengan  mengaktifkan
directional  valve 5/3  (11&12)  dan  dengan sendirinya  mengaktifkan directional  valve 4/2 (09)  yang  akan  menghentikan  pembuangan tekanan  ke  tangki.  Kedua  pompa  bersama sama  menyuplai  tekanan  ke  sistem,  namun pompa  tekanan  rendah  sangat  berperan, karena  dengan  debit  aliran  yang  tinggi,  akan mendorong  gerakan  silinder  untuk  bergerak lebih cepat.
Setelah  silinder  mendapat  tekanan  balik karena  sudah  mulai  melakukan  pengepresan, maka  pompa  tekanan  rendah  tidak  akan mengalirkan fluida ke dalam sistem lagi, namun akan  langsung  membuang  ke  tangki  melalui pilot  operated relief  valve (07)  yang  mengukur tekanan  yang  sedang  bekerja  di  dalam  sistem. Pada  saat  ini  pompa  tekanan  tinggi  mulai bekerja  karena  sistem  membutuhkan  tekanan besar pada posisi ini untuk pengepresan.
Unloading  relief  valve (19)  berfungsi untuk  menjaga  tekanan  silinder trimming pada saat  menyentuh  benda  kerja,  silinder  sudah memiliki  cukup  tekanan  untuk  melakukan proses pemotongan.
Pressure  reducing  valve (11)  berfungsi untuk  mengurangi  besarnya  tekanan  yang dipakai silinder forming cooling untuk melakukan proses pengepresan sesuai dengan tekanan  yang  telah  diperhitungkan. One  way flow  control (18&19)  berfungsi  untuk  mengatur besarnya  kecepatan  masing-masing  silinder pada  saat  turun/bekerja.  Hal  ini  dimaksudkan agar  gerakan  silinder  menjadi  lebih  halus sehingga dies menjadi lebih awet.
3. Silinder kembali ke posisi awal
Setelah  silinder  selesai  melakukan  kerja yaitu  trimming  serta  forming  dan  cooling,maka silinder  digerakkan  ke  posisi  awal  dengan  cara mengaktifkan directional valve 5/3 (12 & 15) ke arah  sebaliknya. Pilot  controlled  check  valve (20 & 21) yang dipasang pada saluran buangan pada  saat  silinder  naik,  berfungsi  sebagai saluran buangan cepat, agar kecepatan silinder pada saat naik menjadi lebih tinggi.
Pilot  check  valve ( non  return  valve )  (14 dan  12)  akan  menutup  aliran  oli  dari  silinder untuk  menjaga  posisi  silinder  jika  tidak  sedang bekerja. Fungsi non return valve di sini memiliki pilot yang  dihubungkan  dengan  saluran  yang berlawanan  (aliran  masuk  dan  aliran  buang) sehingga  akan  membuka  saluran  penutup  jika terdapat  aliran  dari  saluran  yang  berlawanan. Dengan  adanya  fungsi  ini  maka  beban  karena menahan  posisi  silinder  pada  saat  sistem  tidak digunakan,  tidak  dikenakan  langsung  pada directional valve . Selain  itu  diperlukan  proses  peritungan untuk  menghitung  berapa  besar  tekanan  yang terbuang  akibat  panjang  jalur,  sambungan, belokan,  katup-katup,  antara  pipa  dengan manifold .  Selain  itu  akan    juga  dihitung komponen-komponen pendukung
seperti pompa, motor, silinder dan aksesorisnya seperti selang, neeple , valve /katup dll.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan perencanaan dan perhitungan didapatkan data beberapa komponen sebagai berikut:
a.   Silinder dan piston
- Tekanan kerja silinder, psi  : 150 bar
- Laju aliran untuk 1 silinder, Qsi
:  1.256  x
10 -3 m 3 / detik
- Laju aliran untuk 2 silinder, Q
:  2.513  x 10 -3 m 3 /detik - Tebal silinder, S : 10 mm
b. Manifold
- Diameter minimal saluran utama, P :37 mm
- Tebal dinding kritis dalam manifold :0.53 mm Desain Manifold diperlihatkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Penampang dalam jalur hidrolik manifold mesin FFAF
c.   Katup-katup
-  Katup pembatas tekanan
1. Unloading Relief Valve (komponen no 19)
- Spesifikasi : BUCG-06-H-20 - Flow Rate
: 125 lpm
2. Pressure Reducing Valve (komponen no 11)
- Spesifikasi : MRP-03-H-20-S
- Flow Rate
: 100 lpm
- Katup pengarah
1. Direct Type Relief Valve (komponen no 8)
- Spesifikasi : DG-2 - Flow Rate : 16 lpm 2. Directional Valve 4/2 (komponen no 9) - Spesifikasi : DSG-2B3-03 - Flow Rate : 120 lpm 3. Directional Valve 5/3 (komponen no 12 & 15) - Spesifikasi : DG-3C4-03 - Flow Rate : 120 lpm 4. Pilot Check Valve (komponen no 16 & 17) - Spesifikasi : MPW-03 - Flow Rate : 100 lpm 5. One  Way  Flow  Control (komponen  no  18  & 19) - Spesifikasi : SRCG-06
- Flow Rate
: 85 lpm
6. Pilot  Controlled  Check  Valve (komponen  no 20 & 21)
- Spesifikasi : CPDG-06 - Flow Rate
: 125 lpm

## d.   Pompa
-  Laju  aliran  yang  diasilkan  pompa,  Q pompa = 2.791.10 -3 m 3 /det -  Tekanan  yang  dihasilkan  pompa,  P pompa = 1741573.794 Pa - Daya pompa, W p = 6 kW - Efisiensi mekanis,  m = 1.06
e.   Motor - Daya motor, Wm = 7.5 kW Kerugian  tekanan  dikelompokan  menjadi  2 yaitu :
Kerugian  tekanan  akibat  gesekan  di  sepanjang jalur hidrolik
= 0,456 m
Kerugian  tekanan  akibat  sambungan,  katup, dan belokan
= 9,047 m
Total kerugian tekanan adalah 9,5 m = 83248,9 Pa.

## 4. KESIMPULAN
Setelah  dilakukan  perancangan  ulang sistem  hidrolik  pada  mesin  FFAF  tersebut, dapat disimpulkan sebagai berikut:
a.  Sistem  dan  jalur  hidrolik  lebih  ringkas  jadi perawatan dan perbaikan lebih mudah.
b.  Tingkat  kebocoran  pada  jalur  hidrolik  dapat dikurangi,  karena  sambungan-  sambungan pipa  berkurang  yang  menjadi  salah  satu penyebab kebocoran.
c.  Area  yang  dibutuhkan  untuk  sistem  hidrolik lebih sedikit
karena
jalur
pipa disederhanakan menjadi manifold ,  sehingga mesin lebih ringkas.

## DAFTAR  PUSTAKA
Central  Machine  Tool  Institut, Machine  Tool Design  Handbook ,  Tata  Mc  Graw-Hill Publishing  Comp  Limited,Ltd.  New  Delhi, 1982 Dugdale  R.H, Fluids  Mechanics ,  Mc.Graw  Hill Inc, 1985
Huckert  Jesse, Engineering  Tables  ASME Handbook ,  Mc  Graw-Hill  Book  Company Inc, New York-USA, 1970, Edisi ke-1
Kris  Thomas, Hidraulika  Ringkas  dan  Jelas , terjemahan oleh Ir.Dines Ginting, PT.Erlangga, Jakarta 1989
Merkle  D,  Schrader  B,  Thomes  M, Hydraulics
Basic  Level ,  FESTO  Didactic  Text  Book, 1998
Pippenger  John, Industrial  Hydraulics ,  Mc Graw-Hill Book Inc, USA, Edisi ke-3
Streeter  E.Victor  dan  Wylie  E.Benjamin, Mekanika  Fluida ,  PT.Erlangga,  Jakarta,
1988, Jilid I, Edisi ke-8
Sularso,  Ir  MSME, Dasar  Perencanaan  dan Pemilihan Elemen Mesin . PT.Pradnya
Paramita, Jakarta, 1980, Edisi ke-3
Tambunan  Sahat,  Ir,  Msc,  Panduan  Kuliah, Pneumatik dan Hidrolik .
W.A.  Schmitt, Grad  Ing, Hidraulics  Trainer ,  PT.
Erindo  Megah  Prima,  Jakarta,  1980,  Edisi ke-2
Waller  D,  Werner  H,  Hydraulics  Workbook Basic  Level,  FESTO  Didactic  Text  Book,
1998