Keunggulan Desain Mesin Tempa Press Berbasis Hidrolik dalam Aplikasi Industri Kontemporer

Project Title

Keunggulan Desain Mesin Tempa Press Berbasis Hidrolik dalam Aplikasi Industri Kontemporer

Author Complete Name

Gerardo Arvel Kavindra

Affiliation

Jurusan Teknik Mesin, Departemen Teknik Mesin, Fakultas teknik, Universitas Indonesia

Abstract

Mesin tempa press berbasis hidrolik memiliki peran yang penting dalam pengapilkasian industri kontemporer, khususnya di sektor manufaktur yang memerlukan pembentukan komponen logam berkekuatan tinggi. Pemanfaatkan prinsip sistem hidrolik memberikan kemapuan pada mesin press untuk menghasilkan gaya yang sangat besar, sehingga memungkinkan pembentukan material seperti baja, titanium, dan aluminium dengan presisi yang tinggi.

Author Declaration

1. Deep Awareness (of) I

Saya, Gerardo Arvel Kavindra, menyatakan bahwa laporan tugas besar ini adalah karya saya sendiri yang menggabungkan semua pemahaman saya mengenai sistem hidrolik di bawah bimbingan Dr. Ir Ahmad Indra Siswantara. Dalam pendalaman saya sendiri dalam prinsip Deep Awareness (of) I, saya telah mendapatkan kesadaran lebih tinggi atas diri saya sendiri. Saya menyadari bahwa saya adalah sebuah penggerak progress masyarakat, bukan teknologi yang yang telah memudahkan kehidupan kita semua. Sebuah sistem hidrolik tidak akan berkembang dengan sendirinya. Oleh karena itu, saya akan mengambil peran sebagai satu tetes air dari lautan engineers dalam kemajuan teknologi penempaan hidrolik.

2. Intention

Niat saya dalam keseluruhan laporan ini adalah untuk untuk mendapatkan wawasan lebih dalam mengenai pentingnya sistem hidrolik dalam proses penempaan, dan untuk berkontribusi pada industri yang lebih luas dengan berbagi pengetahuan ini. Karya ini dimaksudkan tidak hanya untuk memberi informasi tetapi juga untuk memancing penyelidikan lebih lanjut mengenai kemajuan teknologi penempaan hidrolik di masa depan.

Introduction

1. Initial Thinking

Mesin tempa press hidrolik merupakan peralatan yang sangat penting dalam industri manufaktur, digunakan untuk membentuk berbagai material seperti logam, paduan, dan plastik. Mesin ini memanfaatkan tekanan hidrolik untuk menghasilkan gaya yang besar, memungkinkan pembentukan komponen dengan tingkat akurasi dan daya tahan yang tinggi. Penggunaan mesin tempa hidrolik yang meluas di industri-industri seperti otomotif, dirgantara, dan pembuatan alat menunjukkan betapa vitalnya mesin ini dalam memproduksi komponen yang kompleks dan berkualitas.

Laporan ini bertujuan untuk memahami bagaimana mesin tempa hidrolik berfungsi dan mengapa mesin ini sangat dibutuhkan dalam aplikasi industri modern. Meskipun mesin pengepres mekanis sudah digunakan sejak lama, mesin tempa hidrolik memberikan keuntungan besar dalam hal presisi, efisiensi energi, dan kemampuan adaptasi terhadap berbagai bahan dan bentuk. Namun, tantangannya terletak pada pemahaman tentang mekanisme yang mendasari keunggulan-keunggulan ini, serta bagaimana faktor desain seperti tekanan, penerapan gaya, dan konversi energi mempengaruhi kinerja dan efektivitas biaya dari mesin tempa hidrolik.

Selain itu, meskipun memiliki banyak keuntungan, mesin tempa hidrolik juga memiliki keterbatasan, seperti waktu siklus yang lebih lama dan konsumsi energi yang lebih tinggi, yang seringkali memunculkan pertanyaan mengenai efisiensinya jika dibandingkan dengan jenis mesin pengepres lainnya. Laporan ini akan menggali aspek-aspek tersebut dengan mengkaji cara kerja sistem hidrolik, dasar ilmiah di balik konversi tekanan, serta aplikasi praktis mesin tempa hidrolik dalam industri.

Methods & Procedures

1. Idealization

Untuk memahami peran dan pentingnya mesin penempaan hidrolik, kita perlu terlebih dahulu mengkonseptualisasikan mesin penempaan yang ideal. Mesin penempaan hidrolik yang ideal harus mampu menghasilkan tekanan tinggi yang dapat dikendalikan pada area yang luas, sambil tetap menjaga presisi dan efisiensi energi.

Ini adalah perhitungan yang mendemostrasikan efektivitas dari mesin tempa press hidrolik dibanding dengan mesin tempa press mekanikal:

                                                                  Gambar 1. Mesin Tempa Press Hidrolik

                                                                  Gambar 1. Mesin Tempa Press Mekanikal

• Force Output

Force output dari mesin press adalah salah satu faktor yang paling penting dalam menentukan efektivitasnya. Kekuatan yang diperlukan untuk membentuk material dalam proses penempaan biasanya dihitung dengan menggunakan rumus:

 𝐹 = 𝑃 × 𝐴

Dimana:

𝐹 adalah kekuatan yang diberikan oleh mesin press (dalam Newton, N)

𝑃 adalah tekanan yang diterapkan (dalam Pascal, Pa)

𝐴 adalah luas penampang piston atau area press (dalam meter persegi, m²)

Misalkan kita memiliki mesin press hidrolik dengan diameter piston 200 mm dan tekanan maksimum 20 MPa (megapascal):

 A = π × (d/2)^2
   = π × (0,02/2)^2
   = 0.0314 m^2

Sekarang, kita bisa menghitung gaya yang dihasilkan oleh mesin press hidrolik dengan menggunakan tekanan maksimum 20 MPa (20 juta Pascal):

 F = P x A
   = 20 × 10^6 × 0.0314
   = 628000 N

Jadi, mesin press hidrolik ini dapat menghasilkan gaya sebesar 628000 Newton.

• Cycle Time (t)

Cycle Time adalah waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu siklus penuh dari proses penempaan, termasuk waktu untuk mendorong piston ke posisi yang diinginkan, menunggu untuk pembentukan material, dan mengembalikan piston ke posisi awal. Mesin penempaan hidrolik umumnya memiliki waktu siklus yang lebih lambat dibandingkan mesin press mekanik, karena kecepatan piston diatur oleh kontrol aliran fluida.

Contoh Perbandingan:

Mesin Press Hidrolik: Waktu siklus biasanya berkisar antara 5 hingga 20 detik, tergantung pada ukuran dan kompleksitas komponen yang ditempa.

Mesin Press Mekanik: Waktu siklus bisa lebih cepat, sekitar 1 hingga 5 detik, karena menggunakan mekanisme pegas atau flywheel yang lebih cepat.

• Energy Consumption (E)

Konsumsi energi dari mesin press dapat dihitung berdasarkan daya yang digunakan oleh motor yang menggerakkan kompresor atau pompa hidrolik.

 E = P × t

Dimana:

𝐸 adalah energi yang dikonsumsi (dalam Joule, J)

𝑃 adalah daya yang dibutuhkan oleh sistem (dalam Watt, W)

𝑡 adalah waktu siklus (dalam detik, s)

Contoh Perhitungan:

Misalkan mesin press hidrolik menggunakan daya 15 kW (15000 W) dan waktu siklusnya adalah 10 detik. Maka energi yang digunakan dalam satu siklus adalah:

 E hidrolik = P × t
            = 15000 × 10
            = 150000 J

Jadi, mesin press hidrolik mengonsumsi 150000 Joule energi per siklus.

Lalu untuk mesin press mekanikal menggunakan daya 10 kW (10000 W) dan waktu siklusnya adalah 5 detik. Maka energi yang digunakan dalam satu siklus adalah:

 E mekanikal = P × t
             = 10000 × 5
             = 50000 J

Jadi, mesin press mekanikal mengonsumsi 150000 Joule energi per siklus.

Hasil ini menunjukan dengan jelas bahwa mesin press mekanikal mengonsumsi energi lebih sedikit per siklus, yang berarti lebih hemat energi dari waktu ke waktu.

• Presisi dan Akurasi (P)

Presisi mesin press mengacu pada kemampuan untuk mengontrol tekanan dan posisi piston dengan ketepatan tinggi. Mesin press hidrolik sering kali lebih presisi dalam hal kontrol gaya dan posisi dibandingkan dengan mesin press mekanik, karena sistem hidrolik dapat memberikan kontrol yang lebih halus atas pergerakan piston.

Perbandingan Presisi:

Mesin Press Hidrolik: Memiliki kontrol yang lebih baik terhadap gaya yang diterapkan, sehingga lebih cocok untuk komponen dengan bentuk yang kompleks dan toleransi yang sangat ketat.

Mesin Press Mekanik: Meskipun cepat, memiliki sedikit keterbatasan dalam hal kontrol presisi karena penggeraknya berbasis pegas atau flywheel.

Sekarang dengan data yang sudah diproses, perbandingan bisa mulai:

Tabel Perhitungan Efektivitas

Parameter	Hydraulic Press	Mechanical Press
Force Output (F)	628,000 N	500,000 N
Cycle Time (t)	10 seconds	5 seconds
Energy Consumption (E)	150 kJ per siklus	50 kJ per siklus
Precision (P)	High precision (ideal untuk bentuk kompleks)	Moderate precision (ideal untuk bentuk sederhana)

Untuk membuat suatu perbandingan yang lebih kuantitatif, Effectiveness Ration (ER) akan menggabungkan semua faktor ini yang akan memberikan informasi berguna untuk aplikasi mesin tempa press hidrolik/mekanikal:

 ER = F / t×E

Perhitungan untuk mesin press hidrolik:

 ER hidrolik = F / t×E
             = 628000 / 10×150
             = 418,67

Lalu untuk mesin press mekanikal:

ER mekanikal = F / t×E

            = 500000 / 5×50
            = 2000

Hasil ER dari kedua mesin press akan memberikan kesimpulan yang jelas mengenai basis mesin press.

2. Instruction set

Berdasarkan hasil perhitungan, kedua basis untuk mesin tempa (hidrolik dan mekanikal) menunjukan bahwa tiap basis memiliki keunggulan dan kekurangan masing-masing. Penggunaan paling efektif dari kedua basis tersebut tergantung dengan kebutuhan dari pengguna.

Berikut adalah karakteristik dari sistem yang secara relatif ideal untuk memenuhi kebutuh pengguna:

• Kekuatan Output yang Tinggi: Mesin press harus mampu menghasilkan gaya yang cukup besar untuk membentuk material keras seperti baja berkekuatan tinggi dan titanium, mendukung produksi industri dalam skala besar.

• Presisi dan Kontrol yang Baik: Sistem harus mampu mengontrol gaya dan panjang langkah dengan baik, memastikan tekanan yang diterapkan sesuai dengan kebutuhan material yang sedang ditempa.

• Efisiensi Energi: Mesin penempaan hidrolik ideal akan mengurangi pemborosan energi, dapat melakukan pekerjaan bertonase tinggi dengan penggunaan energi yang rendah.

• Kemampuan Adaptasi: Mesin ini harus fleksibel, mampu menempa berbagai ukuran dan jenis bahan komponen, dari komponen presisi kecil hingga komponen struktural besar.

• Pemeliharaan yang Minim: Desain sistem harus meminimalkan waktu henti dengan fitur pemantauan otomatis dan kemudahan akses untuk pemeliharaan.

Results & Discussion

Mesin press idraulik dapat mnghasilkan keluaran gaya yang lebih tinggi dan presisi yang lebih tinggi, namun lebih lambat dan mengonsumsi lebih banyak energi per siklus. Ini ideal untuk aplikasi presisi tinggi dan membentuk geometri kompleks.

Pada sisi lain, basis mesin press lain seperti mekanis memerlukan waktu siklus yang lebih cepat dan konsumsi energi yang lebih rendah membuatnya lebih efisien untuk produksi massal komponen yang lebih sederhana, namun mungkin kurang presisi yang diperlukan untuk aplikasi tingkat lanjut tertentu.

Berdasarkan Effectivity Ratio, mesin press mekanikal akan lebih efisien dalam lingkungan dengan throughput tinggi dan presisi rendah, sedangkan mesin press hidrolik menawarkan gaya dan presisi lebih tinggi, sehingga cocok untuk aplikasi yang memerlukan akurasi dan kontrol material lebih tinggi.

Acknowledgments

Saya, Gerardo Arvel Kavindra, ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr. Ir Ahmad Indra Siswantara atas bimbingan, dukungan, dan dorongan yang sangat berarti selama proses pengerjaan proyek ini. Keahlian beliau dalam sistem hidrolik ,prinsip konversi energi, dan metode DAI5 sangat mempengaruhi pemahaman saya dan memberikan dasar pengetahuan yang diperlukan untuk laporan ini. Saya juga sangat menghargai cara beliau mendorong implementasi AI, membawa diskusi yang mencerahkan, dan memberi masukan konstruktif yang secara signifikan meningkatkan kualitas pekerjaan ini.

Selain itu, saya mengucapkan terima kasih kepada para penulis berbagai makalah ilmiah dan jurnal yang saya rujuk selama pengerjaan proyek ini. Penelitian dan temuan mereka sangat berperan dalam memperdalam pemahaman saya mengenai mesin press hidrolik dan aplikasinya dalam industri modern. Kontribusi mereka dalam bidang ini sangat memperkaya karya ini, dan saya berterima kasih atas sumber daya yang telah mereka sediakan.

Terakhir, saya juga ingin mengucapkan terima kasih kepada teman-teman dan sahabat sekelas saya atas dukungan, motivasi, dan awareness yang telah diberikan sepanjang proyek ini.

References

• Indah, Nur & Baehaqi, Mus. (2017). Desain dan Perancangan Alat Pengepres Geram Sampah Mesin Perkakas. Jakarta: Universitas Mercu Buana.

• Andrianus Andry, Muhammad Ivanto, dan Gita Suryani Lubis. (2024). Rancang Bangun Mesin Press Hidrolik Berkapasitas 5 Ton. Pontianak: Universitas Tanjungpura.