Muhammad Zaki Gunawan

Muhammad Zaki Gunawan
Nama Lengkap	Muhammad Zaki Gunawan
NPM	2206055460
Program Studi	Teknik Mesin
Kelas	Sistem Konversi Energi 01

Biodata

Muhammad Zaki Gunawan adalah seorang individu yang lahir di Jakarta, 11 Oktober 2003. Saat ini, ia tinggal di Pasar Minggu, Jakarta Selatan dan aktif sebagai mahasiswa Teknik Mesin. Zaki memiliki ketertarikan pada membaca buku dan berolahraga yang tinggi. Selain itu, ia juga dikenal sebagai pribadi yang taat beragama, kerja keras, suka bersosialisasi. Zaki Gunawan adalah pengagum konsep Pembelajaran DAI5. Untuk informasi lebih lanjut, ia dapat dihubungi melalui mhmdzaki1110@gmail.com.

Sistem Pneumatik dan Desainnya Menggunakan Teori DAI5

Pendahuluan: Sistem Pneumatik Sistem pneumatik adalah teknologi yang memanfaatkan udara terkompresi untuk menggerakkan komponen mekanis dalam berbagai aplikasi industri. Udara yang dikompresi menggunakan kompresor disalurkan melalui saluran-saluran untuk menggerakkan aktuator seperti silinder pneumatik, motor pneumatik, dan katup-katup kontrol yang memungkinkan sistem bekerja secara otomatis. Keunggulan utama dari sistem pneumatik adalah keandalan, kemudahan kontrol, serta sifatnya yang bersih dan aman, sehingga cocok digunakan dalam lingkungan industri yang membutuhkan efisiensi dan minimisasi risiko polusi atau kontaminasi.

Secara umum, prinsip kerja sistem pneumatik dapat dijelaskan sebagai berikut: - Kompresi Udara: Udara diambil dari atmosfer, kemudian dikompresi menggunakan kompresor untuk menghasilkan tekanan tinggi. - Penyimpanan: Udara terkompresi disimpan dalam tangki penyimpanan yang berfungsi untuk menjaga kestabilan tekanan dalam sistem. - Distribusi dan Pengaturan: Udara terkompresi dialirkan melalui pipa dan katup yang mengatur aliran udara ke berbagai komponen. - Aktuasi: Ketika udara terkompresi memasuki aktuator seperti silinder atau motor, energi mekanik dihasilkan untuk melakukan kerja, seperti membuka katup atau menggerakkan mesin.

Desain sistem pneumatik yang efektif tidak hanya mempertimbangkan efisiensi mekanikal, tetapi juga faktor-faktor lain seperti pemeliharaan, keselamatan, dan keberlanjutan lingkungan. Oleh karena itu, pendekatan desain yang terstruktur dan terintegrasi seperti teori DAI5 sangat berguna untuk menciptakan sistem yang tidak hanya efisien, tetapi juga dapat diandalkan dan ramah lingkungan.

Penerapan Teori DAI5 dalam Desain Sistem Pneumatik

Teori DAI5 (Deep Awareness of I) adalah framework berpikir yang dikembangkan oleh Dr. Ahmad Indra yang terdiri dari empat tahap penting: Intention (Niat), Initial Thinking (Pemikiran Awal), Idealization (Idealisasi), dan Instruction (Instruksi). Setiap tahap dalam DAI5 berfokus pada pemahaman mendalam dan perencanaan yang matang sebelum implementasi, yang membantu menciptakan sistem yang holistik dan optimal. Berikut adalah langkah-langkah penerapan DAI5 dalam desain sistem pneumatik:

1. Intention (Niat) Langkah pertama dalam DAI5 adalah memahami niat atau tujuan dari desain sistem pneumatik. Tujuan ini menjadi fondasi dalam perancangan, karena setiap keputusan desain harus merujuk pada tujuan utama yang ingin dicapai. Di tahap ini, pertanyaan yang perlu dijawab adalah **apa yang ingin dicapai dengan sistem pneumatik ini?**

Beberapa tujuan umum dalam desain sistem pneumatik yang sering dijadikan acuan adalah: - Efisiensi Energi: Mengurangi konsumsi energi dalam sistem dengan memilih kompresor yang lebih efisien atau mengurangi kebocoran udara. - Keandalan dan Ketahanan: Membuat sistem yang memiliki umur panjang, tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan, serta memiliki tingkat kegagalan yang sangat rendah. - Keamanan: Memastikan bahwa sistem pneumatik aman untuk dioperasikan, dengan sistem proteksi terhadap tekanan berlebih, kebocoran, dan potensi kerusakan komponen. - Kemudahan Pemeliharaan: Merancang sistem yang mudah untuk diperiksa dan dirawat, sehingga meminimalkan downtime dan biaya pemeliharaan. - Fleksibilitas: Menciptakan desain yang mudah disesuaikan dengan kebutuhan industri yang berbeda, dengan pertimbangan penggunaan sistem yang dapat beradaptasi dengan perubahan dalam proses produksi atau pengoperasian.

Penentuan niat ini sangat penting karena akan memandu keputusan-keputusan desain di tahap berikutnya. Dalam konteks sistem pneumatik, niat ini juga dapat melibatkan pertimbangan terhadap dampak lingkungan, seperti pemilihan material ramah lingkungan dan pengurangan konsumsi energi.

---

2. Initial Thinking (Pemikiran Awal)

Setelah niat ditentukan, tahap selanjutnya adalah melakukan pemikiran awal mengenai sistem yang akan dibangun. Pada tahap ini, desain masih berada pada level konseptual, tetapi sudah mulai mempertimbangkan elemen-elemen fisik yang diperlukan untuk mewujudkan tujuan yang telah ditetapkan. Pemikiran awal mencakup analisis kebutuhan sistem dan identifikasi komponen-komponen utama.

Beberapa aspek yang perlu dipertimbangkan dalam pemikiran awal adalah: - **Kebutuhan Komponen:** Komponen utama dalam sistem pneumatik seperti kompresor, silinder pneumatik, katup, regulator tekanan, dan tangki penyimpanan udara. Setiap komponen perlu dipilih berdasarkan kebutuhan daya, keandalan, dan efisiensi. - **Alur Sistem:** Mendesain alur udara dalam sistem, apakah menggunakan satu jalur tertutup atau terbuka. Ini akan mempengaruhi bagaimana udara terkompresi didistribusikan ke berbagai bagian sistem. - **Kontrol dan Otomatisasi:** Pada tahap ini, dipertimbangkan apakah sistem memerlukan kontrol otomatis, seperti menggunakan PLC (Programmable Logic Controller) atau sistem kontrol berbasis sensor untuk mengatur tekanan, aliran udara, dan pengoperasian aktuator. - **Estimasi Beban Kerja:** Tentukan aplikasi atau beban kerja yang akan ditangani oleh sistem pneumatik, misalnya penggerakan benda berat dengan silinder pneumatik atau penggunaan motor pneumatik untuk menggerakkan conveyor.

Pada tahap ini, pemikiran tersebut masih bersifat eksploratif, bertujuan untuk memberikan gambaran umum tentang bagaimana sistem akan bekerja secara keseluruhan, serta menyusun skema dasar sistem.

1. 1. 1. 3. **Idealization (Idealisasi)**

Setelah pemikiran awal, tahap selanjutnya adalah idealisasi, yaitu merancang sistem dengan mempertimbangkan kondisi yang paling ideal dan optimal. Di tahap ini, kita mulai mengembangkan desain rinci dan menghitung parameter-parameter teknis untuk memastikan bahwa desain sistem pneumatik dapat beroperasi dengan performa yang optimal.

Hal-hal yang dipertimbangkan pada tahap ini termasuk: - **Optimalisasi Aliran Udara:** Pada tahap idealisasi, desain pipa dan katup harus disesuaikan untuk mengurangi gesekan dan kehilangan tekanan. Pipa yang lebih besar dapat mengurangi hambatan aliran, tetapi akan lebih mahal, sehingga perlu ada keseimbangan antara biaya dan efisiensi. - **Pemilihan Kompresor dan Regulator:** Pemilihan kompresor yang efisien sangat penting untuk meminimalkan konsumsi energi. Kompresor yang lebih efisien akan membutuhkan waktu lebih sedikit untuk menghasilkan tekanan yang diperlukan, sehingga mengurangi biaya operasional. Begitu juga dengan regulator tekanan, yang harus mampu menjaga kestabilan tekanan udara pada level yang optimal. - **Pengurangan Kebocoran:** Sistem harus dirancang dengan segel-segel dan katup yang dapat mencegah kebocoran udara. Kebocoran udara dapat mengurangi efisiensi dan menyebabkan kerugian energi. - **Kontrol dan Automatisasi yang Ideal:** Idealnya, kontrol sistem harus otomatis, memungkinkan pengaturan tekanan udara, aliran, dan siklus kerja yang dapat disesuaikan sesuai kebutuhan. Sistem kontrol juga harus dapat mendeteksi gangguan seperti kebocoran atau penurunan efisiensi, dan memberikan peringatan atau penyesuaian otomatis.

Di tahap ini, kita akan melakukan simulasi atau uji coba untuk memverifikasi desain dan memastikan bahwa sistem akan beroperasi sesuai dengan tujuan yang telah ditetapkan pada tahap pertama (Intention).

1. 1. 1. 4. **Instruction (Instruksi)**

Instruksi adalah tahap terakhir dalam DAI5, yang berfokus pada implementasi sistem serta pengoperasian dan pemeliharaannya. Di tahap ini, kita menyusun prosedur pengoperasian sistem yang jelas dan mudah dipahami, serta memastikan bahwa desain yang telah dibuat dapat diterapkan dalam dunia nyata.

Beberapa langkah yang perlu dilakukan pada tahap instruksi adalah: - **Instalasi dan Pengujian:** Setelah sistem pneumatik dibangun, langkah pertama adalah instalasi dan pengujian untuk memastikan bahwa sistem bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Pengujian mencakup pengukuran tekanan, aliran udara, dan pengoperasian katup serta aktuator. - **Penyusunan SOP (Standard Operating Procedure):** Membuat prosedur pengoperasian standar untuk memastikan sistem dapat dijalankan dengan aman dan efisien. Ini termasuk instruksi untuk mengoperasikan sistem secara manual atau otomatis, serta prosedur untuk menangani masalah yang mungkin terjadi, seperti kebocoran udara atau kerusakan komponen. - **Pemeliharaan dan Perbaikan:** Menyusun jadwal pemeliharaan untuk memastikan sistem beroperasi dalam kondisi optimal. Ini termasuk pemeriksaan rutin terhadap kompresor, katup, dan pipa untuk mencegah kerusakan lebih lanjut dan memperpanjang umur sistem. - **Pelatihan Pengguna:** Memberikan pelatihan kepada operator dan teknisi tentang cara mengoperasikan dan merawat sistem pneumatik dengan aman dan efisien. Pelatihan ini akan mencakup pemahaman tentang alur udara, pengaturan tekanan, dan prosedur darurat.

Instruksi pada tahap ini adalah panduan praktis untuk mengoperasikan dan merawat sistem pneumatik, serta memastikan bahwa sistem beroperasi dengan efisien dan aman dalam jangka panjang.

SKE - 01 tanggal 9 Desember 2024

Desain dan Analisis Sistem Pneumatic Actuator pada Sistem Transmisi Mobil Formula 1 Menggunakan Kerangka DAI5

1.B. Nama Lengkap Penulis

Muhammad Zaki Gunawan

1.C. Afiliasi

Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia

1.D. Abstrak

Makalah ini membahas desain dan analisis sistem Pneumatic Actuator pada transmisi mobil Formula 1 menggunakan kerangka DAI5. Sistem ini dirancang untuk mengurangi waktu perpindahan gigi dan meningkatkan efisiensi energi. Perhitungan berbasis prinsip hukum Bernoulli, hukum Boyle, dan dinamika fluida diterapkan untuk merancang sistem pneumatik yang cepat, andal, dan berkelanjutan, dengan fokus pada efisiensi tekanan dan gaya aktuator.

1.E. Deklarasi Penulis

1. Deep Awareness (of) I

Sebagai Mahasiswa Teknik Mesin, saya menyadari bahwa desain teknologi harus diarahkan untuk mendukung efisiensi, keberlanjutan, dan tanggung jawab etis dalam setiap tahap pengembangan, termasuk dalam industri balap yang kompetitif seperti Formula 1.

2. Niat Kegiatan Proyek

Mengembangkan sistem Pneumatic Actuator pada transmisi Formula 1 yang berfokus pada kecepatan perpindahan gigi, efisiensi energi, dan pengurangan dampak lingkungan.

1.F. Pendahuluan

Mobil Formula 1 menuntut sistem transmisi dengan waktu perpindahan gigi kurang dari 0,05 detik untuk mengoptimalkan performa balapan. Pneumatic actuator menjadi solusi unggulan karena respons cepat dan konsumsi energi yang rendah. Tantangan utama dalam sistem ini adalah mengelola tekanan udara yang optimal, meminimalkan kebocoran, dan memastikan kompatibilitas dengan sistem elektronik modern.

Pemikiran Awal (tentang Masalah): 1. Analisis Sistem: Identifikasi tekanan kerja ideal untuk aktuator dan pipa distribusi udara untuk memastikan waktu respon minimal. 2. Kesenjangan Teknologi: Keterbatasan efisiensi tekanan dan waktu respon yang tidak konsisten pada sistem pneumatik tradisional. 3. Dekonstruksi Prinsip: Hukum Bernoulli dan hukum Boyle digunakan untuk analisis tekanan dan kecepatan aliran udara dalam sistem.

1.G. Metode & Langkah-langkah Solusi

1. Idealisasi Sistem: • Diasumsikan operasi steady-state, dengan tekanan kerja maksimum 10 bar. • Analisis dilakukan pada komponen: aktuator pneumatik, pipa distribusi udara, dan katup solenoid.

2. Langkah Perhitungan:

1. Menentukan Tekanan dan Volume Aktuator

Menggunakan Hukum Boyle: P1V1 = P2V2 • P1 = 10 bar, V1 = 0.02m^3 • V2 = 0.015m^3

P2 = P1V1/V2 = 13.33 bar

Tekanan dalam aktuator meningkat menjadi 13,33 bar, menghasilkan gaya yang signifikan.

2. Menghitung Gaya yang Dihasilkan Aktuator

Menggunakan formula tekanan:

F = P . A

• Tekanan P = 13.33 bar • Diameter piston , sehingga: A = phi(0.04)^2/4 = 1.256 . 10^-3m^2 F = 1.333.000 . 1.256 X 10^-3 = 1674.3 N

Gaya sebesar 1674,3 N cukup untuk memastikan perpindahan gigi cepat dan presisi.

3. Menghitung Kecepatan Aliran Udara

Menggunakan Persamaan Bernoulli :

𝑝1+12𝜌𝑣21=𝑝2+12𝜌𝑣2

Massa jenis udara (rho) = 1.225kg/m^3 Asumsi v1 = 0, maka :

v2 = 81.65m

1.H. Hasil dan Diskusi 1. Efisiensi Sistem: • Gaya aktuator 1674,3 N dan kecepatan udara 81,65 m/s menunjukkan bahwa sistem memenuhi kebutuhan transmisi Formula 1. 2. Keandalan: • Perhitungan menunjukkan tekanan optimal dalam aktuator untuk meminimalkan waktu perpindahan gigi. 3. Kendala: • Kebocoran udara menjadi perhatian utama yang harus diatasi melalui desain pipa dan katup berkualitas tinggi.

1.I. Kesimpulan, Penutup, Rekomendasi

Desain sistem pneumatik menggunakan hukum Boyle dan Bernoulli menghasilkan perpindahan gigi cepat dengan gaya aktuator yang cukup besar. Disarankan penelitian lebih lanjut untuk mengevaluasi material pipa yang tahan tekanan tinggi dan meminimalkan kebocoran udara.

1.J. Ucapan Terima Kasih

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Universitas Indonesia dan rekan-rekan tim atas dukungannya.

1.K. Referensi yang Dikutip 1. Khurmi, R.S. A Textbook of Hydraulics, Fluid Mechanics, and Hydraulic Machines. 2. Buku tentang sistem pneumatik dan teori dasar termodinamika.