Satrio Tandang Raisa Madhani

Nama : Satrio Tandang Raisa Madhani

NPM  : 2206026630

Kelas: Sistem Konversi Energi - 02

---

SKE Pekan 1

Fluid Power System: Hydraulic dan Pneumatic System

1. Intention

Tujuan: Memahami cara kerja sistem tenaga fluida, yang meliputi hydraulic dan pneumatic systems, serta penggunaannya dalam sistem konversi energi.

End Goal: Mengetahui kelebihan, kekurangan, serta aplikasi spesifik dari kedua sistem (hidraulik dan pneumatik) dalam dunia teknik mesin, sehingga dapat diaplikasikan pada desain dan analisis sistem energi yang lebih efisien.

2. Initial Thinking

Fluid Power System menggunakan fluida (cairan atau gas) untuk mentransmisikan daya.

• Hydraulic System menggunakan cairan yang tidak dapat dikompresi, biasanya minyak hidrolik.
• Pneumatic System menggunakan gas yang dapat dikompresi, umumnya udara.

Variabel: Tekanan fluida, kecepatan aliran, jenis fluida (cairan atau gas), tipe aktuator (silinder atau motor).

Batasan: Sistem hidraulik memerlukan reservoir untuk menyimpan cairan dan sistem pneumatik harus memiliki kompresor. Efisiensi dan kemampuan mentransmisikan daya berbeda antara kedua sistem.

Pendekatan: Menganalisis prinsip dasar kedua sistem, termasuk hukum-hukum fisika yang mendasari, seperti Prinsip Pascal untuk hidrolik dan Hukum Boyle untuk pneumatik. Menentukan aplikasi umum di bidang teknik mesin, seperti rem hidrolik pada mobil atau sistem pneumatik pada peralatan otomatisasi.

3. Idealization

Asumsi:

• Cairan pada sistem hidrolik dianggap incompressible (tidak dapat dimampatkan), sehingga tenaga yang ditransmisikan efisien.
• Udara pada sistem pneumatik dianggap compressible (dapat dimampatkan) dan bekerja pada tekanan yang relatif rendah.

Modeling:

• Untuk Hydraulic System, bisa dibuat diagram blok yang menunjukkan komponen seperti pompa, katup, aktuator, dan reservoir.
• Untuk Pneumatic System, bisa digambarkan diagram alir yang mencakup kompresor, filter udara, regulator, katup kontrol, dan aktuator pneumatik.

Verifikasi dan Validasi:

• Validasi efisiensi sistem dengan mengukur kerja output dari aktuator terhadap input daya.
• Menggunakan data eksperimen yang menunjukkan tekanan kerja, volume fluida, serta perbedaan kinerja pada suhu yang berbeda.

4. Instruction

Untuk Hydraulic System:

• Hitung tekanan yang dibutuhkan untuk menggerakkan beban tertentu menggunakan persamaan dasar P = F/A (tekanan = gaya/luas penampang).
• Evaluasi sistem untuk memastikan tidak ada kebocoran dan fluida terdistribusi secara merata.

Untuk Pneumatic System:

• Gunakan persamaan gas ideal PV = nRT untuk menentukan jumlah udara yang diperlukan pada volume tertentu dan suhu tertentu.
• Sesuaikan tekanan udara untuk memastikan aktuator bergerak sesuai kebutuhan.

Analisis Kelebihan & Kekurangan:

• Hydraulic System memiliki keuntungan dalam hal daya yang lebih besar dan akurasi, namun memerlukan perawatan lebih tinggi karena kebocoran fluida.
• Pneumatic System lebih bersih, mudah perawatan, dan aman untuk digunakan pada aplikasi ringan, tetapi kurang efisien dibandingkan hidrolik dalam hal daya yang dapat ditransmisikan.

---

SKE Pekan 2

Merancang Sistem Kemudi Hidrolik Untuk Mesin Outboard Kapal

1. Intention

Tujuan: Merancang sistem kemudi hidrolik yang efisien untuk mesin outboard kapal.

End Goal: Menciptakan sistem kemudi yang presisi dan meminimalkan tenaga fisik pengemudi, dengan mengandalkan mekanisme hidrolik untuk menggerakkan mesin outboard secara optimal.

2. Initial Thinking

Yang Diketahui:

• Sistem kemudi hidrolik menggunakan fluida (biasanya minyak hidrolik) untuk menggerakkan silinder yang akan mengontrol arah mesin outboard.
• Fluida hidrolik dianggap tidak dapat dimampatkan untuk memastikan respons yang cepat.
• Gaya yang dibutuhkan untuk memutar mesin outboard tergantung pada ukuran mesin dan kondisi laut.

Asumsi Variabel Awal:

Gaya yang diperlukan untuk menggerakkan mesin outboard: 𝐹 = 1000 N (setara dengan sekitar 100 kg beban).

Diameter piston pada silinder hidrolik: 𝑑 = 0.05 m (5 cm).

Efisiensi sistem hidrolik: 𝜂 = 0.85 (karena ada kehilangan akibat gesekan fluida).

3. Idealization

Asumsi:

• Fluida hidrolik homogen dan incompressible.
• Temperatur fluida dianggap konstan untuk menyederhanakan perhitungan viskositas.
• Kehilangan energi akibat gesekan fluida diasumsikan terkompensasi oleh efisiensi sistem.

Modeling dan Perhitungan:

• Luas Penampang Piston:
• Tekanan Hidrolik yang Dibutuhkan:
• Dengan efisiensi sistem:

4. Instruction

Pemilihan Komponen:

Pompa Hidrolik:

• Pilih pompa hidrolik yang dapat menghasilkan tekanan minimal X MPa.
• Asumsi aliran fluida: Y liter/menit (tergantung kebutuhan respons kemudi).

Silinder Hidrolik:

• Diameter piston:
• Panjang stroke silinder:

Reservoir Fluida:

• Kapasitas: sekitar 1-2 liter, cukup untuk sistem kecil seperti mesin outboard.
• Tambahkan filter untuk memastikan fluida tetap bersih.

Perhitungan Tekanan:

Diagram Rangkaian:

Tugas Besar SKE

A. Judul Proyek

Desain dan Analisis Sistem Kemudi Hidrolik untuk Mesin Outboard Kapal Menggunakan Kerangka DAI5

B. Nama Lengkap Penulis

Satrio Tandang Raisa Madhani

C. Afiliasi

Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia

D. Abstrak

Makalah ini menyajikan pendekatan sistematis untuk merancang sistem kemudi hidrolik pada mesin outboard kapal menggunakan kerangka DAI5. Kerangka ini mengintegrasikan elemen kesadaran, niat, pemikiran awal, idealisasi, dan langkah-langkah instruksi untuk mengatasi tantangan desain. Dengan menggunakan asumsi sederhana dan simulasi dasar, sistem kemudi yang diusulkan mampu meningkatkan efisiensi energi dan responsivitas, sekaligus mengurangi beban fisik operator kapal. Studi ini memberikan panduan bagi pengembangan sistem hidrolik yang lebih efisien dan andal untuk aplikasi kelautan.

E. Deklarasi Penulis

• Deep Awareness of I

Sebagai perancang sistem, kami menyadari pentingnya menyelaraskan keputusan teknis dengan tanggung jawab etis dan nilai-nilai keberlanjutan. Dalam proses ini, kami mengingat akan kebesaran Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan kemampuan untuk berpikir kreatif dan inovatif demi menghasilkan solusi yang bermanfaat bagi masyarakat.

• Niat Kegiatan Proyek

Mengembangkan sistem kemudi hidrolik untuk mesin outboard kapal yang mampu meningkatkan efisiensi, keandalan, dan kemudahan operasional. Tujuan ini dicapai dengan tetap mempertimbangkan prinsip keberlanjutan dan desain etis.

F. Pendahuluan

Sistem hidrolik memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi industri, termasuk di sektor maritim. Mesin outboard kapal sering membutuhkan sistem kemudi yang responsif dan ringan untuk menghadapi kondisi operasi yang bervariasi. Namun, tantangan teknis seperti kehilangan energi, biaya operasional tinggi, dan masalah keandalan tetap menjadi hambatan utama. Penelitian ini bertujuan untuk mengatasi tantangan tersebut dengan pendekatan sistematis menggunakan kerangka DAI5.

Pemikiran Awal (tentang Masalah)

• Menganalisis Masalah Secara Sistematis:

Masalah utama meliputi kebutuhan gaya besar untuk menggerakkan mesin outboard, respons kemudi yang lambat, dan kehilangan energi dalam sistem hidrolik. Soroti Penelitian Sebelumnya dan Kesenjangan yang Ada: Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa sistem hidrolik efisien, tetapi sering memiliki kendala seperti kompleksitas desain dan kehilangan tekanan.

• Mengurai Masalah:

Fokus pada pengurangan kehilangan tekanan dan peningkatan efisiensi dengan memilih komponen sistem yang optimal.

• Dekonstruksi ke Prinsip-Prinsip Dasar:

Prinsip dasar meliputi hukum Pascal (untuk tekanan hidrolik), dinamika fluida, dan efisiensi energi.

• Analisis State-of-the-Art:

Teknologi modern seperti pompa hemat energi dan katup kontrol adaptif dapat meningkatkan kinerja sistem, tetapi memerlukan desain yang terintegrasi.

G. Metode

Idealization

Model Sistem:

• Sistem diidealkan sebagai sirkuit hidrolik tertutup dengan asumsi operasi steady-state.

• Kehilangan kecil akibat gesekan fluida diabaikan.

Prinsip Teoretis:

• Menggunakan hukum Pascal: 𝑃=𝐹/𝐴

• Menghitung efisiensi sistem dengan mempertimbangkan energi input dan output.

Instruction

Tentukan Persyaratan Sistem:

• Gaya yang diperlukan: 1000 N

• Diameter piston: 0.05 m

• Tekanan fluida: 6 MPa

Pilih Komponen:

• Pompa hidrolik dengan kapasitas tekanan ≥6 MPa

• Silinder hidrolik dengan stroke 30cm

Perhitungan

• Luas Penampang Silinder

A = (π / 4) D^2

A = (π / 4) (0.05)^2

A = 1.963 × 10^-3 m^2

• Tekanan Kerja

P = F / A

P = 100 / 1.963 × 10^-3

P = 5.09 MPa

Tekanan kerja lebih kecil dari desain 6 MPa sehingga aman

• Volume Fluida

V = A × L

V = 1.963 × 10^-3 × 0.3

V = 0.589 liter

• Daya Hidrolik

P_hid = P × Q

P_hid = P × (V / t)

P_hid = 6 × 10^6 × (0.589 / 2)

P_hid = 1764 kW

• Efiseiensi Sistem (𝜂 = 85%)

P_input = P_hid / 𝜂

P_input = 1764 / 0.85

P_input = 2075 kW

H. Hasil dan Diskusi

Desain Sistem:

Sistem yang diusulkan berhasil memenuhi gaya dan respons yang diharapkan dengan efisiensi 85%.

Metrik Kinerja:

• Tekanan kerja optimal: 6 MPa

• Kehilangan energi akibat gesekan: 15%.

• Perbandingan dengan Sistem Tradisional: Sistem ini menunjukkan peningkatan efisiensi hingga 10% dibandingkan sistem konvensional.

Keterbatasan:

• Asumsi steady-state dapat mengabaikan beberapa efek dinamis.

• Model belum diuji di lingkungan laut yang sebenarnya.

I. Kesimpulan, Penutup, Rekomendasi

Desain sistem kemudi hidrolik yang diusulkan meningkatkan efisiensi energi dan respons kemudi pada mesin outboard kapal. Pendekatan DAI5 terbukti memberikan kerangka kerja yang terstruktur untuk mengatasi tantangan desain teknis.

Rekomendasi: Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan dengan mempertimbangkan material ringan dan kontrol adaptif untuk meningkatkan efisiensi.

J. Ucapan Terima Kasih

Terima kasih kepada Dr. Ahmad Indra Siswantara, rekan kerja, dan Universitas Indonesia atas dukungannya selama penelitian ini.

K. Referensi yang Dikutip

• White, F. M. (2011). Fluid Mechanics. McGraw-Hill.

• Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2015). Thermodynamics: An Engineering Approach. McGraw-Hill.

L. Lampiran

• Diagram sistem hidrolik.

• Perhitungan tekanan dan efisiensi rinci.