bab ii landasan teori

Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Fisio Terapi
Fisioterapi merupakan ilmu yang menitik beratkan untuk menstabilkan atau
memperbaiki gangguan fungsi alat gerak/fungsi tubuh yang terganggu yang
kemudian diikuti dengan proses/metode terapi gerak.
Menurut Departemen Kesehatan Indonesia Fisio terapi adalah suatu pelayanan
kesehatan yang ditujukan untuk individu dan atau kelompok dalam upaya
mengembangkan, memelihara, dan memulihkan gerak dan fungsi sepanjang daur
kehidupan dengan menggunakan modalitas fisik, agen fisik, mekanis, gerak dan
komunikasi. Fisio terapi dapat melatih pasien dengan olahraga khusus, penguluran
dan bermacam-macam teknik dan menggunakan beberapa alat khusus untuk
mengatasi masalah yang dihadapi pasien yang tidak dapat diatasi dengan latihan –
latihan fisioterapi.
2.1.1
Macam-macam Fisio terapi
Macam – macam fisio terapi yaitu :
1. Exercise Therapy atau Terapi Latihan
2. Heating Therapy atau Terapi Pemanasan
3. Electrical Stimulations Therapy atau Terapi Stimulasi Listrik
4. Cold Therapy atau Terapi Dingin
5. Chest Physio Therapy atau Terapi Bagian Dada
6. Hydro Therapy atau Aquatik Therapy
7. Orthopedhic dan Rheumathoid Arthritis
2.1.2
Alat Fisioterapi Latihan Jalan
Fisio terapi latihan merupakan salah satu bagian dari Exercise Therapy , dan
akan dibahas secara lebih lanjut.
Terapi ini dimaksudkan untuk mengembalikan fungsi sekaligus memberi
penguatan dan pemeliharaan gerak agar bisa kembali normal atau setidaknya
Politeknik Negeri Bandung
II-1
II-2
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
mendekati kondisi normal. Kepada anak, akan diberikan latihan memegang
maupun menggerakkan tangan dan kakinya. Setelah mampu, akan dilanjutkan
dengan latihan mobilisasi, dimulai dengan berdiri, melangkah, berjalan, lari kecil,
dan seterusnya.
Pada kasus patah kaki, contohnya, akan dilakukan fisio terapi secara bertahap,
kapan si anak harus sedikit menapak sampai bisa menapak penuh.
Latihan-latihan yang diberikan bertujuan mempertahankan kekuatan otot-otot
dan kemampuan fungsionalnya dengan mempertahankan sendi-sendinya agar tak
menjadi kaku. Hal ini perlu dilakukan karena kaki patah yang dipasangi gips
umumnya akan mengalami pengecilan otot, sehingga kekuatannya pun berkurang.
Lewat terapi yang dilakukan sambil bermain akan kelihatan bagian mana yang
mengalami penurunan fungsi.
Ada beberapa metoda untuk melatih jalan pada kendala yang dialami pasien
tersebut, yakni dengan latihan berjalan manual atau tanpa bantuan alat,
maksudnya disini pasien berlatih berjalan secara mandiri tanpa bantuan dari
siapapun atau alat apapun. Proses ini dapat memakan waktu yang lama bagi
pasien tersebut untuk pulih belum lagi adanya kemungkinan untuk kembali cedera
karena tidak ada pengaman untuk metoda ini.
Metoda yang kedua adalah dengan latihan berjalan dengan menggunakan alat
bantu manual, disini pasien dibantu oleh alat bantu yang membuat pasien tersebut
lebih mudah untuk melakukan latihan jalannya. Alat bantu tersebut dirancang
hanya untuk memudahkan pasien untuk berjalan.
Gambar 2.1 Alat Bantu Fisio Terapi Jalan
Metoda ketiga adalah metoda dengan latihan berjalan dengan menggunakan
alat mekanik yang dirancang untuk lebih memudahkan pasien dalam melatih alat
gerak motorik kakinya dan tidak dibebani oleh berat tubuhnya, sehingga pasien
dapat menggerakan dan melatih kakinya lebih leluasa.
Politeknik Negeri Bandung
II-3
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
Gambar 2.2 Rancangan Alat Fisio Terapi Treadmill
Keterangan :
1. Motor
2. Tiang Pegangan
3. Pegangan
4. Pengatur pegangan
5. Roller conveyor
6. Sliding pad
7. Alat keamanan
8. Belt conveyor
9. Tiang pengangkat beban pasien
Alat yang dirancang untuk fisioterapi tersebut dibuat untuk memudahkan
pasien dalam melatih kakinya untuk dapat berjalan normal kembali.
Politeknik Negeri Bandung
II-4
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
2.2 Motor Listrik
Dalam alat fisio terapi treadmill ini diperlukan penggerak, penggerak yang di
pilih adalah motor listrik AC.
Motor AC adalah Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang
membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik
memiliki dua buah bagian dasar listrik: stator dan rotor. Keistimewaan umum dari
semua motor AC adalah medan magnet putar yang diatur dengan lilitan stator.
Konsep ini dapat diilustrasikan pada motor tiga-fase dengan mempertimbangkan
tiga kumparan yang diletakkan bergeser 120o satu sama lain. Masing-masing
kumparan dihubungkan dengan satu fase sumber daya tiga-fase. Apabila arus tigafase melalui lilitan tersebut, terjadi pengaruh medan magnet berputar melalui
bagian dalam inti stator. Kecepatan medan magnet putar tergantung pada jumlah
kutub stator dan frekuensi sumber daya. Kecepatan itu disebut kecepatan sinkron.
Motor arus bolak-balik diklasifikasikan berdasarkan prinsip pengoperasian
sebagai:
1. Motor induksi.
2. Motor Sinkron.
Pemilihan daya motor diperhitungkan berdasarkan kebutuhan, adapun cara
untuk menghitung daya motor yang diperlukan sebagai berikut.
(2.1)
Dengan
adalah daya motor,
adalah gaya gesek maksimal yang terjadi dan
V adalah kecepatan maksimal yang terjadi.
Gambar 2.3 Motor AC
Politeknik Negeri Bandung
II-5
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
2.3 Konveyor
Konveyor atau ban berjalan adalah ban atau sabuk yang terhubung ke dua atau
lebih poros yang berputar yang digunakan untuk mengangkut material. Satu atau
lebih katrol terhubung ke motor sehingga akan menggerakkan rangkaian ban atau
sabuk tersebut.
Gambar 2.4 Konveyor
Gaya konveyor harus diperhitungkan untuk memilih jenis konveyor yang
dibutuhkan, cara untuk menentukan gaya konveyor adalah sebagai berikut.
driver
driven
(2.2)
)
(2.3)
(2.4)
Dengan
adalah gaya total yang terjadi.
Politeknik Negeri Bandung
II-6
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
2.4 Poros
Dalam alat fisio terapi treadmill ini dibutuhkan poros untuk transmisi dan
poros untuk conveyor.
Definisi dari poros adalah suatu bagian yang beputar, biasanya berpenampang
bulat dimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pulley, flywheel,
engkol, sprocket dan elemen pemindah lainnya. Poros bisa menerima beban
lenturan, beban tarikan, beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendirisendiri atau berupa gabungan satu dengan lainnya, adapun pembagian poros
seperti ini.(Josep Edward Shigley, 1983)
Poros transmisi lebih dikenal dengan sebutan shaft. Shaft akan mengalami
beban puntir berulang, beban lentur berganti ataupun kedua-duanya. Pada shaft,
daya dapat ditransmisikan melalui gear, belt pulley, sprocket rantai, dll.
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam pemilihan poros adalah :
1. Kekuatan Poros
Poros transmisi akan menerima beban puntir (twisting moment), beban
lentur (bending moment) ataupun gabungan antara beban puntir dan lentur.
Dalam perancangan poros perlu memperhatikan beberapa faktor, misalnya
kelelahan,
tumbukan
dan
pengaruh
konsentrasi
tegangan
bila
menggunakan poros bertangga ataupun penggunaan alur pasak pada poros
tersebut. Poros yang dirancang tersebut harus cukup aman untuk menahan
beban-beban tersebut.
2. Kekakuan Poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup aman dalam
menahan pembebanan tetapi adanya lenturan atau defleksi yang terlalu
besar akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas), getaran
mesin (vibration) dan suara (noise). Oleh karena itu disamping
memperhatikan kekuatan poros, kekakuan poros juga harus diperhatikan
dan disesuaikan dengan jenis mesin yang akan ditransmisikan dayanya
dengan poros tersebut.
Politeknik Negeri Bandung
II-7
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
Untuk menghitung diameter poros dengan beban puntir, dapat diperoleh
persamaan sebagai berikut :
T 

J R
(2.5)
Keterangan :
T
= Torsi yang terjadi
τ
= Tegangan geser yang terjadi
R
= Jari-jari (m)
J
= Momen inersia polar
J

32
d4


do
32
4
 di 4

d /2.T
T



 .d 4 
4
d /2
32

 / 32 . d
(2.6)
16
 5,1 
 d3 
.T  d   .T
 .


1/ 3
(2.7)
Dari persamaan (2.3) didapatlah rumus untuk menghitung diameter poros pejal
sebagai berikut :
 5,1

ds  
. Kt . Cb . T 
 a

1/ 3
(2.8)
2.5 Transmisi
Sistem transmisi, dalam otomotif, adalah sistem yang berfungsi untuk konversi
torsi dan kecepatan (putaran) dari mesin menjadi torsi dan kecepatan yang
berbeda-beda untuk diteruskan ke penggerak akhir. Konversi ini mengubah
kecepatan putar yang tinggi menjadi lebih rendah tetapi lebih bertenaga, atau
sebaliknya.
Dalam pemilihan sistem transmisi ada hal-hal yang perlu diperhatikan
antaranya daya yang akan ditransmisikan, batas maksimum kecepatan, dll.
2.5.1
Toothed Belt
Sabuk dengan gigi yang digerakan dengan sprocket pada jarak pusat sampai
mencapai dua meter dan meneruskan putaran secara tepat dengan perbandingan
antara 1:1 sampai 6:1. Batas maksimum kecepatan sabuk gilir kurang lebih 35 m/s
dan daya yang dapat ditransmisikan adalah sampai 60 kW.
Politeknik Negeri Bandung
II-8
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
2.5.2
V-Belt
Belt yang berpenampang trapesium, terbuat dari tenunan dan serat-serat yang
dibenamkan pada karet kemudian dibungkus dengan anyaman dan karet;
digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros yang satu ke poros yang
lainnya melalui pulley yang berputar dengan kecepatan sama atau berbeda.
Belt yang dugunakan pada alat ini adalah V-belt, karena daya yang
ditransmisikan hanya sebesar satu HP, tidak berisik, lebih murah, dan mudah
pemeliharaanya.
Gambar 2.5 V-belt
2.6 Bantalan
Bantalan atau yang biasa disebut bearing adalah suatu komponen yang
berfungsi untuk mengurangi gesekan pada mesin atau komponen-komponen yang
bergerak dan saling menekan antara satu dengan yang lainnya.
Bila gerakan dua permukaan yang saling berhubungan terhambat, maka akan
menimbulkan panas. Hambatan ini dikenal sebagai gesekan (friction). Gesekan
yang terus menerus akan menyebabkan panas yang makin lama semakin
meningkat dan menyebabkan keausan pada komponen tersebut. Gesekan yang
tidak terkontrol dapat menyebabkan kerusakan pada komponen dan alat tidak bisa
bekerja.
Bearing digunakan untuk menahan / menyangga komponen-komponen yang
bergerak. Bearing biasanya dipakai untuk menyangga perputaran pada shaft,
dimana terjadi sangat banyak gesekan.
Politeknik Negeri Bandung
II-9
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
2.6.1
Bantalan Luncur
Pada journal bearing terjadi gesekan luncur antara poros dengan journal
bearing, karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan journal bearing
dengan perantaraan lapisan pelumas.
Gambar 2.6 Bantalan Luncur
2.6.2
Bantalan Gelinding
Pada roller bearing terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar
dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding (ball, roll).
Gambar 2.7 Bantalan gelinding dengan elemen gelinding bola
Politeknik Negeri Bandung
II-10
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
2.7 Kontrol
Pada alat fisio terapi treadmill ini diaplikasikan sistem kontrol sederhana yaitu
terdapat kontaktor, push button, dan emergency stop button.
2.7.1
Variable Speed Drive sistem Inverter
Aplikasi variable speed banyak diperlukan dalam industri. Jika sebelumnya
banyak dipergunakan sistem mekanik, kemudian beralih ke motor slip/
pengereman maka saat ini banyak menggunakan semikonduktor. Tidak seperti
softstarter yang mengolah level tegangan, inverter menggunakan frekuensi
tegangan masuk untuk mengatur kecepatan motor. Seperti diketahui, pada kondisi
ideal (tanpa slip).
Gambar 2.8 Diagram frekuensi terhadap waktu
RPM = 120 .f
(2.9)
P
Dimana:
RPM
: Speed Motor (Rpm)
f
: Frekuensi (Hz)
p
: Kutup motor (pole)
Jadi dengan memainkan perubahan frekuensi tegangan yang masuk pada
motor, kecepatan akan berubah. Karena itu inverter disebut juga Variable
Frequency Drive.
Politeknik Negeri Bandung
II-11
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
Gambar 2.9 Blok diagram inverter
Prinsip kerja inverter yang sedehana adalah :
1. Tegangan yang masuk dari jala-jala 50 Hz dialirkan ke board Rectifier/
penyearah DC, dan ditampung ke bank capacitor. Jadi dari AC di jadikan
DC.
2. Tegangan DC kemudian diumpankan ke board inverter untuk dijadikan
AC kembali dengan frekuensi sesuai kebutuhan. Jadi dari DC ke AC yang
komponen utamanya adalah semikonduktor aktif seperti IGBT. Dengan
menggunakan frekuensi carrier (bisa sampai 20 kHz), tegangan DC
dicacah dan dimodulasi sehingga keluar tegangan dan frekuensi yang
diinginkan.
Pengontrolan start, stop, jogging, dll bisa dilakukan dengan dua cara yaitu via
local dan remote. Local maksudnya adalah dengan menekan tombol pada keypad
di inverternya. Sedangkan remote dengan menghubungkan terminal di board
control dengan tombol eksternal seperti push button atau switch. Masing masing
pilihan tersebut mempunyai kelemahan dan keunggulan sendiri sendiri.
Politeknik Negeri Bandung
II-12
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
2.7.2
Push Button dan Emergency Stop Button
Switch Push Button adalah saklar tekan yang berfungsi untuk menghubungkan
atau memisahkan bagian – bagian dari suatu instalasi listrik satu sama lain (suatu
sistem saklar tekan push button terdiri dari saklar tekan start. Stop reset dan saklar
tekan untuk emergency. Push button memiliki kontak NC (normally close) dan
NO (normally open),yang mana bentuk fisik jenis push button dapat dilihat pada
gambar berikut ini :
Gambar 2.10 Push Button
Sedangkan untuk emergency stop button yang digunakan adalah push button
juga namun dengan pemakaian normally close setelah pemakaian push button
normally open sehingga listrik tidak akan mengalir pada mulanya. Namun karena
emergency stop button ini normally close maka pada saat di tekan maka arus
listrik yang mengalir akan sepenuhnya terputus.
Gambar 2.11 Emergency Stop Button
Politeknik Negeri Bandung
II-13
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
2.8 Pengelasan
SMAW adalah suatu proses penyambungan dua keping logam atau lebih,
dilakukan pada logam yang sama atau pada logam yang tidak sama menjadi suatu
sambungan yang tetap (permanen), dengan menggunakan sumber panas listrik dan
bahan tambah/pengisi berupa elektroda terbungkus
.
Gambar 2.12 Mesin las listrik
Pada proses las elektroda terbungkus, busur api listrik yang terjadi antara
ujung elektroda dan logam induk (base metal) akan menghasilkan panas. Panas
inilah yang mencairkan ujung elektroda (kawat las) dan benda kerja secara
setempat. Dengan adanya pencairan ini maka kampuh las akan terisi oleh logam
cair yang berasal dari elektroda dan logam induk, terbentuklah kawah cair, lalu
membeku maka terjadilah logam las-an dan terak (slag).
Parameter pengelasan :
1. Panjang busur
2. Voltage
3. Arus (Current)
Politeknik Negeri Bandung
II-14
Rancang Bangun Alat Fisio Terapi Treadmill dengan Beban Maksimum 80Kg
Tabel 2.1 Diameter elektroda, ketebalan benda kerja dan besarnya arus
Diameter
elektroda
(inch)
Ketebalan benda
Arus
(ampere)
kerja (inch)
Sumber : Modul pelatihan “Las (welding)” Politeknik Negeri Bandung
2.9 Proses Pemesinan
Proses pemesinan adalah salah satu proses yang diperlukan untuk membuat
salah satu komponen pada alat fisio terapi treadmill ini, komponen yang akan
diproses pemesinan yaitu poros. Poros tersebut diproses pemesinan dengan
menggunakan mesin bubut sebagai medianya. Mesin Bubut adalah suatu mesin
perkakas yang digunakan untuk memotong benda yang diputar. Bubut sendiri
merupakan suatu proses pemakanan benda kerja yang sayatannya dilakukan
dengan cara memutar benda kerja kemudian dikenakan pada pahat yang
digerakkan secara translasi sejajar dengan sumbu putar dari benda kerja.
Gambar 2.13 Mesin Bubut
Politeknik Negeri Bandung