BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang Masalah
Pecinta jajanan tradisional Indonesia pasti tidak asing lagi dengan keripik pisang. Jajanan ini sangat mudah kita jumpai di pasaran. Keripik pisang mrupakan produk makanan ringan yang dibuat dari olahan irisan buah pisang. Tujuan pengolahan pisang menjadi keripik pisang adalah untuk memberikan nilai tambah dan meningkatkan kemanfaatan buah pisang. Meningkatnya permintaan pasar akan keripik pisang membuat sejumlah industri rumah tangga memproduksi jajanan berbahan baku pisang ini sebagai sebuah usaha. Proses pengolahan keripik pisang tergolong mudah dan tidak membutuhkan banyak uang. Prosedur pengolahan keripik pisang terdiri dari beberapa kegiatan meliputi penyiapan bahan baku, penyiapan peralatan, pengirisan pisang, pencucian dan perendaman irisan pisang, penggorengan, pemberian bumbu, pengemasan dan penyimpanan.
Kualitas keripik pisang ditentukan oleh tiga faktor utama yaitu rasa, kerenyahan dan bentuk irisan yang tidak pecah / rusak sehingga mampu menarik minat para konsumen. Cara mengiris pisang merupakan salah satu kendala utama dalam menghasilkan keripik pisang yang berkualitas. Kebanyakan industri keripik pisang masih menggunakan cara manual, dengan menggunakan pisau untuk mengiris pisang, sehingga hasil irisan tidak optimal. Disamping itu, ada beberapa home industry yang menggunakan pisau yang diletakkan pada piringan berputar. Jika pisang masih panjang, proses pengirisan dapat dilakukan dengan mudah. Akan tetapi jika pisang sudah pendek (karena sudah diiris), maka irisan pisang yang dihasilkan kurang baik dan banyak yang sobek. Kualitas bentuk dan geometri irisan pisang sangat tergantung dari kondisi dan keterampilan operatornya. Oleh karena itu, selain kurang higienis, ketebalan irisan pisang yang dihasilkan tidak seragam. Padahal ketebalan irisan sangat mempengaruhi kerenyahan dari keripik pisang. Sehingga dibutuhkan suatu mesin produksi dalam pengiris pisang agar lebih cepat dan akurat dalam pengirisan. Untuk itu, perlu dilakukan perancangan mesin pengiris pisang yang mampu menghasilkan irisan pisang dengan ketebalan yang seragam, lebih higienis, aman, serta dapat meningkatkan kapasitas produksi.
Dalam pembuatan sebuah mesin pengiris pisang ini dibutuhkan pemilihan bahan yang tepat dan akurat, sehingga mesin ini mampu bekerja secara optimal. Mesin ini juga didesain secara sederhana sehingga mempermudah dalam proses pengoperasiannya. Untuk mencapai hal tersebut, maka dalam perancangan dibutuhkan ketelitian dan perencanaan yang matang. Agar mesin yang dihasilkan mampu beroperasi secara maksimal.
Identifikasi Masalah
Dengan melihat latar belakang di atas, dapat diidentifikasi masalah diantaranya :
Proses pembuatan rangka mesin pengiris pisang yang kuat.
Proses pembuatan poros yang presisi.
Proses pembuatan pulley yang presisi.
Proses pembuatan V-belt yang presisi.
Proses pembuatan pisau yang presisi.
Proses pembuatan pasak yang presisi.
Proses pembuatan pencekam benda kerja yang kuat.
Proses pengujian mesin pengiris pisang untuk mengetahui kinerja dari mesin.
Batasan Masalah
Melihat luasnya permasalahan dalam membuat rancang bangun mesin pengiris pisang, maka perlu ada batasan masalah guna memudahkan dalam pemahaman dan pembahasan yang lebih terarah. Maka penulisan difokuskan pada masalah yang meliputi :
a. Analisa perencanaan mesin pengiris pisang untuk usaha menenggah keatas.
b. Perencanaan daya transmisi mesin pengiris pisang.
Rumusan Masalah
Dari uraian latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahan yang dihadapi dalam rancang bangun mesin pengiris pisang, meliputi :
Bagaimanakah rancang bangun dari mesin pengiris pisang?
Bagaimanakah merencanakan kontruksi/komponen dari mesin pengiris pisang yang meliputi :
a). Daya motor
b). Sabuk dan Pulley
c). Poros
d). Pasak
e). Bantalan
Tujuan
Rancang bangun mesin pengiris pisang ini mempunyai tujuan diantaranya:
Dapat membuat desain mesin pengiris pisang.
Dapat membuat perhitungan masing-masing konstruksi/komponen mesin gilingan tebu yang diantaranya meliputi:
Daya motor
Sabuk dan Pulley
Poros
Pasak
Bantalan
Manfaat
Adapun manfaat yang dapat diperoleh adalah :
Bagi mahasiswa, adalah:
Merupakan implementasi ilmu yang telah diberikan selama duduk dibangku kuliah.
Salah satu bekal pengalaman ilmu untuk mahasiswa sebelum terjun ke dunia industri, sebagai modal persiapan untuk dapat mengaplikasikan ilmu yang telah diberikan.
Bagi Lembaga Pendidikan, adalah:
Merupakan pengembangan ilmu dan pengetahuan (IPTEK) yang tepat guna dalam hal menciptakan ide untuk menghasilkan suatu alat yang baru.
Merupakan inovasi awal yang dapat dikembangkan kembali dikemudian hari dengan lebih baik.
Bagi Dunia Industri, adalah:
Merupakan bentuk kreativitas mahasiswa yang dengan diciptakannya alat/mesin ini diharapkan mampu menghasilkan produksi yang lebih cepat dan menggunakan tenaga yang sedikit.
Memacu masyarakat untuk berfikir secara dinamis dalam memanfaatkan teknologi tepat guna dalam kehidupan sehari-hari.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Motor Listrik
Motor listrik adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Pada dasarnya motor listrik digunakan untuk menggerakkan elemen mesin, seperti pulley, poros, dan sudu lempar (Pratomo, 1983). Bagian yang terpenting adalah stator. Stator adalah rumah/kerangka motor yang terbuat dari baja plat atau besi cor. Motor listrik dapat dibedakan menjadi dua yaitu: motor listrik arus bolak-balik (AC) dan motor listrik arus searah (DC).
Motor listrik arus bolak-balik (AC) diklasifikasikan dengan dasar prinsip pengoperasian sebagai motor asinkron (induksi) atau motor sinkron. Motor induksi adalah jenis motor dimana tidak ada tegangan eksternal yang diberikan pada rotornya, tetapi arus pada stator menginduksikan tegangan pada celah udara dan pada lilitan rotor untuk menghasilkan arus rotor dan medan magnet. Medan magnet stator dan rotor kemudian berinteraksi dan menyebabkan rotor motor berputar. Gambar di bawah ini menunjukkan gambar dari motor induksi.
Gambar Motor Induksi
Motor listrik memiliki 2 komponen listrik utama yaitu:
1. Rotor, motor induksi menggunakan 2 jenis rotor:
a. Rotor sangkar tupai, terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slot paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.
b. Rotor belitan, yang memiliki gulungan 3 fasa, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fasa digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
b. Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dan slots untuk membawa gulungan tiga fasa. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat.
Klasifikasi Motor Induksi
Motor induksi dapat diklsifikasikan menjadi dua kelompok utama, yaitu:
Motor induksi satu fasa. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fasa, meiliki sebuah motor sangkar tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4HP.
b. Motor induksi tiga fasa. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fasa yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat berupa sangkar tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor sangkar tupai), dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini. Sebagai contoh pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik, dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 atau ratusan HP.
Motor induksi tiga fasa membuat medan putar yang dapat menstart motor, motor satu fasa memerlukan alat pembantu starting. Pada saat motor induksi satu fasa berputar, motor membangkitkan medan magnet putar. Motor induksi satu fasa lebih besar ukurannya untuk HP yang sama dibandingkan dengan motor tiga fasa, motor satu fasa mengalami pembatasan pemakaian dimana daya tiga fasa tidak ada. Apabila berputar, torsi yang dihasilkan oleh motor satu fasa adalah berpulsa dan tidak teratur, yang mengakibatkan faktor daya dan efisiensi yang rendah dibandingkan dengan motor banyak fasa.
Prinsip Kerja Motor Induksi
Prinsip kerja dari motor induksi adalah sebagai berikut :
1. Apabila sumber tegangan 3 fasa dipasang pada kumparan stator, maka akan timbul medan putar dengan kecepatan ns= 120f/P
Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.
Akibatnya pada kumparan rotor timbul ggl induksi sebesar: E2s = 4,44 f2N2 (untuk satu fasa) E2s adalah tegangan induksi pada saat rotor berputar.
Karena kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, ggl (E) akan menghasilkan arus (I).
Adanya arus (I) di dalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor.
Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.
Seperti telah dijelaskan pada (3) tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan berputar rotor (nr).
Perbedaan kecepatan antara nr dan ns disebut slip (S) dinyatakan dengan:
S = (ns-nr)/ns × 100%
Bila nr = ns , tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan ditimbulkan apabila nr lebih kecil dari ns.
Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga motor tak serempak atau asinkron.
Perencanaan daya motor
Untuk menghitung daya motor terlebih dahulu mendefiniskan daya yaitu :
Daya = (Usaha kerja)/Waktu
Daya motor dihitung dengan ; P = T.ω
Dimana F = m.g
Dan T = F.L
Sedangkan ω = (2 π n)/60
Atau P =T . (2.π.n)/60 ( R.S.Khurmi, Machine Design, hal :12 )
Atau bisa juga dihitung dengan rumus ; P = F.v
Dimana v = ω.R
Dimana : P = daya yang diperlukan ( watt )
T = Torsi (N.m)
ω= Kecepatan sudut ( rad / menit)
n = Putaran motor (rpm)
R = jari jari (m)
maka daya rencana ; Pd = P. Fc ( Sularso, Elemen Mesin, hal :7 )
dimana : Pd = Daya rencana (watt)
P = Daya yang diperlukan (watt)
Fc = Faktor koreksi
Sabuk dan Pulley
Jarak yang cukup jauh yang memisahkan antara dua buah poros mengakibatkan tidak memungkinkannya mengunakan transmisi langsung dengan roda gigi. V-belt merupakan sebuah solusi yang dapat digunakan. V-belt adalah salah satu transmisi penghubung yang terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Dalam penggunaannya V-belt dibelitkan mengelilingi alur puli yang berbentuk V pula. Bagian belt yang membelit pada puli akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar (Sularso, 1991:163). V-belt banyak digunakan karena V-belt sangat mudah dalam penangananya dan murah harganya. Selain itu V-belt juga memiliki keungulan lain dimana V-belt akan menghasilhan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah serta jika dibandingkan dengan transmisi roda gigi dan rantai, V-belt bekerja lebih halus dan tak bersuara.
Gambar 2. Penampang V-belt
Penampang V-belt dapat diperoleh atas dasar daya rencana dan putaran poros pengerak. Daya rencana dihitung dengan mengalikan daya yang diteruskan dengan faktor koreksi. Transmisi V-belt hanya dapat menghubungkan poros-poros yang sejajar dengan arah putaran yang sama. V-belt selain juga memiliki keungulan dibandingkan dengan transmisi-transmisi yang lain, V-belt juga memiliki kelemahan dimana V-belt dapat memungkinkan untuk terjadinya slip. Oleh karena itu, maka perencanaan V-belt perlu dilakukan untuk memperhitungkan jenis sabuk yang digunakan dan panjang sabuk yang akan digunakan. Perhitungan yang digunakan dalam perancangan V-belt antara lain
Perhitungan sabuk-v dapat diamati melalui gambar 4.2.
Gambar 4.2. Gambar Pulli dan Sabuk-V
Menghitung daya rencana (Pd) :
Pd = ƒc.P (KW) (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1997:7)
Menghitung momen rencana (T) :
T1= 9,74 × 105 (Pd/n"1" )(kg.mm) (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1997:7)
Hitungan diameter poros (ds) :
ds = {(5,1/τα) Kt.Cb.T}1/3 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:8)
Kecepatan sabuk (υ) :
υ = (π dp n1)/(60 ×1000) (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:166)
Jarak sumbu poros :
C >(dk+Dk)/2 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:176)
Panjang sabuk υ :
L = 2C + π/2(dp +Dp) + 1/4C(Dp – dp)2 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:170)
Jarak sumbu poros C :
C = (b+ √(b^2-8(Dp - dp)^2 ))/8 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:170)
Sudut kontak θ :
Gambar 4.3, Sudut Kontak
θ = 180o - (57(Dp - dp))/C (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:173)
Jumlah sabuk ( N ):
N = Pd/PoKθ (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:173
Poros
Poros adalah tulang punggung mesin. Poros ini merupakan salah satu bagian yang terpenting dalam suatu mesin. Hampir setiap mesin meneruskan tenaga bersama-sama putaran menggunakan poros sebagai alat pemindahnya. Poros ini harus mampu menahan getaran yang timbul dan gaya yang timbul akibat putaran yang tinggi. Dengan demikian tenaga yang terjadi diusahakan sekecil mungkin sesuai dengan konstruksi itu.
Fungsi poros dibedakan menjadi dua yaitu (1) poros sebagai pemikul atau gandar. Contoh poros kereta dorong, poros roda kereta api, poros roda sepeda dan sebagainya. Beban utama poros adalah bengkokan, sedangkan adanya beban yang lain hal merupakan beban ikutan. (2) Poros penerus daya atau poros transmisi. Cara penerusannya dilakukan dengan gerak utama putar, lurus atau gabungan. Contoh poros mesin transportasi, poros mesin-mesin produksi dan sebagainya. Poros transmisi yang relatif pendek disebut spindel. Contoh poros kepala tetap pada mesin bubut atau yang lain. Beban utama poros transmisi adalah gabungan antara beban bengkok dengan beban puntir atau yang lain.
1. Beberapa Hal Penting Untuk Poros
Hal-hal seperti kekuatan, kekakuan, putaran kritis, korosi dan masalah bahan, merupakan bagian penting yang perlu diperhatikan dalam perhitungan poros. Poros untuk mesin umum, kebanyakan terbuat dari baja karbon konstruksi mesin, sedangkan poros-poros mesin untuk meneruskan beban berat dengan putaran tinggi, biasanya terbuat dari baja padu dengan pengerasan kulit.
Poros Pada Beban Lenkung murni
Poros dan roda dalam Gambar 5.8 disambung tetap, beban poros bengkokan murni. Bergeraknya roda bersama poros akan menyebabkan bertambahnya tegangan pada poros. Faktor tambahan tegangan tersebut (m) antara 1,1 ÷ 1,3. Menurut JIS E4501 diberikan rumus-rumus perencanaan seperti berikut.
M1 = F/4(l2 – l1) ……………………………………………….. (8)
M2 = αv . M1 ………………………………………………….. (9)
Fh = αh . F …………………………………………………..... (10)
Qh = F (h/l2) ………………………………………………........ (11)
Ro = Ph (h + r)/l1 …………………………………………….... (12)
M3 = Rh.r + Qo (l + l3) – Ro (l + l3) – (l2 – l1)/2 …………...... (13)
Gambar 5.8. Gandar pada beban bengkok.
Qo = reaksi bantalan terhadap beban horisontal
Ro = reaksi telapak roda terhadap beban horisontal
Harga αv dan αh tergantung kecepatan lari seperti yang terdapat dalam Tabel 5.1.
Tegangan bengkok ijin untuk bahan gandar pada dudukan roda terhadap kelelahan diberikan dalam Tabel 5.2.
Tabel 5.1. Faktor kecepatan
Kecepatan kerja km/jam αv αh
120 atau kurang
120 – 160
160 – 190
190 – 210 0,4
0,5
0,6
0,7 0,3
0,4
0,4
0,5
1EM Sularso 1990
Tabel 5.2. Tegangan ijin bahan gandar
Bahan gandar Tegangan σb ijin kg/mm2
Kelas 1
Kelas 2
Kelas 3
Kelas 4 10,0
10,5
11,0
15,0
2EM Sularso 1990.
Tegangan bengkok σb dan ukuran diameter poros ds dapat dihitung dengan persamaan,
Mb Mb 10,2 Mb
σb ≥ ----- = ---------- = ---------- kg/mm2 …………………….. (14)
Wb (π/32)ds3 ds3
10,2 1/3
atau ds = ------ .Mb mm, ..…………………………… (15)
σb
Dikaitkan dengan ketentuan–ketentuan tersebut di atas, poros harus menahan tiga momen, maka tegangan bengkok ijin pada rumus (14) dan diameter poros rumus (15) dapat berubah menjadi,
10,2. m (M1 + M2 + M3)
σb = ------------------------------ kg/mm2 ………………………….. (16)
ds3
10,2 1/3
ds ≥ --------- . m (M1 + M2 + M3 mm, ......………………………… (17)
σb ijin
b. Poros Pada Beban Lengkung dan Puntir
Poros transmisi yang meneruskan daya melalui sabuk, rantai dan roda gigi, Gambar 5 10, biasanya beban pada poros merupakan beban gabungan antara beban lengkung dan beban puntir. Tegangan yang terjadi akibat beban lengkung, σb = Mb/Wb dan tegangan puntir yang merupakan tegangan geser akibat beban puntir τw = T/Ww.
Gambar 5.10. Poros pada beban lengkung dan puntir.
Dalam persamaan tersebut, Mb = momen bengkok kg.mm, Wb = tahanan bengkok, untuk penampang bulat, Wb = π/32 ds3 ≈ 0,1 ds3, sedangkan T = torsi atau momen puntir kg.mm, Ww = tahanan puntir, untuk penampang bulat Ww = π/16 ds3 ≈ 0,2 ds3. Untuk poros yang berasal dari baja liat, tegangan geser maksimal dapat dihitung denga rumus,
( σ2 + 4τ2)1/2
τw maks. = --------------- kg/mm2 .................................... (18)
2
Pada poros bulat pejal tegangan geser maksimalnya dapat dihitung dengan rumus,
τw maks. = (5,1/ds)(M2 + T2)1/2 kg/mm2 ............................ (19)
Bila ds diameter poros mm, l panjang poros mm, T torsi atau momen puntir = (F2 – F1).r
kg.mm, G modulus geser poros kg/mm2, besar sudut puntir penampang poros dapat
dihitung dengan rumus,
T.l
θ = 584 ------- derajad .................................................... (20)
G.ds4
G baja = 8,3 x 103 kg/mm2, besar sudut puntir ijin maksimal 0,25o
Kekakuan poros perlu diperiksa, sudut lentur ijin maksimal (0,3 – 0,35)o/m. Besar sudut lentur poros yang ditumpu pada bantalan yang mapan sendiri, dapat ditentukan dengan persamaan,
F.l1.l2
y = 3,23 x 10-4 -------- mm ......................................... (21)
ds4.l
sedangkan putran kritisnya dapat ditentukan dengan persamaan,
ds2 l
nk = 52700 ------ (--- )1/2 rpm ...................................... (22)
l1.l2 F
c. Poros Pada Tiga Tumpuan
Pembebanan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5.14, poros ditumpu pada tiga bantalan dengan reaksi di R1, R2, dan R3 dengan keadaan yang homogin. Untuk menentukan R2, dilakukan dengan cara menghitung jarak lentur poros tanpa R2 dan jarak lentur poros tanpa beban , akibat R2. Hasil kedua lenturan tersebut kalau dipersamakan
maka besar R2 dapat diketahui. Setelah besar R2 diperoleh, dapat dihitung ukuran diameter porosnya.
a a
R1 R2 R3
F F
l
Gambar 5. 14. Poros dengan tiga tumpuan.
Pasak
Pasak adalah suatu elemen mesin yang digunakan untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sprocket, puli, kopling, dll pada poros. Momen diteruskan dari poros ke naf atau dari naf ke poros.
Sebagai contoh ambillah suatu poros yang dibebani dengan puntiran murni atau gabungan antara puntiran dan lenturan, dimana diameter poros dan pasak serta alurnya akan ditentukan.
Gaya tangensial pada permukaan poros :
(Sularso dan Kiyokatsu Suga,1997:25)
T = Momen rencana poros (Kg.mm)
Ds = Diameter poros (mm)
Perhitungan tegangan geser yang ditimbulkan
(Sularso dan Kiyokatsu Suga,1997:25)
Dari tegangan geser yang diizinkan Tka, panjang pasak dapat diperoleh :
(Sularso dan Kiyokatsu Suga,1997:25)
Bantalan
Pada mesin, bantalan berperan sebagai pondasi pada sebuah bangunan.Jadi bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga puntiran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan berumur panjang.Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik, maka prestasi seluruh sistem akan menurun. Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
Atas Dasar Gerakan Bantalan Terhadap Poros
Bantalan luncur
Pada bantalan ini terjadi gerakan luncur antara poros dan bantalan, karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan pelapisan pelumas.
Bantalan gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum, dan rol bulat.
Atas Dasar Arah Beban Terhadap Poros
Bantalan radial
Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros.
Bantalan gelinding khusus
Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
Bantalan aksial
Arah beban yang ditumpu bantalan ini sejajar dengan sumbu poros.
Jenis bantalan yang digunakan pada mesin umumnya yaitu bantalan gelinding khusus Karena sesuai fungsinya yaitu dapat menumpu beban radial dan sedikit beban aksial.
Gambar 2.6 Macam-Macam Bantalan Gelinding
Beban ekuivalen dinamis P (kg) dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Bantalan radial:
Pr = (x . v . Fr) + (y . Fa) (sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:135)
Bantalan aksial:
Pr = (x . Fr) + (y . Fa) (sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:135)
Dimana:
x = faktor beban radial
v = faktor beban puntir pada cincin dalam
Fr = gaya radial (kg)
y = faktor beban aksial
Fa = gaya aksial (kg)
Faktor umum yang diperlukan (fh):
(sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:136)
Beban nominal dinamis spesifik yang diperlukan (C):
(kg) (sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:136)
Dengan data diameter poros (ds) dan C maka diperoleh umur bantalan yang sebenarnya (lh):
(jam) (sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:136)
BAB III
DESAIN GAMBAR
Desain Mesin
Gambar 3D rancang bangun mesin pengiris pisang.
BAB IV
PERHITUNGAN
Keterangan Bagian-Bagian Mesin
NO NAMA
1. RANGKA
2. MOTOR LISTRIK
3. PENUTUP PISAU
4. PISAU
5. POROS
6. TEMPAT PISANG
7. PENUTUP POROS
8. PULLEY
9. DUDUKAN BEARING
10. BEARING
BAB IV
PERHITUNGAN
Kapasitas Mesin
Secara umum mesin pengiris pisang ini dirancang dalam 1 menit mesin dapat mengiris pisang sebanyak 1 kg. Maka mesin ini dapat mengiris pisang sebanyak 60 kg dalam waktu 60 menit operasional.
Daya Motor
Untuk dapat menentukan tekanan pada pisau perlu dilakukan penelitian, yaitu dengan cara memberikan beban di atas pisau dan dari beban tersebut dapat diketahui tekanan pada pisau pemotong. Dari percobaan, didapatkan beban 1 kg untuk memotong pisang. Dengan diketahui beban tersebut, maka gaya, torsi dan daya motor dihitung.
Menghitung Gaya
F = m . g
= 1 kg . 9.8 m/s2
= 9.8 N
Menetukan Torsi
T = F . r
= 9.8 N . 0.175 m
= 1.715 Nm
Menghitung Daya Motor
P = (2 π r T)/60
= (2. 3,14 .300 .1,715)/60
= 53,85 watt = 0,072 HP ( 1 watt = 0,00134 HP)
Maka, penentuan motor listrik yang digunakan dalam perencanaan ini adalah motor listrik dengan daya 0,25 HP . karena 0,25 HP > 0,072 HP (baik).
Spesifikasi motor listrik yang digunakan
n = 1400rpm
P = 0,25 HP
Perencanaan sabuk dan pulley
P= 0,25 HP ≈ 0,187 KW ; n1 = 1400rpm ; n2 =300rpm ; i = 1400/300 = 4,7 ; C = 400 mm
Penampang sabuk-V tipe A (Sularso Tabel 5.2 Ukuran Puli-V)
α(o) = 34 Lo = 9,2 K = 4,5
W = 11,95 Ko = 8,0 e = 15,0
f = 10,0
Diameter puli
dmin = 65 (mm)
dp = 65 (mm), Dp = 65 × 4,7 = 305,5 mm
Diameter luar puli (dk, Dk)
dk = dp+ (2 x 4,5) = 65 + (2 x 4,5) = 74 mm
Dk = Dp+ (2 x 4,5) = 305,5 + (2 x 4,5) = 314.5 mm = 315 mm
Kecepatan sabuk (υ) :
υ = (π.dp.n1)/(60 ×1000) (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:166)
υ = (3,14 × 65 × 1400)/(60 ×1000)
υ = 4,76 m/s
4,7 m/s < 30 m/s (baik)
Jarak sumbu poros :
C > (dk+Dk)/2 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:176)
400 > (74+315)/2
400 > 194,5 (baik)
Panjang sabuk υ :
L = 2C + π/2(dp +Dp) + 1/4C(Dp – dp)2 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:170)
L = 2x400 + 3,14/2(65 + 315) + 1/4x400(315 – 65)2
L = 1400,5 mm ≈ 1400 mm
Nomor nominal sabuk υ :
No. 56 inch , L = 1422 mm
Jarak sumbu poros C :
C = (b+ √(b^2-8(Dp - dp)^2 ))/8 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:170)
Dimana, b = 2L – 3,14(Dp + dp)
b = 2x1422 – 3,14(315 + 65)
= 1650,8
C = (1650,8+ √(〖1650,8〗^2-8(315-65)^2 ))/8
C = 392,81 mm ≈ 400 mm
Sudut kontak θ :
Gambar 5.8. Sudut Kontak
θ = 180o - (57(Dp - dp))/C (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:173)
θ = 180o - (57(315 - 65))/400
θ = 144,375o → Kθ = 0,93
Jumlah sabuk N :
N = Pd/PoKθ (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1997:173)
N = (0,2431 )/(1,31 ×0,93)
N = 0,1995 → 1 buah
ΔCi = 20 mm, ΔCt = 50 mm
Sabuk Tipe A, No.56, 1 buah, dk = 74 mm , Dk = 315 mm
Lubang motor ds1 10 mm, lubang ds2 = 12 mm
Jarak sumbu poros 〖400〗_(-20)^(+50)
Perencanaan Poros
P = 0,25 HP . 746 = 187 watt
P = 0,187 KW , n1 = 1400 rpm
Fc = 1,3
Bahan yang digunakan pada poros adalah Baja karbon konstruksi mesin JIS G4501 S30C dengan kekuatan tarik 48kg/mm2
Perhitungan poros penggerak
Daya rencana (Pd) = P x fc
= 0,187 KW x 1,3
= 0,2431 KW
Momen puntir (T) = 9,74 x 105 x Pd/n
= 9,74 x 105 x (0,2431 kw)/(1400 rpm)
= 169,128 kg.mm ( pada poros motor )
S30C, σb = 48 kg/mm2 , sf1 = 6,0 , sf2 = 2,0
Tegangan geser ijin (τa) = (48 kg/mm2)/6.0x2.0
= 4 kg/mm2
Cb = 2,0 kt = 2
Kt = 2 (untuk beban tumbukan),
Cb = 2 (untuk beban lenturan)
Diameter poros penggerak motor ( ds ) = [ 5,1/τa x Cb x kt x T]1/3
= [ 5,1/4 x 2 x 2 x 169,128]1/3
= 9,5 mm ≈ 10 mm
Perhitungan poros yang digerakkan
Momen puntir (T) = 9,74 x 105 x Pd/n
= 9,74 x 105 x 0,2431/300
= 789,26 kg.mm
Baja S35C , σb = 55kg/mm2 , Sf 1= 6 , Sf2 = 2
Tegangan geser ijin (τa) = (55 kg/mm2)/6,0x2,0
= 4,6 kg/mm2
Diameter poros pemotong ( ds ) = [ 5,1/τa x Cb x kt x T]1/3
= [ 5,1/4,6 x 2 x 2 x 789,26]1/3
= 15,18 mm ≈ 15 mm
Perencanaan Pasak
Bahan yang digunakan adalah baja ST37 σb = 37 kg/mm2 , sf1 = 6,0 , sf2 = 2,0
Tegangan geser ijin (τka) = (37 kg/mm2)/6.0x2.0
=3,08 kg/mm2
Cb = 2,0 kt = 2
Pasak pada poros motor listrik
F = T/(ds/2)
F = (169,128 )/(12/2)
F = 28,1 kg
Penampang pasak 15 mm x 4 mm
Kedalaman alur pasak pada poros t1 = 3 mm
Kedalaman alur pasak pada naf t2 = 3 mm
Harga pa yang di ijinkan adalah 8 kg/mm2
Tegangan geser yang timbul (τk) = F/bl
= 28,1/4x15
= 0,46 kg/mm2
τka = F/bl1
3,08 = 28,1/(4 l1)
l1 = 2,3 mm ≈ 2,5 mm
p = F/tl2
p = 28,1/(3 l2)
8 = 28,1/(3 l2)
l2 = 1,2 mm ≈ 1,5 mm
L = 2,5 mm
Panjang pasak (Lk) =19 mm
b⁄ds = 4⁄12 = 0,33 ; 0,25 < 0,33 < 0,35 (baik)
lk⁄ds = 15⁄12 = 1,25 ; 0,75 < 1,25 ≤ 1,5 (baik)
Ukuran pasak 4 x 4(standart)
Panjang pasak aktif 19 mm
Bahan pasak ST37
Pasak pada poros pisau
F = T/(ds/2)
F = (789,26 kg.mm )/(15mm/2)
F = 105,23 kg
Penampang pasak 15 x 5
Kedalaman alur pasak pada poros t1 = 3 mm
Kedalaman alur pasak pada naf t2 = 3 mm
Harga pa yang di ijinkan adalah 8 kg/mm2
Tegangan geser yang timbul (τk) = F/bl
= (105,23 kg)/5x15
= 1,40 kg/mm2
τka = F/bl1
3,08 = (105,23 kg)/(5 l1)
l1 = 6,8 mm ≈ 7 mm
p = F/(t l2)
p = 105,23/(3 l2)
8 = 105,23/(3 l2)
l2 = 4,4 mm ≈ 5 mm
L = 7 mm
Panjang pasak (Lk) = 20 mm
b⁄ds = ( 5)⁄15 = 0,35 ; 0,25 < 0,33 ≤ 0,35 (baik)
lk⁄ds = 20⁄15 = 1,24 ; 0,75 < 1,33 < 1,5 (baik)
Ukuran pasak 5 x 5 (standart)
Panjang pasak aktif 20 mm
Bahan pasak ST37
Perhitungan Bantalan
FD = T2/(Dd/2)
= 789,26/(305,5/2)
= 5,2 kg
∑MB = 0
-RVC x 600 + FD x 650 - FA x 50 = 0
-600 RVC + 5,2 kg x 650 – 1 kg x 50 = 0
-600 RVC + 3380 – 50 = 0
-600 RVC + 3330 = 0
-600 RVC = -3330
RVC = 5,5 kg.mm
∑MC = 0
Fd x 50 + 600 x RVB - FA x 650 = 0
5,2 kg x 50 + 600 x RVB – 1 kg x 650 = 0
260 + 600 RVB – 650 = 0
600 RVB – 390 = 0
600 RVB = 390
RVB = 0.65 kg.mm
Mencari momen banding maksimum di daerah A – D
Daerah A – B
Untuk x1 = 0 MA = RA . x1
= 10 kg . 0
= 0
Untuk x1 = 50 MB = RA . x1
= 10 kg . 50 mm
= 500 kg.mm
Daerah B – C
Untuk x = 600 MC = Fc . 600
= 0 . 600
= 0
Daerah C – D
Untuk x = 0 MA = Fd . x
= 5,2 kg . 0
= 0
Untuk x = 50 MA = Fd . x
= 5,2 kg . 50 mm
= 260 kg.mm
Poros ini direncanakan memakai bantalan peluru rel satu baris (bantalan gelinding), bantalan yang direncanakan di poros sambungan pulley adalah 6202 dan memiliki spesifikasi :
Jenis bantalan = Gelinding
Nomor bantalan = 6202
(D) Diameter luar bantalan = 35 mm
(D) Diameter dalam bantalan = 15 mm
(b) Lebar bantalan = 11 mm
(r) jari-jari bantalan = 1 mm
(C) Kapasitas nominal dinamis spesifik = 600 kg
(C) Kapasitas nominal statis = 360 kg
Dan bantalan yang direncanakan memiliki life time minimum 10000 jam.
Perhitungan
P = X . V . Fr + Y . Fa (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1997;135)
Dimana : P = Beban ekivalen (kg)
Fr = Beban radial (kg)
Fa = Beban aksial (kg)
V = Faktor putaran konstanta = 1,0 untuk ring dalam berputar
= 1,2 untuk ring luar berputar
X = Faktor beban radaial
Y = Faktor beban aksial
Menentukan gaya aksial yang terjadi pada titik A sebesar RA
FrA = RA
= 10 kg
Menentukan beban ekivalen dinamis (PR)
PrB = X . V . Fr + Y . FA (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1996; 138)
Karena gaya aksial Fa = 0, maka
Berdasarkan tabel, nilai V = 1 untuk cincin dalam yang berputar dan harga X = 1, maka ; PRA = X . V . Fr = 1 . 1 . 10 = 10 kg
Menentukan beban ekuivalen statis (Po)
Po = FrA
= 10 kg
Menentukan gaya aksial yang terjadi pada titik B sebesar RB
FrB = RB
= 10 kg
Menentukan beban ekivalen dinamis (PR)
Pr = X . V . Fr + Y . Fa (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1996; 138)
Karena gaya aksial Fa = 0, maka
Berdasarkan tabel, nilai V = 1 untuk cincin dalam yang berputar dan harga X = 1, maka ; PrB= X . V . Fr
= 1 . 1 . 10 = 10 kg
Menentukan beban ekuivalen statis (Po)
Po = FrB
= 10 kg
Menentukan beban rata-rata
Pm = √(P&〖Pr〗^(P ).α) (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1996; 138)
Dimana, P=3 untuk bantalan bola dan α=1 karena tanpa variasi beban & putaran
Pm = √(P&〖PrA〗^P .α+ 〖PrB〗^P.α)
= ∛(〖(10)〗^3 .1+ 〖10〗^3.1)
= 12,6
Menentukan faktor kecepatan (Fn)
Fn = [33,3/n4]1/3 (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1996; 136)
= [33,3/300]1/3
= 0,48
Menentukan faktor umur (Fh)
Fh = Fn .C/Pm (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1996; 136)
= 0,48 . 600/12,6
= 22,85
Menentukan umur bantalan (Lh)
Lh = 500 (Fh)3 (Sularso dan Kiyokatsu Suga,1996; 136)
= 500 (22,85)3
= 5965249,5 jam
= (5965249,5 jam)/(24 .360 jam/tahun) = (5965249,5 jam)/(8640 jam/tahun) = 690,5 tahun
Karena umur bantalan melebihi life time minimum maka bantalan aman
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. HASIL
Berdasarkan perhitungan dan perencanaan yang telah di lakukan maka didapatkan spesifikasi mesin pengiris pisang. Adapun spesifikasinya adalah sebagai berikut :
1. Spesifikasi Alat :
a) Material yang akan di gunakan : pisang
b) Kapasitas mesin : 60 kg/jam
c) Sistem transmisi : Sabuk dan Pulley
2. Kontruksi Mesin :
a) Daya motor : 0,25Hp
b) Putaran Motor penggerak : 1400 rpm
c) Putaran rotor penggerak : 300 rpm
3. Sistem Transmisi :
a) Sistem transmisi : Sabuk dan Pulley
b) Ukuran Pulley Penggerak : 65 mm
c) Ukuran Pulley yang digerakkan : 305,5 mm
d) Tipe Sabuk yang dipakai : Tipe A, No.56
e) Panjang sabuk : 1422 mm
f) Jumlah sabuk : 1 buah
4. Poros dan Bantalan :
a) Diameter poros penggerak motor : 10 mm
b) Bahan poros penggerak motor : S30C
c) Diameter poros yang digerakkan : 15 mm
d) Bahan poros sambungan pulley : S35C
e) Bantalan poros : Bantalan gelinding no. 6202
5. Pasak :
a) Ukuran pasak motor : 4 x 4(standart)
b) Panjang pasak motor : 19 mm
c) Bahan pasak motor : ST37
d) Ukuran Pasak penyaring: 5 x 5(standart)
`e) Panjang pasak pisau : 20 mm
f) Bahan pasak penyaring : ST37
B. KESIMPULAN
Proses perancangan dan pembuatan dapat disimpulkan sebagai berikut:
Mesin pengiris pisang ini mampu mengiris hingga rata-rata 60 kg per jamnya.
Perancangan mesin pengiris pisang ini memiliki dimensi yaitu tinggi mesin 700 mm, panjang mesin 600 mm, lebar mesin 450 mm.
Perancangan motor listrik didapatkan hasil daya motor minimum yang dibutuhkan pada perancangan mesin pengiris pisang ini sebesar 0,072 HP. Namun karena adanya kerugian/kehilangan daya dan motor listrik yang tersedia dipasaran maka daya motor listrik yang digunakan pada perancangan mesin pengiris pisang sebesar 0,25 HP.
Hasil perencanaan poros l dengan diameter poros yang digunakan adalah 10 mm (sesuai spek motor pada catalog) dengan bahan poros yang dipakai S30C, untuk poros 2 menggunakan diameter 15 mm dengan bahan poros yang dipakai S35C.
Sistem transmisi digunakan 2 buah pulley dan 1 buah V-belt. Sabuk yang digunakan adalah sabuk tipe A No.56, L = 1422 mm, 1 buah.
Bantalan yang digunakan adalah bantalan gelinding No.6202.
C. SARAN
Perancangan mesin pengiris pisang ini masih jauh dari sempurna, baik dari segi kualitas bahan, penampilan, dan sistem kerja / fungsi. Oleh karena itu, untuk dapat menyempurnakan rancangan mesin ini perlu adanya pemikiran yang lebih jauh lagi dengan segala pertimbangannya. Beberapa saran untuk langkah yang dapat membangun dan menyempurnakan mesin ini adalah sebagai berikut :
Untuk mendapatkan putaran yang lebih cepat dan lebih kuat untuk mengiris agar meningkatkan daya motor yang lebih dengan cara mengganti motor penggerak utama
Kedepannya diharapkan ada perkembangan alat yaitu dengan penambahan kecepatan pengirisan, agar didapatkan hasil yang lebih banyak.
Perawatan alat/mesin harus rutin dilakukan, seperti:
Kestabilan gerak poros dan pelumasan pada bantalan
Pemeriksaan secara berkala pada sabuk V-Belt.
Rutin membersihkan pisau agar tidak tumpul dan tetap tajam.
DAFTAR PUSTAKA
Oka, Satria 2007. Elemen Mesin-Poros . Diakses pada tanggal 8 Desember 2015 dari: http://okasatria.blogspot.co.id/2007/10/engineering-knowledge.html
Arti Kata 2012. Arti dari Ampas . Diakses pada tanggal 10 Desember 2015 dari:http://www.artikata.com/arti-318776-ampas.html
Wikipedia 2015. Sabuk Mesin . Diakses pada tanggal 12 Desember 2015 dari:https://id.wikipedia.org/wiki/Sabuk_(mesin)
Wikipedia 2015. Filtrasi .Diakses pada tanggal 15Desember 2015 dari:https://id.wikipedia.org/wiki/Filtrasi
Yefri 2010. Pengertian Elemen Mesin.Diakses pada tanggal 20 Desember 2015 dari: https://yefrichan.wordpress.com/2010/05/30/pengertian-elemen-mesin/
Penulis: Rio Adi Trisna
