Pemilihan bahan dan penentuan ukuran disesuaikan dengan fungsi dan kriteria alat yang akan dirancang. Pemilihan bahan juga harus memperhatikan ketersediaan bahan dipasaran dan kemudahan untuk mendapatkannya.
1. Rangka Alat
Rangka alat berukuran 320 x 320 x 700 mm terbuat dari besi siku berukuran 30 x 30 mm. Penyambungan antara bagian-bagaian rangka dilakukan dengan pengelasan sedangkan pemasangan penutup rangka menggunakan rivet dan mur-baut.
Lubang pengeluaran kulit ari
penutup
rangka
24 2. Hopper
Hopper berukuran 400 mm x 320 mm x 250 mm dengan kemiringan 60o
terbuat dari besi plat tebal 1 mm. Besarnya sudut kemiringan disesuaikan dengan sudut curah kacang tanah, fungsi dan estetika alat serta penempatan komponen agar tidak mengganggu komponen lain. Kemiringan sudut ini tidak boleh kurang dari nilai angle of repose yakni sekitar 20o. Angle of repose dicari dengan melakukan percobaan, yakni mencurahkan kacang tanah pada bidang datar sehingga membentuk tumpukan. Sudut yang dibentuk dari tumpukan kacang tanah tersebut kemudian diukur dengan busur derajat dan sudut itu merupakan angle of repose atau sudut curah. Oleh karena itu tidak begitu bermasalah jika sudut kemiringannya dirancang sebesar 60o. Hopper terbuat dari plat besi dengan tebal 1 mm. Bagian ini diletakkan di atas dudukan dan tidak menyatu dengan rangka sehingga bisa dibongkar pasang. Ukuran bagian bawah hopper disesuaikan dengan luas dudukannya.
Gambar 15. Hopper
3. Dudukan Hopper
Dudukan hopper berbentuk kotak tanpa alas dan penutup berukuran 120 x 200 mm x 110 mm. Bagian ini terbuat dari besi plat dengan tebal 4 mm. Pada kedua sisinya dibuat lubang dengan diameter 18 mm sebagai tempat melekatnya poros silinder pengupas. Selain itu, disetiap lubang poros dipasang
bearing atau bantalan sebagai penumpu poros beban sehingga putaran atau
25
hopper ini dipasang juga pengatur jarak untuk mengubah-ubah jarak antara
kedua buah silinder pengupas.
dudukan hopper
silinder pengupas
Gambar 16. Dudukan Hopper
4. Silinder Pengupas
Silinder pengupas terbuat dari besi pipa dengan tebal 2 mm yang ditengahnya diberi poros. Penyambungan antara silinder dengan poros dilakukan dengan cara pengelasan. Kemudian silinder dan poros ini dibubut dengan mesin bubut untuk mendapatkan putaran poros yang tepat (center). Silinder yang digunakan berjumlah dua buah yang telah dilapisi karet spon setebal 4 mm dan direkatkan dengan menggunakan lem sebanyak dua lapisan. Pemilihan karet spon sebagai sabuk pengupas dikarenakan karet ini memiliki permukaan yang agak kasar sehingga gaya geseknya bisa maksimum. Disamping itu, karet spon bersifat elastis sehingga gaya tekan terhadap kacang tanah ketika terjadi kontak langsung dapat diminimumkan. Diameter silinder pengupas yang telah dilapisi karet spon adalah 50 mm dan 65 mm sedangkan panjang kedua silinder tersebut seragam yaitu 200 mm. Karet spon ini biasa dijual dipasaran dengan ukuran 900 x 1800 mm.
26 Gambar 17. Silinder Pengupas
5. Poros Silinder Pengupas
Poros silinder pengupas terbuat dari besi pejal dengan diameter 15 mm dan panjang 360 mm. Besi poros ini kemudian dipasang pada dudukan dengan dilapisi oleh bearing agar perputaran silinder lebih lancar.
dudukan hopper
bearing
poros
Gambar 18. Poros silinder pengupas
6. Sistem Transmisi Tenaga
Sistem transmisi tenaga menggunakan engkol untuk menyalurkan tenaga dari tangan manusia menjadi tenaga putar dan karet untuk menyalurkan tenaga putar dari silinder pengupas pertama ke silinder pengupas yang kedua.
Engkol terbuat dari besi pejal berdiameter 15 mm. Penyambungan besi dilakukan dengan las dan pada bagian ujung engkol diberi pegangan untuk memudahkan pemutaran. Engkol dibentuk saling tegak lurus antara poros, lengan engkol dan pegangan seperti yang terlihat pada gambar 19.
27
poros
pegangan
lengan engkol
Gambar 19. Engkol
Transmisi alat pengupas ini menggunakan karet yang tidak terlalu elastis. Jenis transmisi ini dipilih karena sistemnya lebih sederhana dan dapat menyalurkan tenaga secara langsun serta slip yang terjadi sangat kecil. Poros silinder pertama yang terhubung ke engkol tidak dipasang karet tetapi pada poros kedua dipasang karet secara permanen. Pada ujung silinder kedua diberi baut agar karet tersebut ikut berputar ketika engkol digerakkan. Karet ini kemudian dihubungkan secara langsung ke poros silinder pertama sehingga ketika poros pertama bergerak maka poros kedua akan ikut bergerak tetapi berlawanan arah dengan kecepatan yang lebih kecil.
dudukan hopper karet
poros 1
poros 2
Gambar 20. Sistem Transmisi
8. Kipas
Kipas yang digunakan merupakan kipas DC dengan tegangan 12V dan kuat arus 0.15 A. Kipas jenis ini biasa digunakan pada CPU computer. Disetiap sisi kipas ditutup dengan plat besi setebal 2 mm sehingga seperti membentuk sebuah kotak. Tujuannya agar angin yang dihembuskan dari kipas tidak
28 menyebar tetapi menuju ke satu arah. Pemasangan kipas pada saluran pengeluaran dilakukan dengan pengelasan.
Sumber tenaga yang digunakan untuk menggerakan kipas adalah baterai atau adaptor 12 volt. Kecepatan udara yang dihasilkan dari kipas sebesar 2.18 m/s dan hembusan itu sudah cukup untuk memisahkan kulit ari dengan bijinya.
Gambar 21. Kipas 9. Saluran pengeluaran
Saluran pengeluaran berupa bidang miring dengan sudut 45o, terbuat dari besi plat dengan tebal 1.5 mm. Saluran pengeluaran terdiri dari dua bidang miring yang saling menyilang. Saluran pertama berada tepat dibawah silinder pengupas sehingga kacang langsung jatuh ke sana sedangkan saluran kedua berada dibawah saluran pertama dan ditengah-tengahnya terdapat kipas. Ketika kacang tanah dan kulit arinya akan jatuh dari saluran pertama ke saluran kedua maka kipas yang berada di tengah langsung menghembuskan kulit ari sehingga keluar dari alat.
penutup rangka
rangka
saluran pengeluaran
29 D. Analisa Teknik
Gaya Gesek yang Bekerja pada Silinder Pengupas
Gaya gesek akan terjadi ketika kacang tanah bersentuhan langsung dengan silinder pengupas. Selain itu, ada juga gaya pegas yang berasal dari karet spon terhadap biji kacang tanah. Gaya pegas dari karet spon mempengaruhi gesekan antara karet tersebut dengan biji kacang tanah.
F 1 F2 m g
Gambar 23. Diagram Gaya yang Bekerja pada Kacang Tanah
Dengan memperhatikan gambar di atas maka gaya yang bekerja terhadap kacang tanah adalah gaya tekan pegas F dan gaya gesek , sehingga :
FT = R1+ R2………....(7)
Dengan:
R1 2 = F12 + 12 R1 2 = F22 + 22 Dimana:
FT = Gaya gesek total (N)
F1 = Gaya pegas karet pertama (N) F2 = Gaya pegas karet kedua (N)
1 = Gaya gesek pada silinder pertama(N) 2 = Gaya gesek pada silinder kedua (N) R1 = Resultan gaya F1 dan 1
R2 = resultan gaya F2 dan 2
Jika diuraikan satu per satu maka gaya gesek yang bekerja adalah:
30
(silinder pengupas kiri) (silinder pengupas kanan)
Gambar 24. Gaya yang Bekerja antara Kacang Tanah dengan Silinder
Gaya gesek terjadi ketika kacang tanah bersentuhan langsung dengan karet pengupas. Besarnya gaya gesek dapat dihitung dengan persamaan (2):
= µ N Dimana:
1 = gaya gesek (Newton) µ = koefisien gaya gesek N = gaya normal (Newton)
Besarnya gaya tekan pegas yang terjadi adalah F1 dan F2. Pada kenyataan yang sebenarnya terdapat banyak gaya menyebar pada semua permukaan karet yang menekan kacang tanah. Tetapi untuk memudahkan perhitungan, penulis mengasumsikan bahwa gaya pegas yang bekerja pada kacang tanah hanya gaya F1 dan F2 saja yang merupakan gaya pegas maksimum.
Selain itu penulis juga berasumsi bahwa kacang tanah yang dikupas merupakan benda bulat dan kaku sempurna sehingga tidak mengalami elastisitas ataupun perubahan ukuran ketika ditekan. Sehingga, persamaan yang dapat digunakan untuk kondisi di atas adalah:
31 dimana:
F = gaya pegas (Newton) k = konstanta pegas (N/m) Δx = simpangan (meter)
Untuk mendapatkan nilai konstanta k dilakukan percobaan terhadap karet spon dengan cara memberi gaya tekan kemudian dimasukkan kedalam persamaan k = m g/ Δx sehingga didapatkan nilai simpangannya.
Pada percobaan, digunakan karet spon dengan tebal mula-mula 10 mm, kemudian diberi beban sebesar 1500 gram sehingga tebalnya menjadi 9 mm. Dengan kalimat matematis dapat dituliskan:
xo = 10 mm = 10-2 m x1 = 9 mm = 9 x 10-3 m Δx = 1 mm = 10-3 m m = 1500 garm = 1.5 kg g = 9,81 m/s2
dengan menggunakan persamaan 8, maka: k = m g/ Δx
= 1.5 x 9.81 /10-3 = 1470 N/m
Gaya pegas dari karet spon yang bekerja terhadap kacang tanah adalah: F = k Δx
Untuk mendapatkan nilai Δx:
diameter rata-rata kacang tanah = 7.05 mm jarak optimal antara dua silinder = 5.5 mm
Diameter kacang tanah lebih besar daripada jarak antara dua silinder, dengan begitu terjadi simpangan pada karet spon. Oleh karena itu diasumsikan besarnya simpangan minimal pada dua buah karet spon adalah 7.05 – 5.5 mm = 1.55 mm. Dengan demikian besarnya Δx pada salah satu karet spon adalah 1.55 mm/2 = 0.775 mm ≈ 0.8 mm
32 Jadi, besarnya gaya pegas dari salah satu permukaan karet spon adalah:
F = k Δx
F = 1470 N/m x (8 x 10-4 m) F = 1.176 N
Karena jenis karet sama dan simpangan juga sama maka: F1 = F2 = F =1.176 N
Besarnya gaya gesek adalah:
Hasil penelitian yang dilakukan oleh salah satu dosen TEP menyebutkan bahwa besarnya koefisien gesek statis antara kacang tanah dengan karet adalah 0.8. Diasumsikan besarnya koefisien gaya gesek dinamis sekitar ¼ dari koefisien gaya gesek statisnya. Maka besarnya µ adalah 0.2.
Pada percobaan pendahuluan didapat bobot rata-rata tiap satu butir kacang tanah adalah 0.4 gram. Namun saat terjadi gesekan, kacang tanah yang dikupas mendapat gaya berat dari kacang tanah yang berada di atasnya. Dalam hal ini, penulis mengasumsikan bahwa besarnya beban dari kacang tanah yang berada diatasnya adalah sekitar 500 gram untuk satu kali pengupasan optimum, maka:
1 = µ N
1 = µ [(mkacang + m beban) g] = 4.91 N
Dalam hal ini semua parameter antara pengupas kiri dan kanan sama, maka dapat dikatakan bahwa:
1 = 2 = 4.91 N
Setelah diketahui 1, 2, F1danF2, maka:
R1 2 = F12 + 12 R2 2 = F22 + 22 = 25.491 = 25.491 R1 = 5.05 N R2 = 5.05 N
33 V. HASIL DAN PEMBAHASAN