4.1 Perhitungan Massa Pupuk Organik Granul Setiap Sekali Proses Penggranulan
Permintaan kelompok petani di desa Kebon Wonokerso, Kecamatan Tembarak, Kabupaten Temanggung akan pupuk mencapai 2 ton per bulan dan juga dengan 26 hari kerja per bulan maka dari itu mesin yang akan tim rancang bangun buat berkapasitas 15 [kg/jam] ,sehingga hasil yang menjadi target adalah 2 [ton] atau 2000 [kg] tiap bulan dapat terpenuhi,kelompok petani yang terletak di desa Kebon Wonokerso, Kecamatan Tembarak, Kabupaten Temanggung bekerja selama sebulan penuh,sehingga akan didapatkan target produksi tiap hari sebesar 76.9 [Kg/hari]. Target produksi tiap hari = [ [ ]]
= 76,9 [Kg/hari]
Jumlah jam kerja yang diterapkan di kelompok petani yang terletak di desa Kebon Wonokerso, Kecamatan Tembarak, Kabupaten Temanggung dalam memproduksi pupuk tersebut selama 1 hari yaitu 8 jam dengan rincian 5 jam untuk proses produksi pupuk, 2 jam untuk proses pengeringan pupuk, dan 1 jam untuk proses pengepakan pupuk sehingga bisa didapatkan hasil produksi pupuk adalah 15,4 [Kg/jam]
Target produksi tiap jam = , [ ]
[ ]
36
.2 Perhitungan Perbandingan Transmisi Putaran
Gambar 4,1 Transmisi Putaran
Perhitungan perbandingan transmisi putaran dengan putaran motor listrik (n1) = 2800 [rpm], Daya motor listrik (Pmotor ) = 746 [watt], perbandingan transmisi reducer = 1 : 30 , diameter puli motor listrik (d1) = 2 [inchi] = 50,8 [mm], diameter puli reducer (d2) = 4 [inchi] = 101,6 [mm]. Sehingga didapat putaran puli reducer (n2).
=
(Sularso,2008)
n2
=
.n2 = . ,,
= 1400 [rpm]
Putaran puli reducer (n2) dihubungkan ke spur gear reducer dengan perbandingan reducer 1:30, sehingga didapatkan putaran spur gear (n3).
n3 = =
= 46,67 [rpm]
Putaran spur gear reducer (n3) dihubungkan ke poros pan menggunakan 2 spur gear dengan perbandingan spur gear = 1:3 untuk menggerakan poros yang memutar pan atau piringan sehingga didapatkan putaran pan (n4 ).
n4 =
=
, = 15,5 [rpm]37
Putaran pan (n4) sesuai yang di kehendaki dalam proses penggranulan yaitu 11-18 putaran per menit. (Sri Wahyono,2011 )
4.3 Perhitungan Daya Motor untuk Menggerakan Pan atau Piringan
Perhitungan daya motor untuk menggerakkan pan dengan putaran pan (n4) = 15,5 [rpm] untuk mencari kecepatan sudut (ω).
=
.π. (R.S. Khurmi, 2005)= , = 1,62 [rad/s]
Torsi (T) yang digunakan untuk menggerakan poros dapat dihitung dengan DBB poros pan yang dicari gaya terbesarnya,
Gambar 4.2 DBB poros pan
MA = 0 F1.100-RB.800+F2.850 = 0 82,5.100-RB.800+294,3.850 = 0 8250-800RB+250155 = 0 -800RB = -250155 RB = 323[N] Fy = 0 RA+RB-F1-F2 = 0 RA+323-82,5-294,3 = 0 RA = 53,8[N]
Didapatkan gaya terbesar yaitu 323[N].
Torsi pada poros pan diketahui r pan 500[mm] = 0,5[m] :
T = F.r ( R.S. Khurmi, 2005) = 323[N].0,5[m] = 161,5[Nm]
Daya yang digunakan untuk menggerakan poros pan (P) dapat dihitung menggunakan rumus :
38
P3 = T. ( R.S. Khurmi, 2005) = 161,5[Nm].1,62[rad/s]
= 261,63[Watt] = 0,35[Hp]
P1 = 31,141[Watt] (didapat dari perhitungan puli motor listrik) = 0,04[Hp]
P2 = 25,551[Watt] (didapat dari perhitungan puli reducer) = 0,03[Hp]
Ptot = 0,35[Hp]+ 0,04[Hp]+0,03[Hp] = 0,42[Hp]
Jadi, daya yang dibutuhkan sebesar 0,42[Hp], kami tim rancang bangun menggunakan mesin dengan kemampuan 1[Hp] sehingga mampu memutarkan komponen dan aman.
.4 Perhitungan Gaya Sentrifugal Pan atau Piringan
Perhitungan gaya sentrifugal pan dengan massa pan (mpan) = 30 [kg], diameter pan (dpan) = 1000 [mm] dan putaran pan (n4) untuk menghitung gaya sentrifugal (Fc) terlebih dahulu mencari kecepatan linear pan (v4).
v4 = π pan 4
=
,= 0,0135 [m/s]
Fc = m.v42
Fc = 30 [kg] x 0,01352 [m/s] = 5,467 x 10-3 [N]
4.5 Perhitungan Sabuk
4.5.1 Perhitungan Luas Penampang Sabuk ( )
39
Perhitungan luas penampang sabuk (A) dengan lebar sabuk ( ) = 12,5 [mm], tinggi sabuk ( ) = 9 [mm] dan selisih tinggi dengan lebar puli = 3,275 [mm].
A = ( .
= ( .
= 112,9 – 58,95 = 53,95 [mm²]
4.5.2 Perhitungan Kecepatan Linier Sabuk
Sabuk dalam mesin pupuk organik granul yang dibuat menggunakan sabuk tipe V-belt. Standard kecepatan maksimal sabuk V-belt adalah 25 [m/s]. Perhitungan kecepatan linier sabuk (v1) dengan diameter puli motor listrik (d1) = 50,8 [mm], putaran puli motor listrik (n1) = 2800 [rpm].
v
1=
(Sularso, 2008)
=
= 7,44 [m/s]4.5.3 Perhitungan Panjang Sabuk
40
Perhitungan panjang sabuk (L) dengan jarak sumbu poros puli motor dan puli reducer (X) = 412 [mm], diameter puli motor listrik (d1) = 50,8 [mm], diameter
puli reducer (d2) = 101,6 [mm].
L = (101,6 - 50,8)2[mm]
= 824 + 375,65 + 14,093 = 1213,74 [mm]
4.5.4 Perhitungan Sudut Kontak Sabuk
Gambar 4.5 Sudut Kontak Sabuk dan Puli
Perhitungan sudut kontak sabuk (θ) dengan jarak sumbu poros puli
motor dan puli reducer (X) = 412 [mm], jari – jari puli motor (r1) = [mm],
jari – jari puli reducer (r2) = 50,8 [mm], terlebih dahulu mencari sudut yang
mempengaruhi sudut kontak (α).
Sin α
=
Sin α = = 0,061
41
Perhitungan sudut kontak sabuk (θ) dengan sudut yang mempengaruhi sudut
kontak (α) = 3,54 o
θ = (180 – 2. α ) [0] . [rad]
θ = (180 – 2 . 3,54 ) [0] . [rad] = 3,01 [rad]
4.5.5Perhitungan Gaya Tegang Sabuk
Gambar 4.6 Gaya pada Sabuk
Perhitungan gaya tegang sabuk dengan sudut yang mempengaruhi
sudut kontak (α) = 3,54o , perhitungan sudut kontak sabuk (θ) = 3,01 [rad] dan
perhitungan kecepatan linier sabuk (v1) = 7,44 [m/s], Kapasitas daya satu sabuk (P)
= 746 [watt]terlebih dahulu mencari koefisien gesek antara sabuk dan puli (µ). µ =
= = 0,28
Perhitungan gaya tegang sabuk sisi tegang (F1 ) dan sisi kendor (F2 ).
P = ( F1 – F2 ) . v
F1 = 3 F2 ………. (1)
F1
42 P = ( F1 – F2 ) . v1 746 = ( F1 – F2 ) . 7,44 100,228 = F1 – F2 F1 = 100,228 + F2 ……….. (2) F2 + 100,228 = 3 F2 F2 = 50,114 [N] F1 = 3 F2 F1 = 150,342 [N] .6 Perhitungan Poros
4.6.1 Perhitungan Poros Pan
Perhitungan poros pan dengan bahan yang digunakan untuk poros pada pan adalah St 40 dengan kekuatan tarik ( t st40) sebesar 40 [kg/mm2] = 392 [N/mm2], massa pan (mpan) = 30 [kg], massa spur gear (mgear) = 11,1 [kg], diameter poros pan (dporos pan) = 48 [mm], percepatan grafitasi (g) = 9,81[m/s2]. Tegangan yang terjadi pada percobaan poros pan ( t).
t =
t = π poros . pan
=
( , ) ,π . = 0,222 [N/mm2]t = , = ,,
t = 0,022 [kg/mm2]
Dari hasil perhitungan diatas bahwa tegangan tarik pada St 40 ( t st40) lebih besar dari pada tegangan yang terjadi pada percobaan diatas ( t), t st40
= 40 [kg/mm2] > t = 0,022 [kg/mm2], maka kontruksi poros pan aman digunakan.
43
.6.2 Perhitungan Poros Rangka
Perhitungan poros pan dengan bahan yang digunakan untuk poros pada pan adalah St 40 dengan kekuatan tarik ( t st40) sebesar 40 [kg/mm2] = 392 [N/mm2], massa pan (mpan) = 30 [kg], massa motor listrik = 11,5 [kg] , massa reducer (mreducer) = 6,5 [kg], massa puli (mpuli) = 0,77 [kg], massa rangka atas (mrangka atas) = 51,12 [kg], massa poros pan (mporos pan) = 8,41[kg], massa spur gear (mgear) = 11,1 [kg], diameter poros rangka (dporos rangka) = 38 [mm], percepatan grafitasi (g) = 9,81[m/s2]. Tegangan yang terjadi pada percobaan poros rangka ( ).
t =
t = .
=
( , , , , , , ) , .= 0,65[N/mm2] t = , = , ,
t = 0,066 [kg/mm2]
Dari hasil diatas diketahui bahwa tegangan tarik pada St 40 ( t st40) lebih besar dari pada tegangan yang terjadi pada percobaan diatas ( t ), t st40
= 40 [kg/mm2] > t = 0,066 [kg/mm2], maka kontruksi poros rangka aman digunakan.
4.7 Perhitungan Puli
4.7.1 Perhitungan Puli pada Motor Listrik
Perhitungan puli pada motor listrik dengan diameter puli motor listrik (d1) = 50,8 [mm], massa puli motor listrik (mpuli motor) = 0,427 [kg], bahan puli motor listrik = besi cor, putaran puli motor listrik (n1) = 2800 [rpm]. percepatan grafitasi (g) = 9,81 [m/s2]. Berat puli motor (Wpuli motor).
Wpuli motor = m . g
Wpuli motor = 0,427 [kg] . 9,81 [m/s2] = 4,184[kg m/s2] = 4,184 [N]
44 Kecepatan linier puli motor listrik (v1). v1 = π . . 1
.
v1 = , . , .
. = 7,44 [m/s]
Daya puli motor listrik (Ppuli motor) yang dibutuhkan : Ppuli motor = Wpuli motor . V1 . jumlah puli
= 4,184 [N]. 7,443 [m/s] . 1 = 31,141 [watt]
.7.2 Perhitungan Puli pada Reducer
Perhitungan puli pada motor listrik dengan diameter puli reducer (d2) = 101,6 [mm], massa puli reducer (mpuli reducer) = 0,35 [kg], bahan puli reducer = besi cor, putaran puli reducer (n2) = 1400 [rpm]. percepatan grafitasi (g) = 9,81 [m/s2]. Berat puli reducer (Wpuli reducer).
Wpuli reducer = m . g
Wpuli reducer = 0,35 [kg] . 9,81 [m/s2] = 3,433 [kg m/s2]
= 3,433 [N]
Kecepatan linier puli reducer (v2). v2 = π . 2 . 2
.
v2 = , . , .
.
= 7,44 [m/s]
Daya puli reducer (Ppuli reducer) yang dibutuhkan : Ppuli reducer = Wpuli reducer . v2 . jumlah puli
= 3,433 [N] . 7,443 [m/s] . 1 = 25,551 [watt]
45
.8 Perhitungan Bantalan
4.8.1 Perhitungan Bantalan Poros Rangka
Direncanakan bantalan yang digunakan pada poros rangka adalah bantalan bola (Deep groove ball bearing) no.6005 karena dapat diperoleh dengan mudah. Data yang ada pada tabel lampiran adalah sebagai berikut:
Diameter poros (d) : 25 [mm] Diameter luar bantalan : 47 [mm] Lebar bantalan (B) : 12 [mm]
Kapasitas nominal dinamis spesifik (C) : 790 [kg] = 790 [kg] . 9,81[m/s2]
= 7749,9[N]
Kapasitas nominal statis spesifik (Co) : 530 [kg] = 530 [kg] . 9,81[m/s2]
= 5199,3 [N]
4.8.1.1 Tekanan Bantalan
Tekanan maksimal yang diijinkan untuk poros transmisi menurut tabel lampiran adalah (Pa) = 0,1 [kg/mm2] = 0,1 [kg/mm2] . 9,81[m/s2] = 0,981 [N/mm2]. Tekanan yang diterima bantalan (p) dengan massa pan (mpan) = 30 [kg], massa motor listrik = 11,5 [kg] , massa reducer (mreducer) = 6,5 [kg], massa puli (mpuli) = 0,77 [kg], massa rangka atas (mrangka atas) = 51,12 [kg], massa poros pan (mporos pan) = 8,41[kg], massa poros rangka (mporos rangka)= 6,58 [kg], massa spur gear (mgear) = 11,1 [kg], panjang bantalan (l) = 150 [mm], diameter poros rangka (dporos rangka) = 38 [mm], terlebih dahulu mencari beban total yang diterima bantalan [Wt].
Wt = 30 . 9,81 + 11,5 . 9,81 + 6,5 . 9,81 + 0,77 . 9,81 + 51,12 . 9,81 + 6,58 . 9,81 + 8,41 . 9,81 + 11,1 . 9,81 = 1235,86 [N]
Tekanan yang diterima bantalan [P]. p =
. (Sularso ,2008)
= , [ ]
46 = 0,216 [N/mm2]
Karena Tekanan yang diterima bantalan (P ) lebih kecil dari Tekanan
maksimal yang diijinkan untuk poros transmisi menurut tabel lampiran (Pa) , maka
konstruksi bantalan poros rangka aman.
.8.2 Perhitungan Bantalan Poros Pan
Direncanakan bantalan yang digunakan adalah bantalan bola (Deep groove ball bearing) no.6006 karena dapat diperoleh dengan mudah. Data yang ada pada tabel lampiran adalah sebagai berikut:
Diameter poros (d) : 30 [mm]
Diameter luar bantalan : 55 [mm
Lebar bantalan (B) : 13 [mm]
Kapasitas nominal dinamis spesifik (C) :1030 [kg] = 1030 [kg] . 9,81[m/s2]
= 10104,3 [N]
Kapasitas nominal statis spesifik (Co) : 740 [kg] = 740 [kg] . 9,81[m/s2]
= 7259,4 [N]
4.8.2.1 Tekanan Bantalan
Tekanan maksimal yang diijinkan untuk poros transmisi menurut tabel lampiran adalah (Pa) = 0,1 [kg/mm2] = 0,1 [kg/mm2] . 9,81[m/s2] = 0,981 [N/mm2]. Tekanan yang diterima bantalan (p) dengan massa pan (mpan) = 30 [kg], massa poros pan (mporos pan) = 8,41[kg], massa spur gear (mgear) = 11,1 [kg], panjang bantalan (l) = 150 [mm], diameter poros pan (dporos pan) = 48 [mm], terlebih dahulu mencari beban total yang diterima bantalan [Wt].
Wt = 30 . 9,81 + 8,41 . 9,81 + 11,1 . 9,81 = 485,69 [N] p = . (Sularso ,2008) = , [ ] . [ ] = 0,107 [N/mm2]
48
Lebar (b) dan tebal (h) = 6 x 6 [mm] ( tabel lampiran)
Panjang pasak menurut ( ) (Sularso, 2008)
=
, . poros puli motor=
, . = 33,25 [mm]t1 : Kedalaman alur pasak pada poros = 2,8 [mm] t2 : Kedalaman alur pasak pada puli = 2,8 [mm]
.9.2 Pasak Puli pada Reducer
Diketahui :
Ukuran nominal pasak yang dipilh dengan diameter poros puli pada reducer (dporospulireducer) = 15 [mm] adalah :
Lebar (b) dan tebal (h) = 6 x 6 [mm] ( tabel lampiran)
Panjang pasak menurut ( ) (Sularso, 2008)
=
, . porospuli reducer=
, . = 26,25 [mm]t1: Kedalaman alur pasak pada poros = 2,3 [mm] t2 : Kedalaman alur pasak pada puli = 2,3 [mm]
4.9.3 Pasak Spur Gear pada Reducer
Ukuran nominal pasak yang dipilh dengan diameter poros spur gear pada reducer (dporos spur gear reducer) = 22 [mm] adalah :
Lebar (b) dan tebal (h) = 6 x 6 [mm] ( tabel lampiran)
Panjang pasak menurut ( ) (Sularso,2008)
=
, . poros spur gear reducer=
, . = 38,5 [mm] t1 : Kedalaman alur pasak pada poros = 2,8 [mm] t2 : Kedalaman alur pasak pada spur gear = 2,8 [mm]49 .9.4 Pasak Spur Gear pada Poros Pan
Diketahui :
Ukuran nominal pasak yang dipilh dengan diameter poros pan (dporos pan) = 48 [mm] adalah :
Lebar (b) dan tebal (h) = 14 x 9 [mm] ( tabel lampiran)
Panjang pasak menurut ( ) (Sularso,2008)
=
, . poros pan=
, . = 84 [mm]t1 : Kedalaman alur pasak pada poros = 3,8 [mm] t2 : Kedalaman alur pasak pada spur gear = 3,8 [mm]
Bahan pasak yang dipakai adalah S 45 C yang mempunyai kekuatan tarik (τ )
= 58 [Kg/mm2]. (Sularso, 2008)
Gaya tangensial pada pasak (Ft) : Ft
=
poros panKeterangan :
T = Torsi pada poros [Nmm], dari perhitungan sebelumnya didapat : 460,49 [Nmm]
dporos pan = diameter poros pan = 48 [mm] Ft = ,
= 19,187 [N]
Tegangan geser pada pasak ( ) :
τ =
. (Sularso, 2008)Keterangan :
= tegangan geser [N/mm2]
50 b = lebar pasak [mm] = 14 [mm] l = panjang pasak [mm] = 84 [mm]
τ =
, . = 0,0163 [N/mm2]Tegangan geser yang diizinkan( ) :
τ =
τ. Keterangan :
τ = tegangan tarik bahan pasak S 45 C : 58 [Kg/mm2] (Sularso, 2008 ) Harga untuk pasak Sf1 : 6 , Sf2 : 3 (Sularso,2008) Keterangan :
Sf1 = faktor keamanan untuk pengaruh massa.
Sf2 = faktor keamanan untuk pengaruh kekasaran dan alur pasak τ = . = 3,2 [Kg/mm2] = 3,2 [Kg/mm2] x 9,81 [m/s2] = 31,36 [N/mm2] τ ≥ . (Sularso, 2008 ) τ ≥ τ
Tegangan geser yang terjadi pada pasak (τ ) = (0,0163 N/mm2 lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan pada pasak (τ ) = 31,36 N/mm2, sehingga pasak aman untuk dipakai.
Tekanan permukaan yang terjadi pada pasak (Ps) : Ps =
51 Keterangan :
Ft = gaya tangensial pada pasak [N] = 19,187 [N] l = panjang pasak [mm] = 84 [mm]
t1 = kedalaman alur pasak pada poros [mm] = 3,8 [mm] t2 = kedalaman alur pasak pada puli [mm] = 3,8 [mm] Ps = ,
. ,
= 0,0601 [N/mm2]
Untuk bahan S 45 C tekanan permukaan pasak yang terjadi (Ps) = 0,0601 [N/mm2] lebih kecil dari tekanan permukaan yang diizinkan yaitu 8 kg/mm2 = 8 [kg/mm2]x 9,81 [m/s2] = 78,48 [N/mm2] (Sularso, 2008) sehingga pasak aman digunakan
.10 Perhitungan Kekuatan Sambungan Las
Konstruksi pembuatan pupuk granul menggunakan sambungan las sudut. Menurut Rilles M.Wattimena (2008) las sudut adalah logam tambahan harus ditambahkan pada sudut tegak lurus antara bagian-bagian yang hendak dilas,sebagai alat penyambung permanen dari bagian mesin , pengelasan merupakan sambungan yang lebih kuat dan ringan dibandingkan dengan sambungan keling. .
Gaya ( ) yang mampu di tahan oleh sambungan las sudut ini sebagai berikut:
=
√ .Dimana :
L : lebar yang hendak dilas [mm] = 20 [mm] t : tebal benda kerja [mm] = 2 [mm] σt ∶ Tegangan tarik [N/mm2] = 392 [N/mm2]
Bahan pengaduk (scrub) St 40 memiliki kekuatan tarik (σt) = 40 [kg/mm2] = 40 [kg/mm2] x 9,81 [m/s2] = 392 [N/mm2]
52
=
√ .=
√ . [ [ /] . [ ]] = 1,428 [N].11 Perhitungan Baut
Bahan baut yang digunakan St 37, kekuatan tarik ( t) = 362,97 [N/mm2],
dengan faktor keamanan (v) = 8 (Khurmi,2005)
Tegangan tarik ijin ( t
).
t
=
=
,=
45,37 [N/mm2] Tegangan geser ijin ( g ).g = 0,8 x t
= 0,8 x 45,37 = 36,29 [N/mm2] Dimana : t : Tegangan tarik ijin [N/mm2] t : Tegangan tarik [N/mm2]
g : Tegangan geser ijin [N/mm2] v : Faktor keamanan
4.11.1 Perhitungan Baut pada Poros Rangka
Beban yang diterima pada poros rangka adalah
F =
= ,
= 308,965[N]
Diameter minimal baut yang digunakan g ≥
. 2 ...(Sularso.2002) Dimana : g = Tegangan geser yang diijinkan [N/mm2]
F = Gaya yang diterima tiap baut [N] d = Diameter baut yang digunakan [mm]
53 d ≥ . ≥ , . , ≥ 3,29[mm]
Baut yang digunakan adalah M14, jadi aman.
.11.2 Perhitungan Baut pada Poros Pan
Beban yang diterima pada poros pan adalah
F =
= ,
= 121,422[N]
Diameter minimal baut yang digunakan g ≥
. 2 ...(Sularso.2002) Dimana : g = Tegangan geser yang diijinkan [N/mm2]
F = Gaya yang diterima tiap baut [N] d = Diameter baut yang digunakan [mm] d ≥
.
≥ ,
. ,
≥ 2,06[mm]
54