KARYA AKHIR
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
ALAT PEMBUAT ES KRIM DENGAN KAPASITAS
4 KG ADONAN
OLEH : WIRYA PRAYUDI
NIM : 035202011
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANIK INDUSTRI
PROGRAM DIPLOMA – IV
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Karya Akhir ini dengan judul “PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PEMBUAT ES KRIM DENGAN KAPASITAS TABUNG 4 KG
BERAT ADONAN ES KRIM.”.
Penyusunan laporan Karya Akhir ini dilakukan guna untuk menyelesaikan Studi di Program Studi Teknologi Mekanik Industri Universitas Sumatera Utara, sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan.
Dalam kegiatan penulis untuk menyelesaikan Karya Akhir ini, penulis telah banyak mendapat bantuan berupa bimbingan, arahan dan saran dari berbagai pihak. Untuk itu maka dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, Msc, sebagai Dosen Pembimbing penulis
2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, Msc, selaku Ketua Program Studi Teknologi Mekanik Industri Program Diploma-IV, FT-USU.
3. Ayah dan Mama’ tercinta yang senantiasa memberikan dukungan semangat dan materi serta mendoakan penulis.
4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
6. Rekan mahasiswa Koko wiradinata,SST, Surya,SST, Hidayatullah,SST, Markus ginting, SST, Hendra Pardede, Amri, Arnis, bang wawan, bang daud, bang alwin, serta rekan-rekan stambuk ’03 yang namanya tidak dapat disebutkan satu-persatu yang sudah banyak membantu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna adanya, karena masih banyak kekurangan baik dari segi ilmu maupun susunan bahasanya. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi menyempurnakan laporan ini.
Akhir kata bantuan dan budi baik yang telah penulis dapatkan, menghaturkan terima kasih dan hanya Tuhan Yang Maha Esa yang dapat memberikan limpahan berkat yang setimpal. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis sendiri tentunya.
Medan, Januari 2008 Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... vii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2 Sejarah es krim ... 2
1.3 Struktur dan kandungan es krim ... 3
1.4.Tujuan dan manfaat ... 3
1.5.Sistematika Penulisan ... 4
1.6. Batasan Masalah ... 5
1.7 Metode perancangan ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Alat Pembuat Es Krim ... 7
2.2 Dasar-dasar Kekuatan Konstruksi ... 10
2.2.1 Perhitungan Baling-baling Pengaduk ... 10
2.2.1.1 Jenis/ Tipe Baling-baling ... 11
2.2.1.2 Analisa Gaya Pada Baling-baling Pengaduk ... 13
2.2.2 Daya motor penggerak ... 14
2.2.3 Sistem transmisi ... 15
2.2.3.2 Sistem transmisi Roda gigi cacing ... 19
2.2.3.3 Sistem transmisi Roda gigi kerucut ... 21
2.2.4 Poros ... 24
2.2.5 Baut ... 27
2.2.6 Bantalan ... 29
2.2.7 Defleksi pada rangka batang ... 32
BAB III PENETAPAN SPESIFIKASI DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Fluida yang diaduk ... 34
3.2 Penetapan kapasitas tabung es krim ... 34
3.3 Perencanaan Sistem Transmisi ... 34
3.4 Spesifikasi Perencanaan ... 35
3.5. Proses pembuatan alat ... 36
3.5.1 Tabung pendingin ... 36
3.5.2 Tabung adonan es krim ... 37
3.5.3 Rangka dudukan... 38
3.5.4 Pengaduk ... 40
3.5.5 Perangkaian komponen ... 41
BAB IV ANALISA PERHITUNGAN DAN KEKUATAN BAHAN BAGIAN-BAGIAN UTAMA 4.1 Daya Motor Penggerak. ... 42
4.2 Sistem Transmisi ... 43
4.2.1 Sistem Transmisi sabuk dan puli ... 44
4.2.2 Sistem Transmisi Roda gigi cacing... 46
4.3 Poros ... 51
4.3.1 Poros penghubung roda gigi kerucut dengan puli... 51
4.3.2 Analisa kekuatan poros pada motor penggerak ... 52
4.3.3 Analisa kekuatan poros pada puli 3 ... 52
4.4 Analisa Kekuatan Baut ... 53
4.5 Analisa umur bantalan ... 55
4.6 Analisa defleksi pada rangka batang ... 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 58
5.2 Saran ... 59
DAFTAR PUSTAKA ... 60
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Jenis/Type baling-baling ... 13
Gambar 2.2 Ukuran penampang sabuk-V ... 16
Gambar 2.3 Panjang keliling sabuk ... 16
Gambar 2.4 Defleksi beban terpusat ... 32
Gambar 2.5 titik berat pelat profil ... 33
Gambar 3.1 Sistem Transmisi Alat pembuat es krim ... 35
Gambar 3.2 Tabung pendingin ... 37
Gambar 3.3 Tabung tempat adonan ... 38
Gambar 3.4 Rangka batang dan transmisi ... 39
Gambar 3.5 Pengaduk ... 40
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Harga Koefesien Gesek Statis dan Kinetis ... 14
Tabel. 2.2 Panjang sabuk-V standart... 17
Tabel 2.3 proposi ulir cacing ... 19
Tabel 2.4 proposi roda cacing ... 20
Tabel 2.5 faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan ... 25
Tabel 2.6 Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir ... 28
Tabel 2.7 faktor-faktor X,V dan Y ... 29
Tabel 2.8 Beban nominal dinamik spesifik ... 31
Tabel 3.1 Sfesifikasi data tabung pendingin ... 36
Tabel 3.2 Sfesifikasi data tabung tempat adonan es krim ... 38
Tabel 3.3 Sfesifikasi data rangka dudukan dan transmisi ... 39
Tabel 3.4Sfesifikasi data pengaduk... 40
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Produk es krim merupakan salah satu kebutuhan yang digemari masyarakat pedesaan dan kalangan anak-anak hingga orang tua. Umumnya pengusaha kecil dalam kegiatan produk es krimnya masih tradisional, Seperti yang dilakukan oleh perusahaan es krim di Jl. Cengkeh Turi Pasar 10 Binjai. Caranya yaitu adonan es krim diputar-putar didalam boss menggunakan tangan selama 2–2,5 jam/boss. Kondisi semacam ini tidak menguntungkan karena terlalau lama, dan pekerja sebagai pemasar kehilangan waktu efektifnya untuk segera menjualkan esnya di lingkungan pedesaan.
Permasalahan pokok yang dihadapi dalam pembuatan es krim adalah bagaimana memproduksi es secara effisien dan efektif. Maka untuk mengatasi masalah tersebut perlu dibuat alat pembuat es krim secara mekanik dan semi otomatik.
Permodalan berasal dari modal sendiri maupun dari koperasi. Besarnya sekitar Rp. 3.000.000,- untuk peralatan produksi 10 buah boss. Sedangkan modal kerja yaitu bahan baku es krim Rp. 30.000,- × 10 buah boss, sebesar Rp. 300.000,-/hari.
Keberadaan usaha es krim sangat berarti terhadap lingkungannya, karena dapat melibatkan para masyarakat setempat maupun pencari kerja dari daerah sekitar. Menurut pimpinan usaha ini, untuk mengatasi masalah pengangguran, kapasitas masih dapat ditinggkatkan menjadi 20 orang produksi/pemasar, bila teknologi produksinya dapat disempurnakan lewat penerapan teknologi tepat guna.
1.2Sejarah Es Krim
Es krim dikenal sejak zaman Romawi, yaitu pada 400 tahun Sebelum Masehi. Produksi es krim secara komersial mulai dilakukan pada abad ke-18, menyusul ditemukannya mesin freezer pada tahun 1846. Pabrik es krim pertama dibangun di Baltimore, Amerika Serikat, pada tahun 1851.
Es krim dapat dikatakan sebagai jenis hidangan paling populer di dunia. Pada tahun 2003, produksi es krim dunia mencapai lebih dari satu miliar liter dan dikonsumsi oleh miliaran konsumen per tahun.
1.3 Struktur Dan Kandungan Es Krim
Es krim tidak lain berupa busa (gas yang terdispersi dalam cairan) yang diawetkan dengan pendinginan. Walaupun es krim tampak sebagai wujud yang padu, bila dilihat dengan mikroskop akan tampak ada empat komponen penyusun, yaitu padatan globula lemak susu, udara (yang ukurannya tidak lebih besar dari 0,1 mm), kristal-kristal kecil es, dan air yang melarutkan gula, garam, dan protein susu.
Berbagai standar produk makanan di dunia membolehkan penggelembungan campuran es krim dengan udara sampai volumenya menjadi dua kalinya (disebut dengan maksimum 100 persen overrun). Es krim dengan kandungan udara lebih banyak akan terasa lebih cair dan lebih hangat sehingga tidak enak dimakan. Bila kandungan lemak susu terlalu rendah, akan membuat es lebih besar dan teksturnya lebih kasar serta terasa lebih dingin. Emulsifier dan stabilisator dapat menutupi sifat-sifat buruk yang diakibatkan kurangnya lemak susu dan dapat memberi rasa lengket.
1.4Tujuan dan Manfaat
Adapun tujuan dari Perancangan alat pembuat es krim adalah :
1 Untuk mewujudkan alat pembuat es krim yang mempunyai sistem sederhana, murah, mudah dioperasi dan dipelihara, serta dapat meningkatkan penggunaan alat mesin tersebut.
Manfaat Perancangan alat pembuat es krim ini adalah :
1. Dapat menambah wawasan tentang proses pembuatan es krim dan mengaplikasikan ilmu yang didapat selama perkuliahan yang digunakan untuk merancang alat pembuat es krim
2. Untuk mendukung pengembangan teknologi tepat guna bagi para industri kecil dan menegah.
3. Bagi mahasiswa yang ingin dan tertarik dapat mengembangkan dari alat pembuat es krim ini.
4. Bagi industri kecil dan menegah yang membutuhkan alat ini.
1.5 Sistematika Penulisan
Adapun sistematis penulisan karya akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Pendahuluan. Pada bab ini akan dibahas mengenai pengusaha
pembuatn es krim secara tradisional. Tujuan dan Manfaat Perancangan, Sistematis Penulisan, Batasan Masalah dan Metode Perancangan.
II. Tinjauan Pustaka. Pada bab ini akan dibahas mengenai alat pembuat
es krim. Dasar-dasar perhitungan perancangan, perhitungan daya motor, sistem transmisi puli dan roda gigi, poros, bantalan, baut, kekuatan sambungan las
III. Penetapan Spesifikasi. Bab ini terdiri dari rancangan spesifikasi yang
meliputi Material yang diaduk, Kapasitas tabung es, sistem transmisi dan cara kerja alat.
IV. Analisa Perancangan dan kekuatan Bahana Bagian-bagian
transmisi berupa puli dan roda gigi, poros, baut,bantalan dan kekuatan sambungan las
V. Kesimpulan. Pada bab ini akan memaparkan kesimpulan dari
perancangan alat pembuat es krim.
Daftar Pustaka. Referensi yang mendukung karya akhir ini akan secara
lengkap disajikan untuk kemudahan dalam mencari data maupun bahan kajian berikutnya.
Lampiran. Segala data hasil survey, data pendukung rancangan serta
beberapa lampiran yang digunakan dalam penulisan Karya Akhir ini dilampirkan guna memudahkan dalam mencari maupun sebagai bahan kajian berikutnya.
1.6 Batasan masalah
Dalam penulisan karya akhir ini, pembahasan dibatasi hanya pada perancangan alat dan perhitungan kekuatan bahan dari alat pembuat es krim yang meliputi :
1. Daya motor
2. Sistem transmisi roda gigi dan puli 3. Perhitungan poros
4. Baut 5. Bantalan
1.7 Metode Perancangan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Alat Pembuat Es Krim
Nancy Johnson dari Philadelphia adalah orang yang pertama menciptakan alat pembuat es krim. Alat yang ia ciptakan adalah ember dari kayu yang di dalamnya ada wadah lebih kecil dari logam. Wadah logam ini dapat diputar dengan menggunakan pedal. Ruang di antara wadah kecil dan ember kayu diisi dengan campuran es dan garam. Alat-alat yang modern saat ini pun masih menggunakan prinsip yang sama
Pembuatan es krim sebenarnya sederhana saja, yakni mencampurkan bahan-bahan dan kemudian mendinginkannya. Air murni pada tekanan 1 atmosfer akan membeku pada suhu 0ºC. Namun, bila ke dalam air dilarutkan zat lain, titik beku air akan menurun. Jadi, untuk membekukan adonan es krim pun memerlukan suhu di bawah 0ºC. Misalkan adonan es krim dimasukkan dalam wadah logam, kemudian di ruang antara ember kayu dan wadah logam dimasukkan es.
Bila ditaburkan sedikit garam ke campuran es dan air tadi, kita mendapatkan hal yang berbeda. Air lelehan es dengan segera akan melarutkan garam yang kita taburkan. Dengan demikian, kristal es akan terapung di larutan garam. Karena larutan garam akan mempunyai titik beku yang lebih rendah dari 0ºC, es akan turun suhunya sampai titik beku air garam tercapai. Dengan kata lain, campuran es krim tadi dikelilingi oleh larutan garam yang temperaturnya lebih rendah dari 0ºC sehingga adonan es krim itu akan dapat membeku.
Tetapi, kalau campuran itu hanya dibiarkan saja mendingin tidak akan dihasilkan es krim, melainkan gumpalan padat dan rapat berisi kristal-kristal es yang tidak akan enak kalau dimakan. Bila diinginkan es krim yang enak di mulut, selama proses pembekuan tadi adonan harus diguncang-guncang. Pengocokan atau pengadukan campuran selama proses pembekuan merupakan kunci dalam pembuatan es krim yang baik.
Proses pengguncangan ini bertujuan ganda. Pertama, untuk mengecilkan ukuran kristal es yang terbentuk; semakin kecil ukuran kristal esnya, semakin lembut es krim yang terbentuk. Kedua, dengan proses ini akan terjadi pencampuran udara ke dalam adonan es krim. Gelembung-gelembung udara yang tercampur ke dalam adonan inilah yang menghasilkan busa yang seragam (homogen).
membran protein yang membuat globula lemak tadi kemudian dapat saling mendekat. Akibatnya, krim akan naik ke permukaan. Hal seperti ini diinginkan bila yang akan dibuat adalah mentega atau minyak, tetapi jelas tidak diinginkan bila yang akan dibuat es krim.
Penyelesaian sederhananya adalah dengan menambahkan emulsifier pada campuran. Molekul emulsifier akan menggantikan membran protein, satu ujung molekulnya akan melarut di air, sedangkan ujung satunya akan melarut di lemak. Lecitin, molekul yang terdapat dalam kuning telur, adalah contoh emulsifier sederhana. Oleh karena itu, salah satu bahan pembuat es krim adalah kuning telur. Selain itu, dapat digunakan mono- atau di-gliserida atau polisorbat yang dapat mendispersikan globula lemak dengan lebih efektif.
Bila es krim tidak disimpan dengan baik, sebagian es krim yang mencair akan membentuk kristal es yang lebih besar dan ketika kembali dimasukkan ke pendingin kristal esnya akan tumbuh membesar. Hal ini akan mengakibatkan teksturnya menjadi semakin kasar dan tidak enak di mulut. Selain itu, sebenarnya pengasaran tekstur ini bisa juga diakibatkan karena laktosa (gula susu) akan mengkristal dari larutan dan sukar melarut kembali.
2.2 Dasar-dasar Kekuatan Konstruksi.
Didalam pengoperasian alat pembuat es krim , terdapat bagian-bagian yang harus menahan beban seperti motor listrik, puli, posros penggerak dan pengaduk yang ditimbulkan oleh adonan es krim yang diaduk dengan tujuan mengecilkan ukuran kristal es yang terbentuk dan pencampuran udara ke dalam adonan es krim. Bagian-bagian ini harus diamati secara tepat agar dapat menerima beban tekanan cukup kuat.
Kekuatan bahan harus diperhitungkan sesuai dengan kondisi operasi yang akan berlangsung, untuk itu penilaian bahan yang akan digunakan harus benar-benar diteliti untuk memberikan informasi yang akurat serta perangkat peralatan pengaman yang menjamin bahwa alat pengepres tersebut bekerja pada kondisi yang telah diperhitungkan.
2.2.1 Perhitungan Baling-baling Pengaduk
Alasan yang mendasar dalam menentukan jenis baling-baling yang digunakan dalam proses pengadukan harus memenuhi faktor-faktor seperti berat jenis fluida, kecepatan jenis fluida, viskositas fluida, dan kecepatan putaran. karena jika berbeda berat jenis (γ ) kerapatan jenis fluida (ρ), viskositas fluida (µ), dan kecepatan putaran. Maka berbeda pula jenis-jenis baling-baling yang kita pergunakan.
dalam tangki olahan. Tegangan yang terjadi dalam baling-baling sama besarnya dengan tegangan yang terjadi pada as/ shatf pada spindel. Tetapi sumber tegangan dari baling-baling sebab baling-baling merupakan elemen beban terhadap elektro motor, spindel, as/shatf.
2.2.1.1 Jenis/ Tipe Baling-baling
Dalam menentukan jenis baling -baling yang digunakan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti berat jenis (γ ) kerapatan jenis fluida (ρ), viskositas fluida (µ) dan kecepatan putaran (rpm). beberapa jenis baling-baling yang biasa digunakan dalam proses pencampuran ialah :
a. Plat Blade (Baling-baling bilah datar)
Biasanya digunakan dengan kecepatan putaran berkisar antara 600-900 rpm, dan diletakkan tidak terlalu dekat dengan kedasar tangki olahan, yang terdapat pada gambar 2.1.a.
b. Disk Flak Blade (Baling – baling cakram dengan bilah datar)
digunakan untuk keperluan laboratorium karena pencampurannya merata dengan menggunakan kecepatan perputaran yang tinggi, begitu juga dengan kebutuhan daya perputarannya, seperti terdapat pada gambar 2.1.b
c. Pitchen Vane (Baling – baling Radial)
d. Curved Blade (Baling – baling lengkung)
biasanya disebut dengan back swept, karena jika berputar baling-baling jenis ini akan menekan fluida ke dinding tangki olahan agar proses pencampuran merata. jenis biasa digunakan untuk mengurangi tegangan geser dari baling-baling. seperti terdapat pada gambar 2.1.d
e. Titled Blade (Baling-baling Bilah Datar Miring)
Baling-baling jenis ini sama dengan baling-baling bilah datar atau plat blade, tetapi jenis ini didesain agar terpasang miring terhadap tangki olahan. seperti terdapat pada gambar 2.1.e
f. Shrouded Blade ( Baling – baling Bilah Vertikal Horizontal)
Baling-baling jenis ini merupakan kombinasi antara bilah datar/ vertikal dengan bilah horizontal (seperti terdapat pada baling-baling jenis radial). biasanya diletakkan hampir dekat kepermukaan fluida untuk menghasilkan pusingan air yang berguan untuk pencampuran. seperti terdapat pada gambar 2.1.f
g. Pitched Blade ( Baling – baling Pilin)
Memiliki karakteristik radial dan aksial. biasanya diletakkan hampir kedasar tangki olahan dengan sudut standart pilinan 450. Jenis ini juga biasa dikenal dengan tipe fan. seperti terdapat pada gambar 2.1.g
h. Pitched Curved Blade (Baling-baling Pilin Lengkung)
i. Arrowhead Blade (Baling –baling Searca)
Pada baling-baling jenis ini arah putaran biasanya disesuaikan dengan kebutuhan pada waktu pencampuran. karen jenios ini biasanya diletakkan pada fluida yang mempunyai arah dan arus aliran seperti terdapat pada gambar 2.1.i
Gambar 2.1. Jenis/Type baling-baling
2.2.1.2 Analisa Gaya Pada Baling-baling Pengaduk
Di dalam alat pembuat es krim, bejana tempat adonan es krim ini di putar sedangkan baling-baling pengaduk tetap diam, sehingga kecepatan sudut bejana tempat adonan es krim adalah :
60 . . . 2π nµs
ω = (2.1)
dimana : ω = Kecepatan sudut bejana (rad/s) n = Putaran (rpm)
Harga koefesien gesek dapat dilihat pada tabel 2.1 dibawah ini
Tabel 2.1 Harga Koefesien Gesek Statis dan Kinetis
Permukaan μs μk
Baja pada baja
Alumunium pada baja Tembaga pada baja Besi pada baja Tembaga pada basi Kaca pada kaca
Kebanyakan logam- [sedikit diberi oli] Baja pada es
Baja pada teplon
Kayu pada kulit binatang Karet pada beton basah Karet pada beton kering Tulang pada tulang Persendian tulang
0,78 (Suyanto;Fisika Dasar; Hal 123)
Maka untuk tosi (T) (kg.m) adalah :
= Diameter bejana tempat adonan (m) Daya penggerak bejana (P) (Watt) adalah :
(Sularso;Elemen mesin;hal 7)(2.3)
fc T
P= ×
102 .ω
(Sularso;Elemen mesin;hal 7) (2.4)
Untuk fc diambil dari daya rata-rata yang diperlukan yaitu 2,0
2.2.2 Daya motor penggerak
Daya motor penggerak (Pmotor) dapat dihitung dari daya poros penggerak
bejana (P) dibagi dengan effisiensi mekanisme-total (ηm
m Motor
P P
η =
) sebagai berikut :
(2.5)
Dimana : Pmotor
m η
= Daya motor penggerak (kW) P = Daya poros penggerak bejana (kW)
= Effisiensi mekanisme-total (effisiensi sistem transmisi)
2.2.3 Sistem transmisi
2.2.3.1 Sistem transmisi sabuk dan puli
Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk-V karena mudah penggunaannya dan harganya murah, tetapi sabuk ini sering terjadi slip sehingga tidak dapat meneruskan putaran dengan perbandingan yang tepat.
m m
r1 R2
n1 n2
C
Penggerak Yang Digerakan
Gambar 2.2 Ukuran penempang sabuk-V
Jika putaran puli penggerak dan yang digerakan berturut-turut adalah n1 (rpm) dan
n2 (rpm), dan diameter nominal masing-masing adalah d1 (mm) dan D2
1 2 2 1
d D n n
=
(mm). Karena sabuk-V biasanya dipakai untuk menurunkan putaran, maka perbandingan yang umum dipakai ialah perbandingan reduksi i (i > 1), dimana :
(2.6)
Kecepatan linier (v) sabuk-V (m/s) adalah :
1000 60×
= dn
v π (2.7)
Jarak suatu poros rencana (C)adalah 1,5 samapai 2 kali diameter puli besar.
Gambar 2.3 Panjang keliling sabuk Panjang sabuk rencana (L) adalah :
2 1 2 2
1 ( )
4 1 ) (
2
2 D d
C D
d C
Dalam perdagangan terdapat bermacam-macam ukuran sabuk. Namun mendapatkan ukuran sabuk yang panjangnya sama dengan hasil perhitungan umumnya sukar. Didalam perdagangan nomor nominal sabuk-V dinyatakan dalam panjang kelilingnya dalam inchi. Tabel 2.2 menunjukan nomor-nomor nominal dari sabuk standart utama.
Tabel. 2.2 Panjang sabuk-V standart.
Nomor nominal Nomor nominal Nomor nominal Nomor nominal (Inchi) (mm) (Inchi) (mm) (Inchi) (mm) (Inchi) (mm)
10 254 45 1143 80 2032 115 2921
11 279 46 1168 81 2057 116 2946
12 305 47 1194 82 2083 117 2972
13 330 48 1219 83 2108 118 2997
14 356 49 1245 84 2134 119 3023
15 381 50 1270 85 2159 120 3048
16 406 51 1295 86 2184 121 3073
17 432 52 1321 87 2210 122 3099
18 457 53 1346 88 2235 123 3124
19 483 54 1372 89 2261 124 3150
20 508 55 1397 90 2286 125 2175
35 889 70 1778 105 2667 140 3556
36 914 71 1803 106 2692 141 3581
37 940 72 1829 107 2718 142 3607
38 965 73 1854 108 2743 143 3632
39 991 74 1880 109 2769 144 3658
40 1016 75 1905 110 2794 145 3683
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 168)
Jarak sumbu poros C dapat dinyatakan sebagai :
8
) (
8 2 1 2
2
d D b
b
Dimana :
) (
14 . 3
2L D2 d1
b= − + (Sularso;Elemen Mesin; Hal 170) (2.10) Sedangkan untuk besarnya daya yang dapat ditransmisikan oleh sabuk, digunakan rumus :
v F F
Po=( 1− 2) (Sularso;Elemen Mesin; Hal 171) (2.11) µθ
e F F
=
2 1
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 171) (2.12)
t b
F =σizin × × σizin = 2,5 – 3,3 N/mm2 Dimana : F1 = gaya tarik pada sisi kencang (N)
F2
C d
D )
( 57
180°− 2 − 1
= θ
= gaya tarik pada sisi kendor (N) b = Lebar sabuk spesifik (mm) t = Tebal sabuk sfesipik (mm) e = 2,7182
μ = Koefesien anatar sabuk dan puli (0,3 – 0,6)
θ = Sudut kontak antara sabuk dan puli (º) Besarnya sudut kontak adalah :
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 173) (2.13)
2.2.3.2 Sistem transmisi Roda gigi cacing
Pada perancangan alat pembuat es krim ini roda gigi cacing digunakan untuk mentransmisikan putaran dan daya dari puli pada motor ke puli penggerak bejana. Perbandingan transmisi atau perbandingan gigi dapat dinyatakan sebagai :
1 2
Z Z
i= (2.14)
Dimana : Z1 = Jumlah ulir cacing
Z2 = Jumlah gigi pada roda gigi cacing
Dibawah ini akan diberikan rumus dan persamaan roda gigi cacing. Jika mn
adalah modul normal, ms
γ
cos
n s
m m =
adalah modul aksial, dan γ adalah sudut kisar maka :
(Sularso;Elemen mesin;hal;277)(2.15)
Atau harga taksiran ms dari jarak sumbu poros (a) dan jumlah gigi (Z1) adalah : Error! Bookmark not defined.
28 , 6
7 , 12 2
2 +
− ≈
Z a
ms (Sularso;Elemen
mesin;hal;277)(2.16)
Untuk ulir cacing, proposi bagian-bagiannya dapat dilihat pada tabel 2.3 berikut :
Tabel 2.3 proposi ulir cacing
Nama Bagian Rumus
Diameter jarak bagi cacing d1 =Z1mn/sinγ
Jarak sumbu a=(d1+d2)/2
Tinggi kepala hk =mn
Tinggi kaki hf =1,157mn
Tinggi gigi h=hf +hk
Untuk roda cacing proposi bagian-baginnya dapay dilihat pada tabel 2.4 berikut :
Tabel 2.4 proposi roda cacing
Nama Bagian Rumus
Diameter jarak bagi cacing d2 =Z2ms
Tinggi kepala hk =mn
Tinggi kaki hf =1,157mn
Tinggi gigi h=hf +hk
Diameter luar cacing dk2 =dt +2(d1/2−hk)(1−cosθ) Diameter inti cacing dr2 =d1 −2hf
Dimana : dt =d2 +2hk
θ = Sudut lengkung roda cacing Maka lebar roda cacing
35 , 6 cos
. 38 ,
2 +
=
γ πmn
b (Sularso;elemen mesin;hal277) (2.17)
Leber sisi gigi efektif (be
) 2 / sin(
1 θ
dk be =
) adalah :
(Sularso;elemen mesin;hal277) (2.18) Persamaan beban lentur yang diizinkan (Fab
Y m b Fab =σba. e. n.
) (kg)adalah :
(Sularso;elemen mesin;hal279) (2.19) Dimana : σba = Tegangan lentur yang diizinkan (kg/mm2
Y
.
) dapat dilihat pada lampiran A-1
= Faktor bentuk (dapat dilihat pada lampiran A-2) Dan beban permukaan gigi yang diizinkan (Fac) (kg) adalah :
Dimana : Kc= Faktor ketahana terhadap keausan (dpt dilihat pada lampiran A-3) γ
K
. = Faktor sudut kisar (dapat dilihat pada lampiran A-4) Untuk beban tangesial (Ft) (kg) adalah :
2.2.3.3 Sistem transmisi Roda gigi kerucut
Perbandinga putaran (i) roda gigi kerucut adalah :
Jika sudut poros dinyatakan dengan (Σ), maka :
2
Untuk proposi roda gigi keruct, maka diameter lingkaran jarak bagi (d)
Sisi kerucut ;
) sin 2 /( )
sin 2
/( 1 2 2
1 d
d
R= δ = (2.23)
Kecepatan roda gigi pinion dibuat lebih tinggi dari pada kecepatan roda gigi besar maka perubahan kepala yang diperlukan dapat dilakukan dengan koefesian masing-masing sebagai berikut :
1 2
2
2 1 1 0,46 1
x x
Z Z x
− =
−
= (2.24)
Karena itu jika Ck ≥0,118.m, dimana Ck
m x hk1 =(1+ 1)
= kelonggaran puncak, maka untuk pinion :
Tinggi kepala :
Tinggi kaki: hf1 =(1−x1)m+Ck Demikian pula dalam hal roda gigi besar :
Tinggi kepala : hk2 =(1−x1)m Tinggi kaki: hf2 =(1+x1)m+Ck Dengan demikian tinggi gigi adalah :
k C m
h=2 + (2.25)
Sudut kepala pinion θk1 =tan−1(hk1/R)
Sudut kaki pinion θf1 =tan−1(hf1/R)
Sudut kepala roda gigi besar θk2 =tan−1(hk2/R)
Sudut kaki roda gigi besar θf2 =tan−1(hf2 /R) Dengan demikian sudut kerucut kepala adalah :
1 1
1 k
k δ θ
Demikian pula sudut kerucut kaki :
Besarnya masing-masing diameter lingkaran kepala adalah :
2
Dan besarnya masing-masing diameter lingkaran kaki :
2
Jika sudut tekan adalah αo, dan kelonggaran belakang dianggap nol, maka tebal gigi(tebal lingkar) adalah :
m
Lebar sisi gigi b sebaiknya diambil tidak lebih dari 1/3 sisi kerucut, atau kurang dari 10 modul pada ujung luar.
Untuk menentukan lebar sisi, mula-mula dihitung kekuatannya terhadap beban lentur, beban lentur yang diizinkan dibagi dengan lebar sisi Fb
) dengan penampang yang merupakan harga rata-rata dari penampang ujung luar dan ujung dalam, adalah
(2.31)
Dimanan σa1 dan σa2 (kg/mm
2
)adalah tegangan lentur yang diizinkan, seperti yang diberikan pada lampiran A-5. Kv adalah faktor dinamis (lampiran A-6). J1
(lampiran A-7). Ks
) 24 , 2 / (4 m Ks =
merupakan faktor ukuran yang besarnya ditentukan sebagai untuk m≥1,5, dan Ks = 0,5, untuk m < 1,5.
Km adalah faktor distribusi beban yang hargannya ditentukan oleh letak
bantalan terhadap roda gigi (lampiran A-9). Perhitungan beban muka FH
f m o
v
p c H
C C C
I C C
d F
. .
2 1 2 '
σ =
(kg/mm), juga didasarkan pada ukuran penampang rata-rata gigi, dilakukan menurut rumus berikut :
(Sularso;elemen mesin;hal:272)(2.32)
Dimana σc (kg/mm2) adalah tegangan kontak yang diizinkan (lampiran A-5). Dalam hal ini jika harga tegangan tersebut berbeda untuk pinion dan roda gigi besar, maka harus diambil harga yang terkecil.
Cp ( kg/mm) adalah koefesien elastis (lampiran A-10), Cy adalah
faktor dinamis (lampiran A-6), Co merupakan faktor beban lebih (lampiran A-7), Cm adalah faktor distribusi beban (lampiran A-9), Cf adalah faktor kondisi
permukaan biasanyan = 1, dan I adalah faktor geometri (lampiran A-11).
Diantara harga-harga F’b1, F’b2, dan F’H dipilih yang terkecil selanjutnya
disebut F’min. Lebar gigi yang diperlukan dapat dihitung dari gaya tangensial Ft
(kg/mm) = 102Pd/v dibagi dengan F’min
Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Jika diketahui , jika harga tersebut tidak lebih dari 1/3 sisi kerucut atau kurang dari 10 kali modul ujung luar gigi, maka dapat ditetapkan sebagai harga yang dipakai.
bahwa poros yang akan direncanakan tidak mendapat beban lain kecuali torsi, maka perencanaan diameter porosnya adalah sebagai berikut :
3
Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak (kW), maka berbagai faktor keamanan bisa diambil, sehingga koreksi pertama bisa diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah fc, maka daya perencana adalah :
... (2.34) Dimana Pd = Daya perencana (kW)
Harga fc dapat dilihat pada tabel 2.5 dibawah ini :
Tabel 2.5 faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan
Daya yang Akan Ditransmisikan fc
Daya rata-rata yang diperlukan 1,2 - 2,0
Daya maksimum yang diperlukan 0,8 - 1,2
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 7)
Untuk menghitung Torsi T (kg.mm) dapat dihitung dari daya perencana (kW) sebagai berikut :
ω Pd T =
n Pd
T
π
2
1000 60
102× ×
× =
n Pd
T =9,74×105× (2.35)
Tegangan izin dapat dihitung sebagai berikut :
2 1 sf
sf B a
× = τ
τ (Sularso;Elemen mesin;hal 8)(2.36)
Dimana : τB = Kekuatan tarik bahan (kg/mm2) Sf1 = Faktor keamanan bahan, untuk bahan
SF = 5,6 S-C = 6,0
Sf2 = Faktor keamanan akibat alur pasak (1,3 3,0) ÷
Dalam perencanaan diameter poros, ada faktor-faktor lain seperti faktor koreksi akibat momen puntir (Kt) dan faktor akibat beban lenturan (Cb), maka persamaan (2.33) menjadi :
3 1
. . 1 , 5
× ×
≥ T Kt Cb
d
a s
τ (Sularso;Elemen mesin;hal:8)(2.37)
Dimana harga Kt = 1,0 (jika beban halus)
Cb = 1,2÷2,3(jika tidak ada beban lentur maka Cb = 1)
2.2.5 Baut
Baut disini berfungsi sebagai pengikat untuk dudukan pada motor penggerak tetapi selain itu berfungsi juga untuk pengikat poros terhadap puli. Jika momen rencana dari poros adalah T(Kg.mm) dan diameter poros adalah ds (mm), maka gaya tangensial F (Kg) Pada permukaan poros adalah :
) 2 / (ds
T
F= (2.38)
Tegangan geser yang ditimbulkan adalah :
2
4
/ d
F k
× =π
τ (2.39)
Dimana : τk = Tegangan geser yang terjadi (kg/mm 2
2 1 fk fk
b ka
S S ×
= σ
τ
) d = Diameter luar baut (mm)
Tegangan geser izin didapat dengan :
(2.40)
Dimana : Sfk1 = Faktor keamanan (umumnya diambil 6)
Sfk2
2
4
/ d
F ka
× ≥π τ
= Faktor keamanan
= 1,0 – 1,5 (jika beban dikenakan perlahan-lahan) = 1,5 – 3,0 (jika beban dikenakan tumbukan ringan) = 2,0 – 5,0 (jika beban dikenakan secara tiba-tiba dengan
tumbukan berat)
Gaya keliling F (kg) yang sama seperti diatas dikenakan pada luas permukaan samping pasak. Maka tekanan permukaannya adalah :
1
t d
F P
×
= (2.42)
Dimana : P = Tekanan permukaan (kg/mm2
1
t d
F Pa
× =
) t = kedalaman baut pada poros (mm)
dari harga tekanan permukaan yang di izinkan, panjang pasak yang diperlukan dapat dihitung dengan :
(2.43)
Dimana : Pa = Tekanan permukaan izin (kg/mm2)
Harga Pa dapat dilihat pada tabel 2.6 dibawah ini
Tabel 2.6 Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir
Bahan Tekanan permukaan yang diizinkan Pa (kg/mm2)
Ulir luar Ulir dalam Untuk pengikat Untuk penggerak
Baja liat Baja liat atau perunggu 3 1
Baja keras Baja liat atau perunggu 4 1,3
Baja keras Besi cor 1,5 0,5
2.2.6 Bantalan
Tujuan merencanakan bantalan adalah untuk mendapatkan umur bantalan. Suatu beban yang besarnya sedemikian rupa hingga memberikan umur yang sama dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarnya disebut beban ekivalen dinamis. Misalkan sebuah bantalan membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa (kg), maka beban ekivalen dinamis P (kg) adalah :
Tabel 2.7 faktor-faktor X,V dan Y
Jenis bantalan
Beba
Baris tunggal Baris ganda
e
Baris tunggal Baris ganda
Fa/VFr>e Fa/VFr≤eFa/VFr>e
V X Y X Y X Y Xo Yo Xo Yo
Bantalan bola alur
Bantalan bola sudut
α = 20º (Sularso;Elemen Mesin; Hal 135)
Umur nominal L dapat ditentukan sebagai berikut :
Faktor umur :
Untuk kedua bantalan,fh
P C fn
= (Sularso;Elemen Mesin; Hal 135) (2.46)
Umur nominal Lh
=
=
10 / 3
3 / 1
500 ,
500 ,
h h
h h
f f
rol bantalan untuk
f L
Bola bantalan untuk
adalah
(Sularso;Elemen Mesin; Hal 135) (2.47)
Dimana C = Beban nominal dinamik spesifik (kg) P = Beban ekivalen dinamis (kg)
Tabel 2.8 Beban nominal dinamik spesifik
L
B A
P
a b
b b
h
2.2.7 Defleksi pada rangka batang
Kekakuan terhadap rangka batang terhadap lenturan juga perlu diperiksa. Bila suatu rangaka batang (plat profil) baja yang ditumpuh pada kedua ujungnya dan mendapat beban terpusat maka besarnya defleksi poros y (mm) adalah :
jika pada rangka diasumsikan kedua ujung rangka ditumpu, maka reaksi tumpuan untuk beban terpusat adalah adalah :
Gambar 2.4 Defleksi beban terpusat
2 /
P RB RA= =
Karena pada alat pembuat es krim terdapat empat buat rangka untuk menahan beban dari tabung pendingin, maka besarnya beban untuk tiap-tiap rangka adalah
4
W P=
Dimana P = Beban tiap-tiap rangka (kg) W = Beban dari tabung pendingin (kg) Momen lentur yang terjadi :
x RA
Mmak = . dimana x = l/2, maka
4 . 2 . 2
l P l P
Mmak = = (2.48)
Untuk tegangan lentur yang timbul adalah :
I Y Mmak mak
.
=
sb y
Dimana Y = jarak dari pinggir penampang kepusat penampang (diambil yang terbesar), untuk kondisi diatas maka harga Y =b/2, sedangkan untuk momen inersia penampang siku adalah sebagai berikut :
Gambar 2.5 titik berat pelat profil h
2 = , maka untuk momen inersianya adalah :
)
untuk defleksi yang terjadi adalah :
(2.52)
BAB III
PENETAPAN SPESIFIKASI DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Fluida yang diaduk.
Peninjauan pada fluida yang akan diaduk perlu dilakukan dalam perancangan alat pembuat es krim. Fluida yang diaduk adalah yang termasuk dalam klasifikasi cairan kental yang nantinya akan membeku akibat pendinginan.
3.2 Penetapan kapasitas tabung es krim.
Kapasitas dari tabung es krim ini direncanakan yaitu sekitar 4 kg berat adonan es krim untuk tiap satu tabung es krim, dengan diameter 22,86 cm dan tinggi 40 cm.
3.3 Perencanaan Sistem Transmisi
BAB III
PENETAPAN SPESIFIKASI DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Fluida yang diaduk.
Peninjauan pada fluida yang akan diaduk perlu dilakukan dalam perancangan alat pembuat es krim. Fluida yang diaduk adalah yang termasuk dalam klasifikasi cairan kental yang nantinya akan membeku akibat pendinginan.
3.2 Penetapan kapasitas tabung es krim.
Kapasitas dari tabung es krim ini direncanakan yaitu sekitar 4 kg berat adonan es krim untuk tiap satu tabung es krim, dengan diameter 22,86 cm dan tinggi 40 cm.
3.3 Perencanaan Sistem Transmisi
Puli Roda gigi kerucut
Puli
Roda gigi cacing
Gambar 3.1 Sistem Transmisi Alat pembuat es krim
3.4 Spesifikasi Perencanaan.
Jenis Fluida : Cairan kental (adoan es krim)
Kapsitas tabung : 4 kg adonan es krim
Sistem transmisi : Puli dan roda gigi
Selanjutnya adalah cara kerja alat pembuat es krim:
1. Setelah adonan es krim selesai kemudian diletakan didalam tabung es . 2. Pada sistem ini alat pembut es krim dilengkapi dengan motor penggerak
sebagai penggerak utama , dimana dalam perencanaan ini motor penggerak yang dipergunakan adalah elektromotor.
3.5. Proses pembuatan alat
3.5.1 Tabung pendingin
Tabung pendingin terbuat dari drum minyak bekas, kemudian dipotong dengan ukuran panjang 54 cm, bahan tabung diperkirakan dari pelat besi dan dicor dengan campuran kerikil, pasir dan semen dengan perbadingan 30 kg semen, 50 kg pasir dan 3 kg batu kerikil. Tebal coran yaitu 10 cm setinggi 50 cm. Coran dibuat miring dengan sudut kemiringan 20º agar perpindahan kalor dapat bersikulasi dari bagian bawah keatas karena suhu dibagian bawah lebih tinggi. Bagian dalam tabung pendingin dilapisi kayu (pohon duren) sebanyak 14 batang kayu dengan ukuran 43 cm × 5 cm× 2 cm. Pada bagian tabung pendingin diberi lubang sebagai tempat pembuangan air es yang mencair dan tempat dudukan tabung adonan es krim dibuat dari bahan baja St 37 dengan panjang 15 mm, diameter 10 mm. Adapun sfesifikasi data tabung pendingin dapat dilihat pada tabel 3.1 dibawah ini :
Tabel 3.1 Sfesifikasi data tabung pendingin
Bagian Bahan Ukuran
Dinding bagian luar Drum minyak bekas Ø 60 cm × 54 cm
Coran
30 kg semen 50 kg Pasir 3 kg Batu kerikil
Tebal coran 10 cm, tinggi coran 50 cm, kemiringan 20º
Dinding bagian dalam Kayu duren 43 cm × 5 cm× 2 cm (14 batang) Tempat dudukan
Gambar 3.2 Tabung pendingin
3.5.2 Tabung adonan es krim
Tabel 3.2 Spesifikasi data tabung tempat adonan es krim
Bagian Bahan Ukuran
Tabung tempat adonan
es krim Pelat talang (seng) Ø 22,86 cm × 40 cm Pemutar tabung (roda
gigi gerdang) S45C Dk= 85,1548 mm, Z = 16 gigi
Gambar 3.3 Tabung tempat adonan
3.5.3 Rangka dudukan
Tabel 3.3 Spesifikasi data rangka dudukan dan transmisi
Bagian Bahan Ukuran
Rangka dudukan Pelat profil L L 40
Puli Besi cor 3 inchi (3 buah), 4 inchi (1 buah)
Sabuk Karet 27 inchi dan 38 inchi
Roda gigi cacing
Bahan ulir cacing dari baja S50C , Roda cacaing FC 19.
Modul 7
Roda gigi gerdang
(kerucut) S45C Modul 5,08
3.5.4 Pengaduk
Pengaduk dibuat dari bahan kayu jati dan bei pelat. Untuk ukuran kayu adalah 35 cm × 5 cm × 2 cm sedangkan ukuran besi pelat 6 cm × 5 cm dengan bagian ujung dibuat radius 5 mm. Poros tengah pengaduk dari baja St 37 dengan panjang 60 cm, diameter 15 mm. Ketiga bahan tersebut dirangkai seperti gambar 3.5. Adapun sfesifikasi data pengaduk dilihat pada tabel 3.4 dibawah ini :
Tabel 3.4 Spesifikasi data pengaduk
Bagian Bahan Ukuran
Poros St 37 Ø15 mm × 60 cm
Pengaduk Kayu jati
Besi pelat
35 cm × 5 cm × 2 cm 6 cm × 5 cm
3.5.5 Perangkaian komponen
BAB IV
ANALISA PERANCANGAN DAN KEKUATAN BAHANA
BAGIAN-BAGIAN UTAMA
4.1 Daya Motor Penggerak
Daya motor yang dipergunkan untuk menggerakan bejana tempat adonan es krim perlu diperhitungkan. Daya pada poros penggerak bejana adalah daya yang dibutuhkan pada motor penggerak dibagi dengan effisiensi mekanismenya. Pada spesifikasi perencanaan, kapasitas bejana tempat adonan es krim (m) adalah 4 kg dan putran pada bejana tempat adonan direncanakan 60 rpm, kecepatan sudut bejana dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.1) sebagai berikut :
7680
dapat dilihat pada tabel 2.1
Diameter bejana yang telah direncanakan adalah 22,86 cm =0,2286 m, maka besarnya torsi dapat dihitung dari persamaan (2.2) sebagai berikut :
kg.m
Besarnya daya pada poros penggerak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.4) sebagai berikut :
0338
Alat pembuat es krim ini menggunakan sistem transmisi roda gigi dan puli , maka effisiensi mekanisme totalnya adalah :
1836 , 0 90 , 0 85 , 0 60 , 0 40 , 0
ker × = × × × =
× ×
=
−tot puli Rgcacing Rg ucut poros
mek η η η η
η
Daya motor penggerak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.5) sebagai berikut :
1841 , 0 1836 , 0
0338 , 0
= =
m
P kW
Jadi besarnya daya motor penggerak (Pm) = 0,1841 kW = 0,2498Hp = 0,25 Hp
Didalam pasaran daya motor 0,25 HP putaranya 1420 rpm
4.2 Sistem Transmisi
Sistem transmisi pada alat pembuat es krim dapat dilihat pada gambar 3.1. Dalam perencanaanya roda gigi cacing dan kerucut adalah diberi dipasaran dengan perbandingan rasio yang telah direncanakan adalah sebagai berikut :
Untuk roda gigi cacing = 1 :20 Untuk roda gigi kerucut = 10: 16
Sehingga putaran yang telah direncanakan untuk tiap komponen adalah :
Putaran motor (n1) = 1420 rpm, putaran pada puli 1, 2 dan ulir cacing(n2, n3,dan
n4) = 1420 rpm, putaran pada roda cacing, dan puli 3 (n5 dan n6) = 71 rpm, putaran
pada puli 4 dan roda gigi kerucut 1(n7 dan n8) = 95 rpm, putaran pada roda gigi
4.2.1 Sistem Transmisi sabuk dan puli
Sistem transmisi pada alat pembuat es krim adalah dengan puli, dengan putaran motor 1420 rpm. Jika diameter puli 1 direncanakan 3 inchi, maka diameter puli 2 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6) sebagai berikut :
3 1420 1420 = d2
, d2 =3 inchi
Diameter puli diatas merupakan (dk) diameter luar puli, maka untuk menentukan diameter nominal puli (dp) adalah :
t dk dp1 = 1−
Dimana untuk tebal sabuk tipe B adalah 11 mm (lihat gambar 2.1), maka : 2
Kecepatan linear sabuk dapat dihitung dengan persamaan (2.7) sebagai berikut : m/s
Jarak poros rencana diambil 2 kali diameter puli besar, maka 4
Panjang sabuk rencana (L) dapat dihitung dari persamaan (2.8) sebagai berikut :
582
Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart yang mendekati harga 465,582 mm adalah 19 inchi, maka jarak sumbu poros dapat dihitng dengan persamaan (2.9) sebagai berikut :
Dimana untuk b=2×483−3.14(65,2+65,2)=556,544 mm
Karena jarak motor ke puli terlalu dekat dan tidak sesuai dengan konstruksi yang telah dibuat maka jarak sumbu poros diambil 380 mm, maka untuk panjang sabuk adalah :
Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart yang mendekati harga 964,728 mm adalah 38 inchi, maka jarak sumbu poros :
380 Menurut sularso :
C
Sedangkan diameter puli 3 direncanakan 4 inchi, maka diameter puli 4 dapat dihitung sebagai berikut
4 95 71= d4
, d4 =3 inchi
Diameter puli diatas merupakan (dk) diameter luar puli, maka untuk menentukan diameter nominal puli (dp) adalah :
6
3242
Jarak poros rencana diambil 2 kali diameter puli besar, maka 2
Panjang sabuk rencana (L) dapat dihitung sebagai berikut :
8961
Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart adalah 27 inchi, maka jarak sumbu poros dapat dihitng berikut :
0606 Menurut sularso
C
4.2.2 Sistem Transmisi Roda gigi cacing
Perbandingan transmisi yang telah direncanakan adalah :
1
) dapat dihitung dari persamaan 2.15 adalah :
Diameter jarak bagi (d) :
d mm (dapat dilihat pada tabel 2.3)
858
d mm (dapat dilihat pada tabel 2.4)
Jarak sumbu (a) :
Proposi bagian-bagian untuk ulir cacing (dapat dilihat pada tabel 2.3) :
Tinggi kepala hk =7 mm
Untuk roda cacing :
858
dr mm (dapat dilihat pada tabel 2.4)
Lebar roda cacing dapat dihitung dengan persamaan (2.17)
5078
Sudut kemiringan roda gigi (θ) diperkirakan 90º, maka lebar sisi gigi efektif dapat dihitung dari persamaan (2.18) :
0238
Jari-jari lengkung puncak gigi roda cacing (rt) :
6790
Jika tegangan lentur yang diizinkan (σba) diambil 8,5 (dapat dilihat pada lampiran A-1), dan faktor lebar gigi (Y) 0,100 (dapat dilihat pada lampiran A-2), maka beban lentur yang diizinkan dapat dihitung dengan persamaan (2.19) sebagai berikut :
6916
Jika faktor ketahanan terhadap keausan (Kc) diambil 0,042 kg/mm2
9173 pada lampiran A-3), dan faktor sudut kisar (γ) 1,25 (dapat dilihat pada lampiran A-4), maka beban permukaan gigi yang diizinkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.20) sebagai berikut :
kg Untuk gaya tangensial adalah :
8992
4.2.3 Sistem transmisi roda gigi kerucut
Roga gigi kerucut yang digunakan adalah roda gigi gerdang mobil dengan perbandingan putaran (i) :
Jarak bagi diametral pada ujung luar diperkirakan 5, maka modul : 08
Diameter lingkaran jarak bagi (d) :
mm
Sisi kerucut (R) dapat dihitung dari persamaan (2.23)
48
Koefesien masing-masing roda gigi dapat dihitung dari persamaan (2.24):
Tinggi kaki (hf) :
Diameter lingkaran kepala (dk
mm
), dapat dihitung dari persamaan (2.28) :
Diameter lingkaran kaki (X) dapat dihitung dari persamaan (2.29) :
Jika sudut tekan (αo) = 20º, maka tebal gigi (s) dapat dihitung dengan persamaan
Bahan roda gigi diperkirakan dari baja karbon S45C Jika lebar sisi gigi (b) adalah 15 mm, maka :
4.3.1 Poros penghubung roda gigi kerucut dengan puli
Dengan mengambil harga fc = 2 (lihat pada tabel 2.5) dan effisiensi poros = 0,90, maka daya perencanaanya adalah :
0805
Untuk torsi (kg.mm)
0340
Poros direncanakan dari bahan St 37 dengan kekuatan tarik (σB) = 37 kg/mm2, bila Sf2 diambil 3, maka σa adalah :
3
4.3.2 Analisa kekuatan poros pada motor penggerak
Poros pada motor penggerak berdiameter 15 mm. Bahan poros diperkirakan dari baja karbon S30C dengan kekuatan tarik (σB) = 48 kg/mm2, maka σa adalah : Torsi (kg.mm) adalah :
8464
Tegangan geser yang timbul :
3866
Jadi dapat dikatakan bahwa konstruksi aman karena
4.3.3 Analisa kekuatan poros pada puli 3
0895
Torsi (kg.mm) adalah :
7887
Tegangan geser yang timbul :
8553
Jadi dapat dikatakan bahwa konstruksi aman karena
4.4 Analisa Kekuatan Baut
Baut disini berfungsi untuk pengikat poros terhadap puli, maka daya perencana untuk tiap-tiap baut :
Gaya tangensial (F) dapat dihitung dari persamaan (2.38) :
Tetapi dalam perencanaanya ukuran semua baut pengikat disamakan dengan ukuran ulir W ¼ , maka tegangn geser yang timbul dapat dihitung dari persamaan (2.39) :
Untuk F diambil gaya yang paling besar dan d dapat dilihat pada lampiran A-12 Bahan baut diperkirakan dari baja liat 0,32 %C kg/mm2
2857
RHA
4.5 Analisa umur bantalan
Bantalan yang digunakan pada ulir cacing adalah bantalan gelinding 6205.
Gambar 4.1 Reaksi tumpuan 0 Tanda minus menunjukan arah gaya kebawah.
Bila diasumsikan tidak ada beban secara aksial (Fa), maka beban ekivalen dinamisnya adalah :
Faktor kecepatan dapat dihitung dengan persamaan (2.45) :
Untuk nilai C dapat dilihat pada tabel (2.8), maka : 5441
4.6 Analisa defleksi pada rangka batang
Rangka batang mendapat beban dari tabung pendingin, berat tabung (W) diperkirakan 120 kg, maka tiap rangka mendapat beban :
30
Reaksi tumpuannya adalah :
15
Momen lentur yang terjadi dapat dihitung dari persamaan (2.48) :
4575
Rangka batang menggunakan pelat profil L 40, maka :
20
120 Untuk momen inersia :
mm4 40 3 16000
Untuk tegangan lentur yang timbul dapat dihitung dari persamaan (2.49)
kg/mm
untuk defleksi yang terjadi dapat dihitung dari persamaan (2.52) :
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Bedasarkan perhitungan dan perencanaan yang dilakukan maka hasil kesimpulanya sebagai berikut ;
1. Spisifikasi Perencanaan
a. Jenis fluida yang diaduk Cairan kental (adonan es krim) b. Kapsitas Tabung 4 kg berat adonan es krim c. Sistem transmisi Puli dan roda gigi
2. Konstruksi alat
a. Daya motor penggerak ¼ Hp
b. Putaran motor penggerak 1420 rpm c. Putaran tabung es krim 60 rpm
d. Ukuran tabung Ø 9” × 40 cm
e. Bahan tabung es kirm Pelat talang
f. Rangka dudukan Pelat Profil L 40
3. Sistem transmisi
a. Sistem transmisi Puli dan Roda gigi
b. Ukuran puli 3 dan 4 inchi
c. Ukuran sabuk Tipe B 38 dan 27 inchi
d. Jenis roda gigi Roda gigi cacing dan kerucut e. Ratio roda gigi cacing 1:20
4. Poros dan bantalan
a. Diameter poros motor 15 mm
b. Diameter poros ulir cacing 20 mm c. Diameter poros roda cacing 20 mm d. Diameter poros roda gigi kerucut 20 mm e. Bahan poros roda gigi kerucut St 37
f. Bantalan poros ulir cacing Bantalan gelinding No. 6205
5. Proses perakitan
Proses perakitan alat harus disesuaikan dengan gambar kerja yang telah dibuat dan proses sambungan rangka dilakukan dengan pengelasan.
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
1. J. La Heij. Ilmu menggambar bangunan mesin. Cetakan ke-8. PT. Pradya paramitra. Jakarta. 1999.
2. Shigley, Joseph E. Perencanaan Teknik Mesin. Edisi ke-4. Erlangga. Jakarta. 1983.
3. Sularso dan Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Pradnya Paramita: Jakarta, 1994
4. Timoshenko,S. Dasar-dasar Perhitungan Kekuatan Bahan, Penerbit Restu Agung.
LAMPIRAN
Lampiran A-1 tegangan lentur yang diizinkan σba (kg/mm2) Bahan roda gigi cacing Pembebanan satu
arah
Pembebanan dua arah
Besi cor 8,5 5,5
Perunggu untuk roda gigi 17 11
Perunggu antimon 10,5 7
Damar sintetis 3 2
(Sularso;elemen mesin;hal279)
Lampiran A-2 Faktor bentuk roda gigi cacing (Y) Sudut tekanan nominal Faktor bentuk (Y)
14,5º 0,100
20 º 0,125
25 º 0,150
30 º 0,175
(Sularso;elemen mesin;hal279)
Lampiran A-3 faktot tahan aus (Kc)
cacing Roda gigi cacing Kc (kg/mm2)
Baja (kekerasan HB 250) Perunggu forfor 0,042
Baja celup dingin Besi cor 0,035
Baja celup dingin Perunggu fosfor 0,056
Baja celup dingin Perunggu fosfor yang dicil 0,085
Baja celup dingin Perunggu antimon 0,085
Baja celup dingin Damar sintetis 0,087
Besi cor Perunggu fosfor 0,106
Lampiran A-4 faktot sudut kisar (Kγ)
(Sularso;elemen mesin;hal279)
Lampiran A-5 Tegangan lentur dan tegangan kontak yang diizinkan (roda gigi
kerucut)
Bahan Perlakuan panas
Kekerasan permukaan
minimum
Tegangan
lentur yang
diizinkan(kg/
mm2)
Tegangan
kontak yang
diizinkan(kg
/mm2)
HB HRC
Baja
Celup dingin sementasi
Celup dingin sementasi
Celup dingin frekuensi tinggi
Celup dingin dan temper
Celup dingin dan temper
Celup dingin dan temper
625
Pengecoran
Pengecoran
Pengecoran
200
(Sularso;elemen mesin;hal271)
Lampiran A-6 faktor dinamis roda gigi kerucut Kecepatan keliling
(v) m/s
Faktor dinamis (Kv, Cy) 5-10
10-15 Roda gigi kerucut dengan
ketelitian tinggi
0,866-0,800 0,800-0,784 Roda gigi kerucut dengan
ketelitian rendah
5-10 10-15
Lampiran A-7 faktor beban lebih Ko, Co
Sisi penggerak Sisi yang digerakan
Tanpa tumbukan Tumbukan sedang Tumbukan berat
Tanpa tumbukan 1,00 1,25 1,75
Tumbukan sedang 1,25 1,50 2,00
Tumbukan berat 1,50 1,75 2,25
(Sularso;elemen mesin;hal271)
Lampiran A-8 Koefesien geometri (J) untuk roda gigi kerucut lurus dengan sudut tekan 20º dan sudut poros 90º
Jumlah gigi dari roda gigi yang akan ditentukan faktor gemetrinya
Jumlah gigi dari roda-roda gigi yang berpasangan
Faktor geometri (J)
16 10 0,172
10 16 0,168
(Sularso;elemen mesin;hal272)
Lampiran A-9 faktor pembagi beban Km, Cm
Pinion dan roda gigi
kedua-duanya memakai bantalan
dua ujung
Salah satu dari pinion
atau roda gigi
memakai bantalan satu
ujung
Pinion dan roda gigi
kedua-duanya
memakai bantalan
satu ujung
Roda gigi reduksi umum 1,00-1,10 1,10-1,25 1,25-1,40
Otomobil 1,00-1,10 1,10-1,25 ---
Kapal terbang 1,00-1,25 1,10-1,40 1,25-1,50
Lampiran A-10 koefesien elastis Cp
Bahan roda gigi
Bahan pinion
Baja
E = 2,27 × 10-4 (kg/mm2)
Besi Cor
E = 1,44 × 10-4 (kg/mm2)
Baja 74,2 64,9
Besi cor 64,2 59,6
(Sularso;elemen mesin;hal272)
Lampiran A-11 faktor geometri (I)
Jumlah gigi pinion Jumlah gigi roda gigi Faktor geometri (I)
10
10 0,050
15 0,055
20 0,060
20
10 0,048
15 0,056
20 0,062
Lampiran A-12 Ukuran ulir Withworth
Lampiran A-13 Tegangan lentur yang diizinkan σa pada bahan roda gigi
Kelompok bahan
Lambang bahan
Kekuatan tarik σb (kg/mm2)
Kekerasan [Brinil]
HB
Tegangan lentur yang
diizinkan σa (kg/mm2) Baja karbon
untuk konstruksi mesin
Baja paduan dengan pengerasan kulit
S 15 CK 50 400[dicelup dingin dalam minyak]
30 SNC 21
SNC 22
80 100
600[dicelup dingin dalam minyak]
35-40 40-45 Baja khrom
nikel Perunggu
Logam delta Perunggu fosfor [coran] Perunggu nikel [coran]
18
phenol,dll
Lampiran A-14 Konversi satuan AS yang umum ke satuan SI
(Joseph E. Shigley : Perencanaan Teknik Mesin : hal : 373)
Lampiran A-15 Konversi satuan SI ke satuan AS yang umum