PERANCANGAN MESIN PENGUPAS KULIT KENTANG
KAPASITAS 3 KG/PROSES
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat
Strata-1 Pada Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh :
TARTONO
20120130098
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
iii
PERNYATAAN
Penulis menyatakan dengan sesungguhnya, bahwa skripsi ini adalah asli hasil karya penulis dan tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis disebutkan sumbernya dalam naskah dan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, Februari 2017
Tartono
iv MOTTO
Berjuang dan bertaruh demi menggapai massa depan adalah ibadah yang sangat mulia disisi Allah SWT
Hiduplah dengan memanfaatkan waktu dan peluang
Tidakmungkin matahari menyusul bulan dan tiada malam mendahului siang. Semua beredar pada falak-nya (tempat peredaran) masing-masing.
(QS. Yasin : 40)
Banggalah dengan hanya menjadi bintang yang kecil namun memancarkan sinar sendiri, jangan pernah memancarkan rembulan namun keindahan dan
sinarnya bukan miliknya
Jangan hanya menghindari yang tak mungkin, dengan mencoba sesuatu yang tidak mungkin, kita akan biasa mencapai yang terbaik dari yang
mungkin kita capai. (Mario Teguh)
Tidaklah seorang makan makanan yang lebih baik dari pada hasil keterampilan tangannya sendiri. Sesungguhnya Nabi Daud AS makan dari
v
PERSEMBAHAN
Dengan menyebut nama Allah yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang
Tugas Akhir ini saya persembahkan untuk :
Bapak dan Ibu tercinta, beliau Bapak Sumiryo dan Ibu Suri. Sebagai ungkapan rasa syukur dan terima kasih atas kasih sayang, bimbingan, cinta, do'a dan segalanya yang telah diberikan. Besar harapan Ananda untuk dapat menjdi sebab keselamatan dan kebaikan Bapak dan Ibu di dunia dan akhirat. Ananda bersyukur
punya orang tua seperti Bapak dan Ibu.
Ketiga Kakak tercinta, beliau sodara Tarta, Sahro dan Kirso, yang telah memberikan do'a, kasih sayang, bimbingan dan motivasi.
Pihak dan teman yang telah membantu khususnya yang telah banyak memberi bantuan dan suport kepada penulis.
Sedulur SELENK Teknik Mesin Angkatan 2012 dan keluarga KKN 159/2016 Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, yang telah membantu dan memberikan
viii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakaatuhu
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kemudahan, karunia dan rahmat sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini
yang berjudul ”PERANCANGAN MESIN PENGUPAS KULIT KENTANG
KENTANG KAPASITAS 3 KG/PROSES”. Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana pada Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Penyelesaian tugas akhir ini tidak terlepas dari bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebanyak-banyaknya kepada :
1. Bapak Novi Caroko, S.T., M.Eng. selaku ketua jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, dan selaku dosen penguji, yang telah memberikan saran dan koreksi pada penyelesaian tugas akhir ini.
2. Bapak Aris Widyo Nugroho, S.T.,M.T.,PhD. selaku dosen pembimbing I, yang telah bersedia memberikan bimbingan dan solusi pada penyusunan tugas akhir ini.
3. Bapak Muh. Budi Nur Rahman S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing II, yang telah bersedia memberikan bimbingan dan masukan pada penyusunan tugas akhir ini.
4. Kedua Orang Tuaku yang telah memberikan do’a, dukungan, cinta, dan kasih sayang sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan.
5. Segenap Dosen dan Karyawan Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta yang telah membantu dan memberikan wawasan dalam proses penyelesaian tugas akhir ini.
ix
Sebagai manusia biasa yang tidak bisa lepas dari kekurangan, penulis menyadari sepenuhnya, bahwa penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu, kritik dan saran sangat diharapkan demi penyempurnaan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini bermanfaat untuk menambah wawasan bagi siapa saja yang membacanya, Amin.
Wassalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatauhu
Yogyakarta, Februari 2017
x
1.4.Tujuan Perancangan ... 2
1.5.Manfaat Perancangan ... 2
1.6.Sisteatika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ... 4
2.1.TINJAUAN PUSTAKA ... 4
a. Hand Potato Peeler ... 4
b. Rotate Potato Peeler ... 4
c. Electric Potato Peeler ... 5
d. Potato peeler machine ... 6
2.2.DASAR TEORI PERANCANGAN ELEMEN MESIN ... 6
a. Sabuk dan Puli ... 7
b. Poros ... 9
xi
d. Motor Listrik ... 16
e. Speed Control ... 16
BAB III METODE PERANCANGAN ... 18
3.1.Diagram Alir ... 18
3.2.Analisis Inventor Pada Komponen Mesin Pengupas Kulit Kentang ... 20
BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ... 27
4.1.Perencanaan Tabung Luar Dan Tabung Dalam ... 27
4.2.Sabuk dan Puli ... 29
4.3.Poros ... 32
4.4.Bantalan ... 37
4.5.Motor Listrik ... 41
4.6.Speed Control ... 41
4.7.Siklus Pengupasan ... 42
4.8.Cara Kerja Mesin ... 43
4.9.Rencana Anggaran ... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 45
5.1.KESIMPULAN ... 45
5.2.SARAN ... 45
DAFTAR PUSTAKA ... 46
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Hand Potato Peeler ... 4
Gambar 2.2 Rotate Potato Peeler ... 5
Gambar 2.3 Electric Potato Peeler ... 5
Gambar 2.4 Potato Peeler Machine ... 6
Gambar 2.5 Konstruksi Sabuk V ... 7
Gambar 2.6 Tipe dan Ukuran Penampang Sabuk-V ... 7
Gambar 2.7 Puli ... 8
Gambar 2.8 Poros ... 10
Gambar 2.9 Bantalan Gelinding ... 12
Gambar 2.10 Motor Listrik ... 16
Gambar 2.11 Speed Control ... 16
Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Mesin Pengupas Kulit Kentang ... 18
Gambar 3.2 Mesin Pengupas Kulit Kentang ... 20
Gambar 3.3 Titik Pembebanan Pada Rangka Mesin ... 20
Gambar 3.4 Hasil Frame Analysis ... 21
Gambar 3.5 Weld Analysisi ... 22
Gambar 3.6 Menentukan Titik Pembebanan Pada Piringan Pendorong ... 23
Gambar 3.7 Hasil Simulate Pada Piringan Pendorong ... 23
Gambar 3.8 Menentukan Titik Pembebanan Pada Poros ... 25
Gambar 3.9 Hasil Simulate Pada Poros Mesin... 25
Gambar 4.1 (a) Tabung Pengupas, (b) Diameter Tabung ... 28
Gambar 4.2 (a) Tabung Luar, (b) Diameter Tabung ... 29
Gambar 4.3 Poros Transmisi ... 32
Gambar 4.4 Reaksi Gaya dan Momen Poros ... 33
xiii
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Faktor- Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan ... 47
Lampiran 2 Faktor Koreksi ... 47
Lampiran 3 Panjang sabuk-V standar ... 48
Lampiran 4 Pemilihan sabuk-V ... 49
Lampiran 5 Bantalan bola ... 50
Lampiran 6 Bantalan untuk pemesinan serta umurnya ... 51
Lampiran 7 Faktor-faktor V, X, Y, dan X0,Y0 ... 51
vi INTISARI
Dewasa ini banyak sekali pengusaha atau home industri yang menyediakan makanan dengan bahan dasar kentang, setelah dilakukan survei ke beberapa tempat, kebutuhan rata-rata kentang untuk diolah setiap harinya mencapai 9 kg, dalam proses pengupasan kulit kentang itu sendiri masih menggunakan cara manual, cara pengupasan manual menggunakan pisau ini dinilai kurang efektif karna membutuhkan waktu yang cukup lama. Oleh karna itu dibutuhkan alat bantu pengupas, agar para pengusaha (home industri) dapat menghemat watu dalam proses mengupas kulit kentang.
Proses perancangan mesin pengupas kulit kentang dimulai dari tahap ketahap, mulai dari perhitungan kapasitas mesin sesuai kebutuhan, perhitungan putaran mesin, perhitungan perencanaan poros, sabuk dan puli, bantalan, menentukan motor listrik, dan control speed.
Hasil perancangan mesin pengupas kulit kentang untuk kapasitas 3 kg/proses diperoleh ukuran tabung pengupas (tabung dalam) dengan diameter 315 mm dan tinggi 370 mm, tabung luar dengan diameter 320 mm dan tinggi 370 mm. Komponen penggerak mesin menggunakan motor listrik 0,25 HP (0,1865 kW) dengan putaran mesin 700 rpm akibat reduksi pully, pully pada motor 2 inch, pully
mesin pada mesin 4 inch. Transmisi pada putaran oleh sabuk-V ukuran A30 sebanyak 1 unit, poros berdiameter 22 mm panjang 386 mm ditumpu oleh bantalan gelinding P204 sebanyak 2 unit.
vii ABSTRACT
Today a lot of entrepreneurs or home industries that provide food to the basic ingredients of potatoes, after conducting a survey to some places, the average requirement of potatoes to be processed every day up to 9 kg, in the process of stripping the skin potato itself still use manual way, way manual stripping knife rated less effective because it takes quite a long time. By because it requires tools that entrepreneur peeler (home industry) can save watu in the process of peeling the potatoes.
The process of designing machines potato skinner starts from ketahap stages, starting from the calculation engine capacity as needed, calculation engine rpm, planning calculation shafts, belts and pulleys, bearings, determine the electric motor and speed control.
Results of potato skinner machine design for a capacity of 3 kg / processes which size peeler tube (a tube inside) with a diameter of 315 mm and a height of 370 mm, the outer tube with a diameter of 320 mm and a height of 370 mm. Drive components machine using an electric motor 0.25 HP (0.1865 kW) the engine speed of 700 rpm due to the reduction pulley, 2 inch pulley on the motor, pully 4 inch engine on the machine. Transmission of the rotation by the V-belts as much as 1 unit A30 size, shaft diameter 22 mm length 386 mm riveted by the rolling bearing P204 2 units.
vi INTISARI
Dewasa ini banyak sekali pengusaha atau home industri yang menyediakan makanan dengan bahan dasar kentang, setelah dilakukan survei ke beberapa tempat, kebutuhan rata-rata kentang untuk diolah setiap harinya mencapai 9 kg, dalam proses pengupasan kulit kentang itu sendiri masih menggunakan cara manual, cara pengupasan manual menggunakan pisau ini dinilai kurang efektif karna membutuhkan waktu yang cukup lama. Oleh karna itu dibutuhkan alat bantu pengupas, agar para pengusaha (home industri) dapat menghemat watu dalam proses mengupas kulit kentang.
Proses perancangan mesin pengupas kulit kentang dimulai dari tahap ketahap, mulai dari perhitungan kapasitas mesin sesuai kebutuhan, perhitungan putaran mesin, perhitungan perencanaan poros, sabuk dan puli, bantalan, menentukan motor listrik, dan control speed.
Hasil perancangan mesin pengupas kulit kentang untuk kapasitas 3 kg/proses diperoleh ukuran tabung pengupas (tabung dalam) dengan diameter 315 mm dan tinggi 370 mm, tabung luar dengan diameter 320 mm dan tinggi 370 mm. Komponen penggerak mesin menggunakan motor listrik 0,25 HP (0,1865 kW) dengan putaran mesin 700 rpm akibat reduksi pully, pully pada motor 2 inch, pully
mesin pada mesin 4 inch. Transmisi pada putaran oleh sabuk-V ukuran A30 sebanyak 1 unit, poros berdiameter 22 mm panjang 386 mm ditumpu oleh bantalan gelinding P204 sebanyak 2 unit.
vii ABSTRACT
Today a lot of entrepreneurs or home industries that provide food to the basic ingredients of potatoes, after conducting a survey to some places, the average requirement of potatoes to be processed every day up to 9 kg, in the process of stripping the skin potato itself still use manual way, way manual stripping knife rated less effective because it takes quite a long time. By because it requires tools that entrepreneur peeler (home industry) can save watu in the process of peeling the potatoes.
The process of designing machines potato skinner starts from ketahap stages, starting from the calculation engine capacity as needed, calculation engine rpm, planning calculation shafts, belts and pulleys, bearings, determine the electric motor and speed control.
Results of potato skinner machine design for a capacity of 3 kg / processes which size peeler tube (a tube inside) with a diameter of 315 mm and a height of 370 mm, the outer tube with a diameter of 320 mm and a height of 370 mm. Drive components machine using an electric motor 0.25 HP (0.1865 kW) the engine speed of 700 rpm due to the reduction pulley, 2 inch pulley on the motor, pully 4 inch engine on the machine. Transmission of the rotation by the V-belts as much as 1 unit A30 size, shaft diameter 22 mm length 386 mm riveted by the rolling bearing P204 2 units.
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang Masalah
Kentang merupakan salah satu jenis tanaman holtikultura yang dikonsumsi umbinya. Tingginya kandungan karbohidrat menyebabkan kentang dikenal sebagai bahan pangan yang dapat mensubstitusi bahan pangan karbohidrat lain yang berasal dari beras, jagung, dan gandum. Hal ini menyebabkan kentang banyak digemari oleh masyarakat. Di samping itu, prospek serapan dan permintaan pasar terhadap komoditas kentang semakin meningkat sejalan dengan bertambahnya jumlah penduduk, tingkat pendidikan, tingkat pendapatan dan preferensi masyarakat terhadap kentang. Keadaan ini tentunya akan mendorong usaha manusia untuk membuat berbagai produk olahan kentang yang bernilai ekonomis serta keinginan untuk menciptakan alat pengolahan kentang yang berkapasitas tinggi dan memiliki daya saing terhadap produk yang akan dihasilkan (Wiraatmadja, 1995).
Hasil survei dari beberapa tempat (home industri) pengolah kentang, kebutuhan rata-rata kentang untuk diolah setiap harinya mencapai 9 kg, dalam proses pengupasan kulit kentang itu sendiri masih menggunakan cara manual, cara pengupasan manual menggunakan pisau ini dinilai kurang efektif karna membutuhkan waktu yang cukup lama, yaitu sekitar 10 menit/kg (sudah termasuk waktu jeda). Oleh karna itu dibutuhkan alat bantu pengupas, agar para pengusaha
(home industri) dapat menghemat watu dalam proses mengupas kulit kentang.
2
menyebabkan kulit kentang terkelupas. Untuk kelas home industri, mesin ini masih terbilang mahal dan dimensinya terlalu besar.
(http://www.tokomesin.com).
Bertolak dari hal di atas, maka ada ketertarikan untuk merancang mesin pengupas kulit kentang, yang menggunaan metode pengupasan permukaan benda kasar dengan dimensi yang lebih kecil. Dengan adanya mesin pengupas kulit kentang ini, penulis berharap dapat memberikan banyak manfaat bagi masyarakat, khususnya pengusaha industri rumah tangga agar lebih efektif dalam proses pengupasan kulit kentang.
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan dari latar belakang diatas maka dapat dirumuskan bagaimana membuat perancangan mesin pengupas kulit kentang dengan kapasitas 3 kg/ proses.
1.3. Batasan Masalah
Dalam perancangan mesin ini juga perlu diberikan beberapa batasan permasalahan, agar pembahasan tidak meluas dan menyimpang dari tujuan awal perancangan mesin ini. Adapun batasan permasalahan yaitu pada proses perancangan mesin pengupas kulit kentang dengan kapasitas 3 kg/proses tidak menghitung lenturan poros, tidak menghitung ukuran pasak, serta kekuatan mur dan baut.
1.4. Tujuan Perancangan
Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah dihasilkanya rancangan mesin pengupas kulit kentang dengan kapasitas 3 kg/proses.
1.5. Manfaat Perancangan
Manfaat yang dapat diambil dari perancangan ini :
3
2. Bagi pengusaha industri rumah tangga yang menggunakan kentang sebagai bahan dasar, agar memahami proses pengupasan kulit kentang dengan sistem mekanis.
3. Bagi pengusaha industri rumah tangga khususnya pengusaha yang mampu, dan bisa membuat ataupun membeli, dan juga mengoperasikan mesin pengupas kulit kentang.
4. Bagi penulis untuk menambah wawasan, pengetahuan dan keterampilan yang kelak berguna pada saat terjun kelapangan.
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini secara garis besar adalah :
BAB I : Pendahuluan, bab ini berisi latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan perancangan, manfaat perancangan, serta sistematika penulisan tugas akhir.
BAB II : Tinjauan pustaka dan dasar teori, tinjauan pustaka dan dasar teori meliputi jenis-jenis alat pengupas, dasar teori perhitungan komponen. BAB III : Metodologi perancangan, bab ini menjelaskan tentang diagram alir
perancangan alat, identifikasi komponen mesin.
BAB IV : Perhitungan perancangan, dalam bab ini berisi tentang proses perhitungan kapasitas, daya mesin, putaran mesin, poros, sabuk, puli, bantalan motor listrik, control speed, yang dibutuhkan.
4 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1. TINJAUAN PUSTAKA
Potato peeler atau alat pengupas kulit kentang adalah alat bantu yang digunakan untuk mengupas kulit kentang, alat pengupas kulit kentang yang dijual dipasaran memiliki jenis dan bentuk yang berbeda beda, berikut ini adalah jenis-jenis pengupas kentang yang ada di pasaran :
a. Hand Potato Peeler
Hand Potato Peeler adalah alat pengupas kulit kentang yang berbentuk pisau tajam (Gambar 2.1), alat ini juga bisa digunakan untuk mengupas sayur, buah, dan umbi-umbian lainya, pengupasan menggunakan alat ini dilakukan secara manual sama seperti penggunaan pisau biasa. Prinsip kerjanya, pisau diberi gaya tekan sehingga sudut potong pada pisau menyebabkan kulit kentang terpisah dari dagingnya.
Gambar 2.1 Hand Potato Peeler Sumber : http://www.juliennepeeler.info
b. Rotate Potato Peeler
Rotate Potato Peeler adalah pengupas kulit kentang yang menggunakan
5 Gambar 2.2 Rotate Potato Peeler
Sumber : https://www.amazon.com
c. Electric Potato Peeler
Electric potato peeler merupakan pengupas kulit kentang yang
menggunakan sistem elektrik, alat ini mempunyai kapasitas 1,5 kg dalam satu proses pengupasan, pisau pengupas electric potato peeler menggunakan metode pengupasan menggunakan permukaan kasar. Prinsip kerja alat ini yaitu piringan yang digerakan oleh motor, berputar mendorong kentang sehingga terjadi gesekan antara kentang dan permukaan kasar, gesekan-gesekan ini yang menyebabkan terkelupasnya kulit kentang,bentuk mesin electric potato peeler dapat dilihat pada Gambar 2.3.
6
d. Potato Peeler Machine
Potato peeler machine merupakan mesin pengupas kulit kentang kapasitas
pengupasan 8 kg/2 menit, dengan harga Rp 8.000.000, power 0,75 KW, Voltage 220 v/ 50 hz/ 1 Hp. Prinsip kerja alat ini yaitu piringan yang digerakan oleh motor listrik berputar mendorong kentang, sehingga putaran tersebut menyebabkan gesekan antara kentang dengan tabung pengupas yang memiliki permukaan kasar, gesekan-gesekan ini yang menyebabkan terkelupasnya kulit kentang, bentuk potato peeler machine dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Potato Peeler Machine Sumber : (http://www.tokomesin.com).
Setelah meninjau pustaka diatas, maka diambil salah satu alat pengupas untuk dikembangkan dalam perancangan ini, yaitu alat pengupas dengan jenis
potato peeler machine dengan prinsip pengupasan menggunakan permukaan
kasar.
2.2. DASAR TEORI PERANCANGAN ELEMEN MESIN
7 sudah direncanakan. Dalam merencanakan sebuah mesin harus memperhatikan fakor keamanan baik untuk mesin maupun bagi operatornya. Dalam pemilihan elemen-elemen dari mesin juga harus memperhatikan kekuatan bahan, safty
factor, dan ketahanan dari berbagai komponen tersebut.
a. Sabuk-V dan Puli
Jarak yang jauh antara 2 poros sering tidak memungkinkan transmisi langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya yang lain dapat diterapkan, dimana sebuah sabuk luwes dibelitkan di sekeliling puli atau sprocket pada poros. Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk-V karena mudah digunakan dan harganya murah. Transmisi sabuk-V hanya dapat menghubungkan poros-poros yang sejajar dengan arah putaran yang sama. Dibandingkan dengan transmisi yang lain sabuk-V bekerja lebih halus dan tak bersuara. Konstruksi dan ukuran sabuk V dapat dilihat pada gambar 2.6 dan gambar 2.7.
Gambar 2.5 Kontruksi Sabuk-V Sumber : Sularso, 1978
Gambar 2.6 Tipe dan Ukuran Penampang Sabuk-V
8 Gambar 2.7 Puli
Jika diameter puli penggerak (mm) dan putaran puli penggerak (rpm) sedangkan diameter puli digerakan (mm) dan putaran puli digerakan (rpm). Maka rumus perencanaan kecepatan putaran poros adalah (Sularso, 1978).
...(2.1) Poros pada umumnya meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi, dan rantai. Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah maka daya rencana (kW) sebagai patokan adalah (Sularso, 1978).
...(2.2) Jika daya yang diberikan dalam daya kuda (HP), maka harus dikalikan 0,753 untuk mendapatkan daya dalam kW. Jika momen puntir adalah T (kg.mm) disebut juga sebagai momen rencana, maka (Sularso, 1978).
...(2.3)
Kecepatan sabuk-V direncanakan untuk 10 sampai 20 (m/s) pada umumnya, dan maksimum 25 (m/s). daya yang di transmisikan kurang lebih 500 (kW). Jika V (m/s) kecepatan sabuk-V maka kecepatan linier sabuk-V adalah (Sularso, 1978).
9
( ) ( ) ...(2.5) Jarak sumbu poros harus sebesar 1,5 sampai 2 kali diameter puli besar. Jika sudah diketahui panjang keliling sabuk maka dapat dihitung jarak sumbu poros yang direncanakan. Jarak sumbu poros yang direncanakan C (mm) dan dimana faktor koreksi jarak sumbu b, maka perhitungan jarak sumbu yang direncanakan adalah (Sularso, 1978).
( )...(2.6)
√ ( )
...(2.7)
u u lili a au n a ari alur uli enggera arus iusa a an se esar mung in i a su u n a uli ( ) maka perhitungan sudut kontak puli adalah (Sularso, 1978).
( )...(2.8) Bila sabuk-V dalam keadaan diam tidak meneruskan momen, maka tegangan diseluruh sabuk adalah sama. Tegangan ini disebut tegangan awal. Jika sabuk mulai meneruskan momen, tegangan akan bertambah pada sisi tarik (bagian panjang sabuk yang menarik) dan berkurang pada sisi kendor (bagian panjang sabuk tidak menarik). Jika tarikan pada sisi tarik dan sisi kendor berturut-turut adalah F1 (kg) dan F2 (kg), maka besar tegangan efektif puli Fe (kg) untuk menggerakan puli adalah (Sularso, 1978).
10 b. Poros
Gambar 2.8 Poros
Poros merupakan elemen yang sangat penting dalam permesinan. Fungsi poros dalam permesinan adalah untuk meneruskan daya bersama-sama dengan putaran. Sesuai dengan fungsi poros dalam kerjanya, selain mendukung suatu momen juga mendapatkan gaya puntir dan lentur. Poros dibuat dari batang baja untuk poros. Pemilihan bahan poros perlu memperhatikan beban yang diterima, kekuatan, bentuk, dan kondisi pemasangan. Poros pada mesin pengupas kulit kentang (Gambar 2.5) merupakan poros dengan bentuk bertingkat.
Tegangan geser yang dizinkan τa (kg/mm²) untuk pemakaian umum pada
poros dihitung atas dasar batas kelelahan puntir yang besarnya 40% dari batas
elela an ari yang esarnya 45% ari e ua an b (kg/mm²). Untuk harga faktor
keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6. Harga ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin, dan 0,6 untuk bahan S-C dengan pengaruh massa, dan baja paduan, faktor ini dinyatakan dengan Sf1. Selanjutnya perlu ditinjau apakah
poros akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan harus diperhatikan. Untuk memasukan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0 (Sularso, 1978).
11 permukaan dari bahan yang dipilih dengan nilai 1,3 sampai 3,0. Maka dapat ditentukan tegangan lentur yang diizinkan (kg/mm²) (Sularso, 1978).
...(2.10)
Beban yang bekerja pada poros pada umumnya beban yang berulang. Dengan mengingat macam beban, ASME menganjurkan suatu rumus untuk menghitung diameter poros secara sederhana, dimana sudah dimasukan pengaruh kelelahan karena beban berulang, kemudian momen puntir itu sendiri harus ditinggal. Faktor koreksi momen puntir ini dinyatakan dengan Kt, dipilih sebesar 0,1 jika beban dikenakan secara halus, 1,0 sampai 1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan dan 1,5 sampai 3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan yang besar. Pada poros dengan pembebanan momen lentur yang tetap, besarnya faktor koreksi momen lentur atau Km adalah 1,5. Untuk beban tumbukan ringan terletak antara 1,5 sampai 2,0 dan untuk beban dengan tumbukan berat terjadi pada poros adalah (Sularso, 1978).
√ ...(2.12)
Jika berat beban dinyatakan dengan W (kg), diameter poros (mm), dan jarak dari bantalan yang bersangkutan ke titik pembebanan, maka putaran kritis dari poros tersebut (rpm) adalah (Sularso, 1978).
√ ...(2.13)
Jika terdapat beberapa benda berputar pada satu poros, maka dihitung terlebih dahulu putaran-putaran kritisnya, dari masing-masing benda tersebut yang seolah-olah berada sendiri pada poros. Maka putaran kritis keseluruhan dari sistem adalah (Sularso, 1978).
12 c. Bantalan
Gambar 2.9 Bantalan Gelinding
Pada Gambar 2.9 adalah bantalan yang terdapat pada komponen mesin pengupas kulit kentang. Bantalan merupakan elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran searah atau putaran bolak-balik dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen lainya yang bekerja dengan baik (Sularso, 1978).
1. Klasifikasi Bantalan
a. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros - Bantalan Luncur
Dalam bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara lapisan pelumas.
- Bantalan Gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum, dan bulat.
b. Atas dasar arah beban terhadap poros - Bantalan Aksial
13 - Bantalan Gelinding Khusus
Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
2. Hal-hal penting dalam perencanaan bantalan gelinding
Jika beban bantalan dan putaran poros diberikan, pertama perlu diperiksa apakah beban perlu dikoreksi. Selanjutnya beban rencana, dan pilihan bahan bantalan. Kemudian tekanan bantalan diizinkan harga tekanan kecepatan (pν) yang diizinkan diturunkan secara empiris. Tentukan panjang bantalan sedemikian hingga tidak terjadi pemanasan yang berlebihan. Setelah itu periksalah bahan bantalan dan tentukan diameter poros sedemikian rupa hingga tahan terhadap lenturan. Bila diameter poros sudah diberikan terlebih dahulu, maka hitung kekuatan bantalan.
3. Jenis Bantalan Gelinding
Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan bantalan luncur. Elemen gelinding seperti bola atau rol. Dipasang diantara cincin luar dan cincin dalam. Bantalan gelinding diklasifikasikan atas:
a. Bantalan Radial
Bantalan yang terutama membawa beban radial dan sedikit beban aksial.
b. Bantalan Aksial
Bantalan yang membawa beban sejajar dengan sumbu poros.
4. Nomor Nominal Bantalan Gelinding
14 Nomor nominal bantalan gelinding terdiri dari nomor dasar dan pelengkap. Nomor dasaryng terdapat merupakan lambang jenis, lambang ukuran (lambang lebur, diameter luar), nomor diameter lubang, lambang sudut kontak. Dibawah ini contoh nomor nominal dan artinya (Sularso, 1978).
6312 ZZ C3 P6
6 : menyatakan bantalan bola baris tunggal alur dalam. 3 : 0,3 diameter luar 130 mm dan diameter luar 60 mm. 12 : berarti 12 x 5 = 60 mm diameter lubang.
ZZ : berarti 2 baris. C3 : kelonggaran C3. P6 : kelas ketelitian.
5. Perhitungan Beban Dan Umur Bantalan Gelinding a. Perhitungan Beban Ekivalen
Suatu beban yang besarnya sedemikian rupa hingga memberikan umur yang sama dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran yang sebenarnya disebut beban ekivalen dinamis (Sularso, 1978).
Jika satu deformasi permanen, ekivalen dengan deformasi permanen maksimum yang terjadi karena kondisi beban statis sebenarnya pada bagian dimana elemen gelinding membuat kontak dengan cincin pada tegangan maksimum maka beban yang menimbulkan deformasi tersebut dinamakan beban ekivalen statis (Sularso, 1978).
Misalkan sebuah bantalan membawa beban radial (kg) dan beban aksial (kg). Maka beban ekivalen dinamis P (kg) adalah sebagai berikut.
- Untuk beban radial (kecuali bantalan rol silinder)
...(2.15)
- Untuk bantalan aksial
15 Faktor V sama dengan 1 untuk pembebanan pada cincin dalam yang berputar, dan 1,2 untuk pembebanan pada cincin luar yang berputar. Harga-harga X dan Y terdapat dalam tabel.
b. Perhitungan Umur Nominal
Umur nominal L (90% dari jumlah sampel, setelah berputar 1 juta putaran, tidak memperlihatkan kerusakan karena kelelahan gelinding) dapat ditentukan sebagai berikut. Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) beban ekivalen dinamis,maka faktor kecepatan adalah (Sularso, 1978) :
Untuk bantalan bola, ⁄ ...(2.17)
Untuk bantalan rol, ⁄ Faktor umur adalah:
Untuk kedua bantalan ...(2.18) Untuk nominal adalah:
Untuk bantalan bola, ...(2.19) Untuk bantalan rol, ⁄
6. Faktor Beban Dan Beban Rata-Rata
Jenis dan gabungan bantalan pada prinsipnya harus dipilih sedemikian rupa hingga satu beban radial dapat dikumpul oleh dua bantalan, dan beban aksial ditahan oleh salah satu dari kedua bantalan tersebut.
Jika terdapat getaran atau tumbukan, perhitungan beban harus dikalikan dengan faktor beban ; bila putaran bervariasi atau beban berfluktuasi terhadap waktu, maka beban rata-rata harus dihitung.
a. Untuk putaran halus tanpa beban tumbukan (pada motor listrik)
b. Untuk kerja biasa (pada roda gigi reduksi, roda kereta)
c. Untuk kerja dengan tumbukan (pada penggiling rol, alat-alat berat)
16 Jika beban maksimum dapat ditentukan, maka dapat diambil sama dengan 1.
d. Motor Listrik
Gambar 2.10 Motor Listrik
Motor listrik digunakan sebagai penggerak utama (Gambar 2.10). Untuk memilih besar daya motor listrik perlu diketahui besar daya total yang dibutuhkan. Setelah mendapatkan daya rencana mesin dapat ditentukan besar daya motor yang digunakan. Daya motor harus lebih besar dari daya rencana mesin.
Jika P adalah daya yang dibutuhkan untuk menggerakan poros, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam suatu perencanaan. Untuk mencari daya motor listrik agar dapat menggerakan poros maka menggunakan parameter daya rencana mesin.
e. Speed control
Gambar 2.11 Speed control
Inverter adalah suatu alat elektronika yang berfungsi untuk mengubah listrik DC menjadi listrik AC (Gambar 2.11). Inverter merupakan kebalikan dari
17 DC. Dalam dunia industri yang menggunakan motor-motor listrik (umumnya menggunakan motor induksi), inverter berfungsi untuk mengatur kecepatan motor tersebut. Kecepatan motor induksi ditentukan oleh frekuensi tegangan dan jumlah kutub motor, seperti yang dijelaskan dalam rumus menghitung putaran motor atau rpm dimana kecepatan sinkron (rpm), f adalah frekuensi (Hz), dan p adalah jumlah kutub (Sugiyantoro, 2014).
18 BAB III
METODE PERANCANGAN
3.1. Diagram Alir
Diagram alir adalah suatu gambaran utama yang dipergunakan untuk dasar dalam bertindak. Seperti halnya pada perancangan ini diperlukan suatu diagram alir yang bertujuan untuk mempermudah dalam pelaksanaan proses perancangan.
Diagram alir untuk perencanaan mesin pengupas kulit kentang dapat dilihat pada Gambar 3.1.
19
1. Identifikasi Masalah
Dalam tahap ini penulis melakukan obsevasi ke lapangan mengumpulkan informasi yang sebanyak-banyaknya, melakukan wawancara dengan berbagai sumber agar data-data dapat diperoleh dengan akurat untuk menghindari kesalahan penelitian serta menambah pengalaman, dengan langkah ini maka fakta-fakta yang ada di lapangan dapat diketahui.
2. Perancangan Dan Perhitungan Komponen Mesin
Pada tahap ini komponen mesin yang dirancang dihitung kebutuhanya, seperti perhitungan tabung mesin, poros, sabuk, puli, dan sebagainya. Perhitungan ini bertujuan agar komponen mesin yang akan digunakan sesuai yang diharapkan.
3. Gambar Rancangan Mesin
Selanjutnya menggambar mesin yang di rancang sesuai dengan apa yang telah diperhitungkan sebelumnya, selain itu gambar mesin juga berfungsi sebagai penyaMPaian informasi, agar pada saat pembuatan mesin dapat berjalan sesuai dengan perencanaan.
4. Aman
Setelah gambar mesin sudah jadi, maka dapat diketahui keamanan dari sebuah komponen mesin yang dibutuhkan, jika perancangan tidak sesuai dengan perencanaan, maka rancangan mesin harus kembali dianalisis kembali mulai dari perancangan dan perhitungan komponen mesin.
5. Hasil Akhir Perancangan
20
3.2.Analisis Inventor Pada Komponen Mesin Pengupas Kulit Kentang
Untuk menentukan nilai keamanan pada pemilihan komponen mesin yang akan digunakan, maka dilakukan analisis terlebih dahulu menggunakan software inventor pada mesin pengupas kulit kentang (Gambar 3.2).
Gambar 3.2 Mesin Pengupas Kulit Kentang
3.2.1. Analisis Frame
Pada bagian rangka dilakukan analisis seperti kekuatan pembebanan dan pemilihan bahan rangka yang akan digunakan, bahan rangka yaitu plat baja berbentuk L dengan tebal 4 mm dan lebar 40 mm, berikut ini adalah titik pembebanan pada rangka utama (Gambar 3.2).
(a) (b)
21
Keterangan :
: Titik pembebanan yang diperkirakan sebesar 300 N, yang meliputi beban air, kentang, tabung (luar dan dalam), penampung air.
: Titik pembebanan yang diperkirakan sebesar 70 N/titik beban, yang meliputi beban bearing dan poros.
: Titik pembebanan motor listrik yang diperkirakan sebesar 150 N/titik beban.
: Titik pembebanan speed control yang diperkirakan sebesar 10 N.
Setelah nilai pembebanan ditentukan maka dapat diketahui hasil analisis dari rangka mesin, dibawah ini adalah hasil frame analysis yang ditunjukan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Hasil Frame Analysis
a. Displacment : 0,02306 mm
b. Force Fx :6,26,9 N
c. Force Fy : 619,3 N
d. Force Fz : 773,1 N
e. Moment Mx : 6677 N.mm
f. Moment My : 11038 N.mm
g. Moment Mz : 157,1 N.mm
22
i. Normal Stress Smin : 0,337 MPa
j. Bending Stress (Mx) max : 5,123 MPa
k. Bending Stress (My) max : 6,832 MPa
l. Bending Stress (Mx) min : 0 MPa
m. Bending Stress (My) min : 0 MPa
n. Axial Stress Saxial : 0,438 MPa
o. Shear Stress Tx : 5,465 MPa
p. Shear Stress Ty : 5,536 MPa
q. Torsional Stress T : 0,5469 MPa
a. Weld Analysis
Penyambungan rangka utama dilakukan dengan cara pengelasan menggunakan elektroda E60, berikut hasil perhitungan kekuatan pengelasan (Gambar 3.5) menggunakan software inventor.
Gambar 3.5 Weld Analysisi
Pada perencanaan, rangka yang telah disambung menggunakan pengelasan SMAW diberi gaya (Fy) 500 N, dengan lengan gaya (e) 40 mm, tinggi pengelasan
(a) 5 mm, dan panjang pengelasan (L) 40 mm. Elektroda yang digunakan yaitu elektroda-E60, dengan kekuatan luluh (Sy) 350 MPa, kekuatan tekanan maksimum
(Su) 600 MPa, faktor keamanan (ns) 2,5 ul, tegangan izin (Sal) 140 MPa.
23
Tegangan izin (τA) : 140 MPa
Tinggi las minimum (amin) : 0,37 mm
Panjang las minimum (Lmin) : 12,4 mm Tegangan geser las minimum (τ) :10 MPa Kekuatan lentur maksimum (Fymax) : 6999,9 N
3.3.2. Stress Analysis
a. Stress Analysis Pada Piringan Pendorong
Piringan pendorong terbuat dari alumunium dengan tebal 5 mm, agar kekuatan pembebananya maka dilakukan analisis terlebih dahulu, titik pembebanan dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Menentukan Titik Pembebanan Pada Piringan Pendorong Setelah menentukan titik pembebanan dan menentukan nilai pembebanan, gaya pada piringan meliputi beban kentang dan air yang diperkirakan sebesar 40 N, maka simulate dapat diketahui sebagai berikut (Gambar 3.7).
25
b. Stress Analysis Pada Poros Mesin
Selain piringan pendorong, analisis juga dilakukan pada poros transmisi. Poros dibentuk bertingkat dengan tujuan sebagai stoper bearing, panjang keseluruhan poros yaitu 380 mm. Untuk mengetahui kekuatan poros maka dilakukan analisis menggunakan inventor, dibawah ini adalah titik pembebanan yang dapat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Menentukan Titik Pembebanan Pada Poros
Setelah menentukan titik pembebanan dan menentukan nilai pembebanan, maka simulate dapat diketahui sebagai berikut (Gambar 3.9).
Gambar 3.9 Hasil Simulate Pada Poros Mesin Keterangan :
1). Von Mises Stress : 5,888 MPa
27
BAB IV
PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1.Perencanaan Tabung Luar Dan Tabung Dalam
a. Perencanaan Tabung Dalam
Direncanakan tabung bagian dalam memiliki tebal stainles steel 0,6 mm, perencenaan tabung pengupas bagian dalam skalanya lebih kecil dengan mesin yang ada di pasar, yaitu dengan perbandingan 1 : 2. Diketahui mesin yang ada di pasar memiliki diameter tabung 630 mm.
1. Diameter Tabung - Diameter
mm
2. Tinggi Tabung
Diasumsikan tinggi penumpukan kentang mencapai 70 mm ketika dimasukan ke dalam tabung, untuk mengantisipasi terlemparnya kentang keluar tabung pada saat proses pengupasan, maka tingginya dibuat 5 kali penumpukan
Pada bagian tabung dalam terdapat lubang-lubang kecil yang berfungsi sebagai pisau pengupas, diameter lubang pada tabung dalam direncanakan 5 mm dengan jarak antar lubang 15 mm, mengikuti lubang plat jaring yang ada di pasar.
- Panjang keliling lingkaran = = = 989,6 mm
28
mm. Pada tabung bagian dalam mempunyai lubang-lubang kecil yang berfungsi sebagai pisau pengupas, lubang-lubang ini direncanakan memiliki diameter 5 mm dengan jarak antar lubang 15 mm. Dari hasil perhitungan diatas, maka didapatkan Gambar 4.1 perancangan tabung pengupas.
(a) (b)
Gambar 4.1 (a) Tabung Pengupas, (b) Diameter Tabung
b. Perencanaan Tabung Luar
Tabung luar di rencanakan memiliki diameter sebesar 320 mm, tinggi 370 mm, dan tebal stainles steel 0,8 mm. Diketahui tabung bagian dalam Ø 315 mm, tebal 0,6 mm, Maka jarak kelonggaran tabung.
Jarak Kelonggaran = Jarak desain - Tebal tabung dalam = 5 - 0,6
= 4,4 mm
29
(a) (b)
Gambar 4.2 (a) Tabung Luar, (b) Diameter Tabung
4.2.Sabuk V dan Puli a. Kecepatan Mesin
Direncanakan :
Puli pada motor ( ) = 2 inch Puli pada poros ( ) = 4 inch. Maka :
rpm
b. Daya Rencana Direncanakan :
Daya motor (P) yang digunakan 0,18 kW (1/4 HP).
30
kW
c. Torsi Mesin Diketahui :
Daya rencana kW. Putaran poros (n) 700 rpm. Maka :
kg.mm
d. Kecepatan Linear Sabuk
Diketahui puli poros 4 inch = 101,6 mm, kecepatan mesin n1 700 rpm.
m/s
e. Panjang Keliling Sabuk-V Direncanakan :
mm (Jarak Poros)
(Diameter puli poros)
(Diameter puli motor) Maka :
( ) ( )
31
Dari perhitungan panjang keliling sabuk diperoleh 741,97 mm. Dari Lampiran 3, panjang keliling sabuk yang digunakan 762 mm. Sabuk menggunakan tipe A lihat Lampiran 4.
f. Jarak antar sumbu yang direncanakan Diketahui :
mm (Diameter puli poros).
mm (Diameter puli motor) Faktor koreksi jarak sumbu b adalah
( )
1045,22 mm.
Maka diperoleh jarak antara sumbu yang direncanakan :
√
√
mm
g. Sudut Kontak Puli
( )
h. Tegangan pada sisi tarik F1 (kg) dan pada sisi kendor F2 (kg)
Diketahui Torsi = 250,45 kg.mm, jari-jari puli = 50,8 mm, koefisien gesek nyata antara puli dan sabuk , Sudut kontak puli , maka : - Gaya tarik efektif
32
kg
rad
kg
kg
4.3.Poros
Terdapat satu poros transmisi pada mesin pengupas kulit kentang. Poros ini mendapatkan beban puntir dan lentur. Poros ini ditumpu oleh dua buah bantalan yang terletak pada rangka. Pada Gambar 4.3 merupakan posisi poros pada mesin pengupas kulit kentang.
33
a. Reaksi Gaya Dan Momen Pada Poros
Pada Gambar 4.4 menunjukan reaksi gaya dan momen pada poros mesin.
Gambar 4.4 Reaksi Gaya dan Momen Poros
Diketahui :
Torsi (T) = 250,45 kg.mm
kg F2 = 2,8 kg
Jari-jari puli poros = 50,8 mm Maka :
Ʃ
-
-
34
Ʃ
kg
Ʃ
kg
M =
M = M = 624 kg.mm
b. Tegangan Geser Yang Diizinkan Diketahui :
Tegangan lentur yang diizinkan, = 58 kg/mm² (S45C) Faktor keamanan baja paduan, direncanakan :
= 2 Maka :
kg/mm²
c. Diameter Poros Diketahui :
Faktor koreksi sesuai yang dianjurkan ASME, maka dipilih nilai faktor koreksi momen puntir (terjadi tumbukan atau kejutan), nilai momen lentur
35
Torsi 250,45 kg.mm Momen (M) = 624 kg.mm Maka :
√
√
mm
= 22 mm (diameter yang diilih)
d. Tegangan Geser Maksimum Yang Terjadi Diketahui :
mm
Maka :
√
√ kg/mm²
kg/mm² ≤ kg/ mm²
e. Putaran Kritis Poros
Jika berat dinyatakan dengan W (kg) jarak antara bantalan l (mm) dan diameter poros (mm) maka putaran kritis dari putaran tersebut adalah :
Diketahui :
W di titik A = 2 kg
mm mm
mm mm
36
Putaran kritis pada titik A
√
√
√
rpm
Putaran kritis pada titik B W di titik B = 4,8 kg
mm mm
mm mm
Maka :
Putaran kritis pada titik B
√
√
√
rpm
Putaran kritis keseluruhan Diketahui :
,34 rpm rpm
rpm
37
0,1 < (0,6 – 0,7)
4.4.Bantalan
Terdapat 2 unit bantalan gelinding pada mesin pengupas kullit kentang. Kedua bantalan manumpu gaya ulir dan gaya lentur poros. Konstruksi dari bantalan gelinding dengan menggunakan rumah sebagai dudukan bantalan, lihat Gambar 4.5.
Kedua bantalan gelinding merupakan standarisasi pabrik dengan nomor bantalan P204, spesifikasinya sebagai berikut :
P : Bantalan bola garis tunggal alur dalam
2 : adalah singkatan dari lambang 02, berarti diameter luar 47 mm 04 : diameter dalam 20 mm
Gambar 4.5 Bantalan Gelinding
38
Untuk memudahkan perawatan yang berhubungan dengan life time
bantalan yang sesuai dengan bantalan diatas, bahwa umur bantalan minimumnya 20000-30000 jam sesuai Lampiran 6. Semakin besar putaran maka semakin kecil umur bantalan.
a. Analisa Pada Tumpuan B
1. Menentukan gaya radial yang terjadi pada titik B sebesar
4,8 kg
2. Menentukan beban ekuivalen dinamis ( )
Karena gaya aksial = 0, maka :
Berdasarkan Lampiran 7, nilai V = 1 untuk cincin dalam berputar, dan harga faktor X = 0,56 Maka :
kg
kg
3. Menentukan beban ekuivalen statis ( )
Karena gaya aksial = 0, maka :
Berdasarkan Lampiran 7, harga faktor = 0,6 Maka :
39
4. Menentukan faktor kecepatan ( ) Diketahui putaran poros n 700 rpm. Maka :
5. Menentukan faktor umur ( )
Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) ekivalen dinamis, maka faktor umur ( ) adalah :
125
6. Menentukan umur bantalan ( )
976.562.500 jam
Karena bantalan B lebih dari umur mimum maka bantalan tersebut baik.
b. Analisa Pada Tumpuan A
1. Menentukan gaya radial yang terjadi pada titik A sebesar
2 kg
2. Menentukan beban ekuivalen dinamis ( )
Karena gaya aksial = 0, maka :
40
kg
kg
3. Menentukan beban ekuivalen statis ( )
Karena gaya aksial = 0, maka :
Berdasarkan Lampiran 7, harga faktor = 0,6 Maka :
4. Menentukan faktor kecepatan ( )
5. Menentukan faktor umur ( )
Jika C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) ekivalen dinamis, maka faktor umur ( ) adalah :
= 300
6. Menentukan umur bantalan ( )
13.500.000.000 jam
41
4.5.Motor Listrik
Jika mesin mempunyai beban, maka membutuhkan daya untuk menggerakan mesin tersebut, diketahui mesin mempunyai beban 5 kg (beban kentang, air dan piringan), Jari-jari puli poros 50,8 mm, kecepatan mesin 700 rpm maka :
- Torsi Mesin T = F x r T = 5 x 50,8 T = 254 kg.mm T = 2,54 N.m - Daya mesin
Watt
kW
Setelah menentukan daya mesin, selanjutnya menentukan motor listrik sebagai penggerak mesin. Diketahui daya mesin = 0,1861 kW, untuk menentukan motor listrik maka dicari daya motor yang dayanya di atas daya mesin, setelah meninjau daya motor yang ada di pasar.
1 HP = 746 Watt
1/4 HP = 186,5 Watt
Maka motor yang dipilih untuk menggerakan mesin adalah 1/4 HP (daya 186,5 Watt).
4.6.Speed control
42 menurun, begitupun sebaliknya. Untuk mengurangi kecepatan motor listrik di gunakan speed control . Speed control yang akan digunakan pada perencanaan mesin ini yaitu dengan daya maksimal 2500 W, dan tegangan 220 V.
4.7.Siklus Pengupasan a. Pengupasan Manual
Pengupasan secara manual = 10 menit/kg (termasuk waktu jeda) Pengupasan manual = Pengupasan manual = Waktu x Massa Kentang
= 10 x 9 = 90 menit
Jadi pengupasan manual dengan jumlah kentang 9 kg membutuhkan waktu 90 menit.
b. Pengupasan Menggunakan Mesin
Pengupasan menggunakan mesin direncakan 3 kg/2menit, waktu jeda (persiapan memasukan kentang sampai mengeluarkan kentang) adalah 2 menit, jadi total perencanaan dalam satu proses pengupasan kentang 3 kg membutuhkan waktu 4 menit. Untuk mengupas kentang 9 kg, maka pengupasan dilakukan dalam 3 kali proses.
Pengupasan mesin = Waktu x Proses = 4 x 3
= 12 menit
c. Selisih Waktu = Pengupasan Manual - Pengupasan Mesin = 90 - 12
43
Perbandingan 1 kg = Selisih Waktu / Massa Kentang = 78/9
= 8,7 menit
Dari hasil perhitungan di dapat pengupasan secara manual 90 menit/9 kg, dan pengupasan menggunakan mesin 12 menit/9 kg, dapat disimpulkan bahwa pengupasan menggunakan mesin dapat menghemat waktu 78 menit/9 kg, jika dihitung dalam 1 kg, dapat menghemat waktu 8,7 menit/kg dibandingkan pengupasan manual.
4.8.Cara Kerja Mesin
Cara kerja mesin pengupas kulit kentang ini adalah berputarnya piringan pendorong yang terdapat dalam tabung pengupas, putaran piringan pendorong bersumber dari putaran motor listrik. Untuk mendapatkan putaran yang direncanakan, maka putaran motor listrik direduksi menggunakan puli. Pada komponen mesin ditambahkan speed control, fungsinya untuk menurunkan kecepatan mesin, hal ini bertujuan agar pada saat kentang dikeluarkan kecepatan mesin dapat terkontrol.
44
4.9.Rencana Anggaran
Semua komponen mesin yang dibutuhkan, direncanakan anggaranya sesuai dengan survei lapangan yang telah dilakukan sebelumnya. Tabel 4.1 adalah daftar rencana anggaran perancangan mesin pengupas kulit kentang.
Tabel 4.1 Rencana Anggaran Perancangan Mesin Pengupas Kulit Kentang
45
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1.Kesimpulan
Mesin pengupas kulit kentang adalah alat yang digunakan untuk membantu dalam proses mengupas kulit kentang, mesin ini dapat mengupas kulit kentang dengan kapasitas 3 kg/proses. Adapun bagian-bagian dari mesin pengupas kulit kentang adalah :
a. Tabung pengupas dengan metode pengupasan permukaan kasar yang terbuat dari stainles steel dengan tinggi 370 mm, diameter tabung luar 320 mm tebal 0,8 mm. Sedangkan tabung dalam berdiameter 315 mm tebal 0,6 mm.
b. Poros transmisi diameter 2,2 cm dengan panjang 38,6 cm.
c. Puli 2 unit dengan dengan diameter 2 inchi pada motor listrik, dan puli 4 inchi pada poros mesin.
d. Sabuk-V 1 unit dengan ukuran A-30. e. Bantalan gelinding P204 (2 unit).
f. Motor listrik 0,25 HP = 0,1865 kW dengan putaran motor 1400 rpm.
g. Speed control yang berfungsi untuk menurunkan dan menaikan rpm, dengan
kapasitas daya maksimum 2500 Watt.
h. Pengupasan menggunakan mesin dapat menghemat waktu 6 menit/kg dibandingkan dengan pengupasan manual.
5.2.Saran
Saran yang dapat diberikan sehubungan dengan perancangan mesin pengupas kulit kentang ini adalah sebagai berikut :
a. Mesin hanya mampu mengupas kentang 3 kg. b. Diameter poros tidak boleh kurang dari 10,89 mm.
46
DAFTAR PUSTAKA
https://www.amazon.com/Rotato-Potato-Peeler/dp/B0004BV2MU http://www.juliennepeeler.info/left-handed-potato-peeler/
http://www.kenwoodworld.com/uk/products/food-mixers/chef-major-attachments/potato-peeler-at444-awat444001
http://www.listrikanku.com.com/2016/09/menghitung-arus-daya-kecepatan-motor-listrik-ac.html?m=1
http://www.tokomesin.com/mesin_pengupas_kentang_mesin_kupas_kentang_pot ato_peleer.html
Praptiningsih, Yulia, 1999. Teknologi pengolahan. Jember : Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Jember.
Sularso, dan Suga Kiyokatsu, 1978. Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin. PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
Wiraatmadja, 1995. KENTANG.
47
Lampiran 1 Faktor- Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan (Sularso, 1997)
Daya yang ditransmisikan Fc
Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal
1.2 - 2.0 0.8 - 1.2 1.0 - 1.5
48
49
50
51
Lampiran 6 Bantalan untuk pemesinan serta umurnya (Sularso, 1997)
52
1
PERANCANGAN MESIN PENGUPAS KULIT KENTANG KAPASITAS 3
KG/PROSES
TARTONO 20120130098PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN, FAKULTAS TEKNIK, UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA Kampus Terpadu UMY, Jl. Lingkar Selatan Tamantirto, Kasihan, Bantul, Yogyakarta, 55183
nonoipec9@gmail.com
INTISARI
Dewasa ini banyak sekali pengusaha atau home industri yang menyediakan makanan dengan bahan dasar kentang, setelah dilakukan survei ke beberapa tempat, kebutuhan rata-rata kentang untuk diolah setiap harinya mencapai 9 kg, dalam proses pengupasan kulit kentang itu sendiri masih menggunakan cara manual, cara pengupasan manual menggunakan pisau ini dinilai kurang efektif karna membutuhkan waktu yang cukup lama. Oleh karna itu
dibutuhkan alat bantu pengupas, agar para pengusaha (home industri) dapat menghemat watu dalam proses mengupas
kulit kentang.
Proses perancangan mesin pengupas kulit kentang dimulai dari tahap ketahap, mulai dari perhitungan kapasitas mesin sesuai kebutuhan, perhitungan putaran mesin, perhitungan perencanaan poros, sabuk dan puli, bantalan, menentukan motor listrik, dan speed control.
Hasil perancangan mesin pengupas kulit kentang untuk kapasitas 3 kg/proses diperoleh ukuran tabung pengupas (tabung dalam) dengan diameter 315 mm dan tinggi 370 mm, tabung luar dengan diameter 320 mm dan tinggi 370 mm. Komponen penggerak mesin menggunakan motor listrik 0,25 HP (0,1865 kW) dengan putaran mesin 700 rpm akibat reduksi pully, pully pada motor 2 inch, pully mesin pada mesin 4 inch. Transmisi pada putaran oleh sabuk-V ukuran A30 sebanyak 1 unit, poros berdiameter 22 mm panjang 386 mm ditumpu oleh bantalan gelinding P204 sebanyak 2 unit.
Kata kunci : kapasitas, perhitungan komponen, mesin pengupas kulit kentang.
A. PENDAHULUAN
Kentang merupakan salah satu jenis tanaman holtikultura yang dikonsumsi umbinya. Tingginya kandungan karbohidrat menyebabkan kentang dikenal sebagai bahan pangan yang dapat mensubstitusi bahan pangan karbohidrat lain yang berasal dari beras, jagung, dan gandum. Hal ini menyebabkan kentang banyak digemari oleh masyarakat. Di samping itu, prospek serapan dan permintaan pasar terhadap komoditas
kentang semakin meningkat sejalan dengan
bertambahnya jumlah penduduk, tingkat pendidikan, tingkat pendapatan dan preferensi masyarakat terhadap kentang. Keadaan ini tentunya akan mendorong usaha manusia untuk membuat berbagai produk olahan kentang yang bernilai ekonomis serta keinginan untuk menciptakan alat pengolahan kentang yang berkapasitas tinggi dan memiliki daya saing terhadap produk yang akan dihasilkan (Wiraatmadja, 1995).
Hasil survei dari beberapa tempat (home
industri) pengolah kentang, kebutuhan rata-rata kentang untuk diolah setiap harinya mencapai 9 kg, dalam proses pengupasan kulit kentang itu sendiri masih menggunakan cara manual, cara pengupasan manual menggunakan pisau ini dinilai kurang efektif karna membutuhkan waktu yang cukup lama. Oleh karna itu dibutuhkan alat bantu pengupas, agar para pengusaha (home industri) dapat menghemat watu dalam proses mengupas kulit kentang. Jenis alat pengupas yang ada di pasaran adalah sebagai berikut.
a. Hand Potato Peeler
Hand Potato Peeler adalah alat pengupas kulit kentang yang berbentuk pisau tajam (Gambar 1), alat ini juga bisa digunakan untuk mengupas sayur, buah, dan umbi-umbian lainya, pengupasan menggunakan alat ini dilakukan secara manual sama seperti penggunaan pisau biasa. Prinsip kerjanya, pisau diberi gaya tekan sehingga sudut potong pada pisau menyebabkan kulit kentang terpisah dari dagingnya.
Gambar 1 Hand Potato Peeler
Sumber : http://www.juliennepeeler.info
b. Rotate Potato Peeler
2 Gambar 2 Rotate Potato Peeler
Sumber : https://www.amazon.com
c. Electric Potato Peeler
Electric potato peeler merupakan pengupas kulit kentang yang menggunakan sistem elektrik, alat ini mempunyai kapasitas 1,5 kg dalam satu proses
pengupasan, pisau pengupas electric potato peeler
menggunakan metode pengupasan menggunakan
permukaan kasar. Prinsip kerja alat ini yaitu piringan yang digerakan oleh motor, berputar mendorong kentang sehingga terjadi gesekan antara kentang dan
permukaan kasar, gesekan-gesekan ini yang
menyebabkan terkelupasnya kulit kentang, bentuk mesin electric potato peeler dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Electric Potato Peeler
Sumber : http://www.kenwoodworld.com
d. Potato Peeler Machine
Potato peeler machine merupakan mesin pengupas kulit kentang kapasitas pengupasan 8 kg/2 menit, dengan harga Rp 8.000.000, power 0,75 KW, Voltage 220 v/ 50 hz/ 1 Hp. Prinsip kerja alat ini yaitu piringan yang digerakan oleh motor listrik berputar
mendorong kentang, sehingga putaran tersebut
menyebabkan gesekan antara kentang dengan tabung pengupas yang memiliki permukaan kasar, gesekan-gesekan ini yang menyebabkan terkelupasnya kulit kentang, bentuk potato peeler machine dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Potato Peeler Machine
(http://www.tokomesin.com).
Setelah meninjau alat bantu pengupas yang
ada, masih terdapat kekurangan untuk kelas home
industri, Seperti pada alat hand potato peeler dan rotate potato peeler kapasitasnya satu kentang untuk satu kali
proses pengupasan, untuk electric potato peeler
kapasitasnya masih kurang mendukung, dan untuk
potato peleer machine harganya masih terbilang mahal untuk kelas home industri.
Bertolak dari hal di atas, maka ada ketertarikan untuk merancang mesin pengupas kulit kentang dengan metode pengupasan menggunakan permukaan kasar, dengan kapasitas dan harga yang disesuaikan untuk kelas industri rumah tangga.
B. METODE PERANCANGAN
Gambar 5 Diagram Alir Perancangan Mesin Pengupas Kulit Kentang
C. ANALISIS KOMPONEN MESIN
(a) (b) (c)
Gambar 6, (a) Hasil Frame Analysis,` (b) Hasil
Simulate Pada Piringan Pendorong, (c) Hasil
3
D. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN
1. Perencanaan Tabung Dalam dan Tabung Luar
a. Perencanaan Tabung Dalam
Direncanakan tabung bagian dalam memiliki
tebal stainles steel 0,6 mm, perencenaan tabung
pengupas bagian dalam skalanya lebih kecil dengan mesin yang ada di pasar, yaitu dengan perbandingan 1 : 2. Diketahui mesin yang ada di pasar memiliki diameter tabung 630 mm.
1. Diameter Tabung
- Diameter = = mm
2. Tinggi Tabung
Diasumsikan tinggi penumpukan kentang mencapai 70 mm ketika dimasukan ke dalam tabung, untuk mengantisipasi terlemparnya kentang keluar tabung pada saat proses pengupasan, maka tingginya dibuat 5 kali penumpukan kentang.
- Tinggi tabung = × 5
= mm
Jarak antara piringan dengan dasar tabung yaitu 20 mm, jadi tinggi total tabung yaitu 370 mm.
3. Panjang Keliling Lingkaran
- Panjang Keliling Lingkaran = π×d
= 989,6 mm
Perencanaan over lap untuk pengelasan 5 mm,
Jadi untuk membuat tabung dalam dibutuhkan panjang
stainles steel dengan panjang 994,6 mm dan lebar 375 mm. Pada tabung bagian dalam mempunyai lubang-lubang kecil yang berfungsi sebagai pisau pengupas, lubang-lubang ini direncanakan memiliki diameter 5 mm dengan jarak antar lubang 15 mm. Dari hasil perhitungan diatas, maka didapatkan Gambar 6 perancangan tabung pengupas.
(a) (b) Gambar 7 (a) Tabung Dalam (b) Diameter
Tabung
b. Perencanaan Tabung Luar
Tabung luar di rencanakan memiliki diameter sebesar 320 mm, tinggi 370 mm, dan tebal stainles steel
0,8 mm. Diketahui tabung bagian dalam Ø 315 mm, tebal 0,6 mm, Maka jarak kelonggaran tabung.
Jarak Kelonggaran = Jarak desain - Tebal tabung dalam = 4,4 mm
Tabung dalam dan tabung luar memiliki jarak kelonggaran 4,4 mm yang berfungsi untuk mencegah tersumbatnya lubang tabung pengupas oleh kulit kentang, yang tertahan oleh tabung luar. Tabung luar juga berfungsi untuk menahan cipratan air yang
terlempar piringan. Hasil perencanaan tabung luar dapat dilihat pada Gambar 7.
(a) (b)
Gambar 8 (a) Tabung Luar Pandangan Depan, (b) Tabung Luar Pandangan Atas
Daya motor (P) yang digunakan 0,18 kW (1/4 HP). Faktor koreksi daya yang ditransmisikan (f ) = 1,0 (Lampiran 1).
Putaran poros (n) 700 rpm. Maka :
4
Tabel 1 Panjang Sabuk Standar
Diagram 1 Pemilihan sabuk-V
Dari perhitungan panjang keliling sabuk diperoleh 741,97 mm. Dari Tabel 1, panjang keliling
sabuk yang digunakan 762 mm. Sabuk
menggunakan tipe A lihat Diagram 1.
f. Jarak antar sumbu yang direncanakan
Diketahui :
dp= , mm (Diameter puli poros).
Dp= , mm (Diameter puli motor)
Faktor koreksi jarak sumbu b adalah b = L − π(Dp+ dp) pengupas kulit kentang. Poros ini mendapatkan beban puntir dan lentur. Poros ini ditumpu oleh dua buah bantalan yang terletak pada rangka. Pada Gambar 4.3 merupakan posisi poros pada mesin pengupas kulit kentang.
Gambar 9 Posisi Poros Transmisi
a. Reaksi Gaya Dan Momen Pada Poros
Pada Gambar 4.4 menunjukan reaksi gaya dan momen pada poros mesin.
5
b. Tegangan Geser Yang Diizinkan
Diketahui :
Tegangan lentur yang diizinkan, � = 58 kg/mm²
(S45C)
Faktor keamanan baja paduan, direncanakan : sf =
Faktor koreksi sesuai yang dianjurkan ASME, maka dipilih nilai faktor koreksi momen puntir K = , (terjadi tumbukan atau kejutan), nilai momen lentur
K = (dengan tumbukan ringan).
Torsi T = 250,45 kg.mm
Jika berat dinyatakan dengan W (kg) jarak antara bantalan l (mm) dan diameter poros d (mm) maka putaran kritis dari putaran tersebut adalah : Diketahui :
W di titik A = 2 kg
� = mm � = mm
� = mm �= mm
Maka:
Putaran kritis pada titik A
� = ��
Putaran kritis pada titik B W di titik B = 4,8 kg
� = mm � = mm
� = mm �= mm
Maka :
Putaran kritis pada titik B
� = ��
