commit to user BAB II DASAR TEORI
2.1 Konsep Perancangan Screew Pencetak Pelet
Pada perancangan suatu kontruksi hendaknya mempunyai suatu konsep perencanaan. Untuk itu konsep perencanaan ini akan membahas dasar- dasar teori yang akan dijadikan pedoman dalam perancangan. Pada perancangan ini bagian-bagian alat yang direncanakan atau diperhitungkan adalah :
1. Daya penggerak.
2. Reducer, kopling fleksibel dan pulley.
3. Screew conveyor.
2.1.1 Daya Penggerak
Secara umum daya dapat diartikan sebagai kemampuan yang dibutuhkan untuk melakukan kerja, yang dinyatakan dalam satuan Nm/s, Watt, atau HP. Untuk menentukan harga daya perlu memperhatikan beberapa hal yang mempengaruhinya, diantaranya adalah harga gaya, torsi, kecepatan putar, dan berat yang bekerja pada mekanisme tersebut.
Berikut adalah rumus untuk mencari harga daya, gaya, torsi, kecepatan putar, dan berat :
a. Mencari harga daya (P) :
Berdasarkan besar usaha atau energi tiap satuan waktu, daya dirumuskan dengan :
P =
………(1)
commit to user Keterangan :
P = Daya (watt) W = Usaha (joule) t = waktu (sekon)
Berdasarkan gaya yang bekerja dan kecepatan, maka daya dapat dihitung dengan rumus :
P = F . V ………(2) Keterangan :
P = Daya (watt)
F = Gaya (N)
V = kecepatan linier (m/s) Berdasarkan torsi yang bekerja :
P = T . w ………(3) w =
...………(4) T = I . ………..………(5) Keterangan :
T = Torsi (N.m )
w = Kecepatan sudut (Rad/s) n = Kecepatan (rpm)
I = Momen inersia (kg. )
= Pecepatan sudut (Rad/s²)
commit to user Berdasarkan putaran poros :
P =
...………(6)
Keterangan :
P = Daya (watt)
n = Putaran poros (rpm) T = Torsi (kg.m)
b. Mencari harga gaya (F)
Gaya adalah suatu besaran yang menyebabkan benda bergerak.
F = m . a (N atau kg.m/s²)………..…………(7) Keterangan :
F = Gaya (N atau kg.m/s²) m = massa (kg)
a = percepatan (m/s²) c. Mencari harga berat (W)
Berat suatu benda adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda itu.
W = m . g ………(8) Keterangan :
W = Berat (N atau kg.m/s²) m = Massa (kg)
commit to user g = percepatan gravitasi (10 m/s²)
d. Mencari harga torsi (T)
Besarnya torsi merupakan hasil dari perkalian gaya dengan jarak terhadap sumbu :
T = F . r ………...………(9) Keterangan :
T = Torsi (N.m) F = Gaya (N)
r = jarak terhadap sumbu (m) 2.1.2 Pulley dan Sabuk
Jarak yang cukup jauh yang memisahkan antara dua buah poros mengakibatkan tidak memungkinkannya mengunakan transmisi langsung dengan roda gigi. Sabuk-V merupakan sebuah solusi yang dapat digunakan.
Sabuk-V adalah salah satu transmisi penghubung yang terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Dalam penggunaannya sabuk-V dibelitkan mengelilingi alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit pada puli akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar (Sularso, 1991:163).
Sabuk-V banyak digunakan karena sabuk-V sangat mudah dalam penangananya dan murah harganya. Selain itu sabuk-V juga memiliki keungulan lain dimana sabuk-V akan menghasilhan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah serta jika dibandingkan dengan transmisi roda gigi dan rantai, sabuk-V bekerja lebih halus dan tak bersuara. Sabuk-V selain juga memiliki keungulan dibandingkan dengan transmisi-transmisi yang
commit to user
lain, sabuk-V juga memiliki kelemahan dimana sabuk-V dapat memungkinkan untuk terjadinya slip. Berikut adalah faktor koreksi transmisi sabuk-V yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 :
Gambar 2.1 Faktor koreksi transmisi sabuk-V
Dalam menentukan besarnya daya yang ditransmisikan tergantung dari beberapa faktor antara lain :
1. Tegangan sabuk.
2. Kecepatan linier sabuk.
3. Bentuk sisi kontak sabuk dan pulley.
4. Kondisi sabuk.
Bahan sabuk-V antara lain adalah berasal dari kulit, anyaman benang dan karet. Sabuk –V inipun dibagi menjadi beberapa tipe seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.2 dan Gambar 2.3, yaitu :
1. Tipe standar ; Dengan karakteristik tanda huruf A, B, C, D dan E.
commit to user
2. Tipe sempit ; Dengan karakteristik simbol 3V, 5V dan 5L.
3. Tipe beban ringan ; dengan karakteristik tanda 3L, 4L dan 5L.
Gambar 2.2 Tipe sabuk –V
Gambar 2.3 Jenis sabuk Bagian-bagian sabuk-v:
commit to user
Gambar 2.4 Bagian sabuk
Berikut merupakan penjelasan tentang Gambar 2.4 mengenai bagian-bagian sabuk dan fungsinya, yaitu:
1. Canvas = Berfungsi sebagai bahan pengikat struktur karet.
2. Rubber = Berfungsi sebagai Elastisitas dan agar tidak slip.
3. Cord = Berfungsi penguat agar V-Belt Tidak Gampang Putus.
Sebagai pengubah kecepatan dari sumber daya, mesin ini menggunakan pulley untuk mereduksi kecepatan yang dihasilkan dari sumber daya yakni berasal dari motor listrik. Pulley merupakan suatu alat yang mekanisme kerjanya untuk menjalankan suatu kekuatan alur yang berfungsi menghantarkan suatu daya. Cara kerja puli sering digunakan untuk mengubah arah gaya yang diberikan, mengirim gerak dan mengubah arah rotasi.
Diameter pulley yang digerakkan menggunakan persamaan :
... (10)
Keterangan :
D2 = Diameter pulley yang digerakkan (mm) D1 = Diameter pulley penggerak (mm) n1 = Putaran pulley penggerak (rpm) n2 = putaran pulley yang digerakkan (rpm)
commit to user
Gambar 2.5. Panjang sabuk dan sudut kontak pada sabuk terbuka (Khurmi dan Gupta, 2002)
Pada Gambar 2.5 dijelaskan tentang panjang sabuk dan sudut kontak sabuk pada sabuk terbuka, hal tersebut digunakan untuk menentukan perhitungan sabuk dan pulley.
Selain itu terdapat faktor-faktor dalam perencanaan sabuk, yaitu : 1. Kecepatan linier sabuk
Kecepatan linier sabuk dapat ditulis dengan matematis sebagai berikut : v = ...(11) Keterangan :
v = kecepatan linier sabuk (m/s) d = diameter puli pengikut (mm) N = putaran puli pengikut (rpm) 2. Panjang sabuk
Panjang sabuk adalah panjang total dari sabuk yang digunakan untuk menghubungkan puli penggerak dengan puli pengikut. Dalam perancangan ini digunakan sabuk terbuka. Persamaan panjang total sabuk terbuka dapat ditulis sebagai berikut :
...(12) Keterangan :
L = panjang total sabuk (mm)
x = jarak titik pusat puli penggerak dengan puli pengikut (mm) r1 = jari-jari puli kecil (mm)
r2 = jari-jari puli besar (mm)
commit to user
3. Perbandingan tegangan pada sisi kencang dan sisi kendor
Persamaan perbandingan tegangan antara sisi kencang dan sisi kendor dapat ditulis sebagai berikut :
...(13) Keterangan :
T1 = tegangan sisi kencang sabuk (N) T2 = tegangan sisi kendor sabuk (N) µ = koefisien gesek
= sudut kontak (rad) = sudut alur puli ( ° )
4. Persamaan sudut kerja puli dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut :
Sin = (untuk sabuk terbuka) Sudut kontak puli :
= ( 180-2 ) rad (untuk sabuk terbuka) 5. Kecepatan sabuk (v)
Besarnya kecepatan sabuk dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
V = ………(14)
Keterangan :
v = kecepatan sabuk (m/s) d = diameter sabuk (mm) N = putaran sabuk (rpm)
6. Daya yang ditransmisikan oleh sabuk
commit to user
Persamaan daya yang dipindahkan oleh sabuk dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut :
P = ( T1 - T2 ) v x N ……….(15) Keterangan :
P = daya yang dipindahkan oleh sabuk (W) T1 = tegangan sisi kencang sabuk (N) T2 = tegangan sisi kendor sabuk (N) v = kecepatan sabuk (m/s)
n = banyak sabuk 2.1.3 Kopling Fleksibel
Kopling fleksibel berfungsi untuk sebagai penerus momen dengan kontak positif (tidak dengan perantara gesekan) sehingga tidak dapat selip. Ada dua bentuk kopling fleksibel, yaitu bentuk fleksibel persegi dan kopling fleksibel spiral.
Kontruksi kopling ini adalah yang paling sederhana diantara kopling tak tetap yang lain. Kopling cakar persegi dapat meneruskan momen dalam dua arah putaran, tetapi tidak dapat dihubungkan dalam keadaan berputar. Dengan demikian tidak dapat sepenuhnya berfungsi sebagai kopling tak tetap yang sebenarnya. Sebaliknya kopling cakar spiral dapat dihubungkan dalam keadaan berputar, tetapi hanya baik untuk satu arah putaran saja. Namun demikian, karena timbulnya tumbukan yang besar jika dihubungkan dalam keadaan berputar, maka cara menghubungkan semacam ini hanya boleh dilakukan jika poros penggerak mempunyai putaran kurang dari 50 rpm.
Diameter dalam D1 (mm), diameter luar D2 (mm), dan tinggi h (mm) dari cakar untuk suatu diameter poros ds (mm) dapat ditentukan secara empiris.
D1 = 1,2 ds + 10………..(16) D2 = 2 ds + 25……….(17) H = 0,5 ds + 8………..(18)
commit to user
Jika luas akar dari cakar adalah ½ dari maka tegangan geser ( kg/mm² ) yang timbul pada akar cakar adalah
………(19) Momen lentur yang bekerja pada cakar adalah . h jika Ft
dikenakan pada ujung akar, dimana n adalah jumlah akar. Momen patahan lenturnya
Z = ...(20)
Besarnya tegangan lentur
………..………(21)
………..….(22) Jika harga ini lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan, maka dapat diterima. Tetapi jika lebih besar, maka D1, D2, h dan sebagainya harus disesuaikan.
2.1.4 Reducer atau Gear Box
Dalam beberapa unit mesin memiliki sistem pemindahan tenaga yaitu gear box yang berfungsi sebagai penyalur tenaga atau daya mesin ke salah satu bagian mesin lainnya, sehingga unit tersebut dapat bergerak menghasilkan sebuah pergerakan baik putaran maupun geseran.
Gear box merupakan suatu alat khusus yang diperlukan sebagai penyesuai daya atau torsi dari motor atau transmisi yang berputar, dan gear box juga adalah alat pengubah daya atau putaran dari motor menjadi lebih besar atau lebih kecil tergantung perbandingan yang dipakai.
Funsi gear box antara lain sebagai berikut :
1. Perubah momen puntir yang akan diteruskan ke spindel mesin.
commit to user
2. Penyedia rasio gigi yang sesuai dengan beban mesin.
3. Penghasil putaran mesin tanpa selip.
4. Pereduksi putaran input dari motor listrik menjadi putaran yang diinginkan. Dalam mesin pencetak pelet menggunakan reducer 1:50 yang artinya reducer dari putaran motor 50 rpm maka poros ouput reducer menjadi 1 rpm.
Prinsip kerja gear box yaitu putaran motor atau transmisi diteruskan ke input shaft (poros input) melalui hubungan antara kopling, kemudian putaran diteruskan ke main shaft (poros utama), torsi momen yang ada di main shaft diteruskan ke spindle mesin, karena adanya perbedaan rasio dan bentuk dari gigi-gigi tersebut sehingga rpm atau putaran spindel yang dikeluarkan berbeda, tergantung dari rpm yang diinginkan. Berikut merupakan penjelasan dari bagian yang terdapat dalam gear box :
1. Poros input (input shaft)
Poros input merupakan komponen penerima momen output dari unit kopling, poros input juga berfungsi sebagai penerus putaran ke poros utama, sehingga putaran dapat diteruskan ke gigi-gigi di dalam gear box.
2. Rumah lever pemindahan rpm (gear shift housing)
Gear shift housing adalah housing dari pada lever pemindahan gigi yang berfungsi untuk mengatur ketepatan perpindahan gigi, apabila gigi sudah dipindahkan maka lever akan terkunci sehingga lever tidak bisa berpindah sendiri pada saat spindle sendang berputar.
3. Poros utama (main shaft)
Main shaft berfungsi sebagai poros utama penerus input shaft sehingga putaran dapat diteruskan ke spindel.
4. Planetary gear section (unit gigi planetari)
commit to user
Planetary gear adalah alat pengubah rpm disuatu range tertentu dimana rpm dapat diubah sesuai kebutuhan proses pengerjaan dan dapat pula mengubah arah putaran spindel.
5. Pompa oli
Pompa oli berfungsi sebagai pemompa atau pemindah oli dari transmisi menuju ke sistem untuk dilakukan pelumasan terhadap komponen-komponen yang ada di dalam sistem transmisi.
6. Gigi transmisi
Gigi transmisi berfungsi sebagai pengubah input dari motor menjadi output gaya torsi yang meninggalkan transmisi sesuai dengan kebutuhan mesin.
2.1.5 Screew Conveyor
Screew conveyor merupakan suatu alat yang berupa pipa atau poros ulir yang disusun pada pipa atau poros yang berputar di dalam tabung tetap untuk memindahkan berbagai material yang mempunyai daya alir menurut “CEMA Material Classification Standart” berarti tingkat kebebasan suatu partikel material yang secara individu bergerak saling mendahului satu partikel yang lainnya. Karakteristik ini penting dalam operasi screew conveyor.
Dari beberapa jenis penerapan screew conveyer pada dasarnya diambil dari dua faktor, yaitu karakteristik dari material yang diangkut dan keuntungan dari penggunaan screew conveyor.
Berikut merupakan rumus-rumus yang digunakan untuk menghitung kecepatan screew, kapasitas screew conveyor dan daya memutar screew conveyor :
1. Kapasitas screew conveyor dalam inchi³/jam tiap rpm ( CEMA- screew conveyor, 1971:25 )
commit to user
………..(23)
Keterangan :
C = kapasitas screew conveyor dalam inchi³/jam Ds = diameter screew conveyor dalam inchi Dp = diameter pipa dalam inchi
P = pitch screew conveyor dalam inchi K = prosentase dari pembebanan tabung (%)
2. Kecepatan screew conveyor dapat dihitung dengan rumus (CEMA-screew conveyor, 1971:25) :
N = ………...(24)
Keterangan :
N = kecepatan dari ulir (rpm)
3. Daya yang dibutuhkan untuk memutar screew conveyor adalah daya total dari gesekan conveyor (HPf) dan daya untuk memindahkan material pada ukuran tertentu (HPm) dikalikan dengan factor beban lebih (FO) dan dibagi efisiensi penggerak total (e). (CEMA-screew conveyor, 1971:36) :
HPf = ………(25)
Keterangan :
L = panjang dari conveyor dalam inchi N = kecepatan screew conveyor dalam rpm Fd = diameter conveyor factor
Fb = hanger bearing factor
Hpm = ……….(26)
Keterangan :
commit to user
C = kapasitas screew conveyor dalam inchi³/jam W = berat jenis material dalam lbs/inchi³
Ff = flight factor Fm = material factor Fp = paddle factor
Hp = ………..(27)
Keterangan :
Fo = over load factor
e = efisiensi penggerak (%)
HPm = daya untuk memindahkan material (HP) HPf = daya total karena gesekan conveyor (HP)
Dalam rumus perhitungan untuk mencari daya dari screw conveyor, terdapat faktor-faktor yang diperoleh dari sumber Tabel 2.1 mengenai faktor bantalan, Tabel 2.2 mengenai faktor karakteristik material, Tabel 2.3 mengenai flight factor, Tabel 2.4 mengenai factor paddle, dan Tabel 2.5 mengenai faktor efisiensi penggerak.
Tabel 2.1. Faktor bantalan
Bearing Type Bearing
Factor,Fb
Ball 1.0
Babbitt Bronze, Plain
*Bronze, Graphite
*Bronze, Oil-Impregnated
*Canvas Base Phenolic
*Wood, Oil Impregnated
1.7
*Nylon
•UHMW
2.0
*Hard Iron
*Hard Surfaced
4.4
commit to user
Tabel 2.2. Karakteristik material Material Weight
Lbs per Cu. Ft
Material Code
% Trough Loading
FM Comp.
Series
Ferrous Sulfide -
½
120-135 128C½26 30B 2.0 1A-B-C
Ferrous Sulfide - 100M
105-120 113A 10036 30B 2.0 1A-B-C
Ferrous Sulfate
50-75 63C½35U 30B 1.0 2D
Fish Meal 35-40 38C½45HP 30A 1.0 1A-B-C
Fish scrap 40-50 45D 745H 30A 1.5 2A-B-C
Flaxseed 43-45 44B 635X 45 0.4 1A-B-C
Flaxseed cake
48-50 49D 745W 30A 0.7 2A-B
Tabel 2.3. Faktor flight Flight type Conveyor loading
15% 30% 45% 95%
Cut Flight Cut-and- Folded Flight
Ribbon Fligh
1.10 NR*
1.05
1.15 1.5 1.14
1.20 1.7 1.20
1.3 2.2
—
Table 2.4. Faktor paddle Factor, Fp *Paddles per Pitch
commit to user
1 2 3 4 1.29 1.58 1.87 2.61
*Standard paddles at 45° reverse pitch If no paddles, Fp = 1.0
Tabel 2.5. Faktor efisiensi penggerak, e Screw Drive or
Shaft Mount With V-Belt
V-Belt to Helical Reducer
With Coupling
Motor Reducer With Chain Drive
Motor Reducer With Coupling
0.85 0.85 0.85 0.95
