6
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Mesin Pemotong Rumput
Alat pemotong rumput adalah mesin yang digunakan untuk memotong rumput atau tanaman. Mesin ini biasa digunakan untuk merapikan taman dan juga untuk membersihkan ladang dari rumput ilalang atau rumput jenis lainya.(Nofriady. H, 2013). Alat ini diperlukan untuk membantu melakukan perawatan terhadap lingkungan sekitar yang ingin dikelola. Pada perancangan ini, penulis melakukan pemilihan terhadap jenis-jenis mesin potong yang akan digunakan. Dan memiliki kriteria yang dapat diputarkan menggunakan motor elektrik, penggerak dihubungkan secara langsung dengan pisau potong sehingga tidak memerlukan transmisi dan putaran yang dihasilkan tergantung spesifikasi morotor yang digunakan. Selanjutnya pisau pemotong harus menggunakan material yang kuat dan tahan benturan.
Beberapa jenis alat potong rumput yang sudah banyak digunakan dikehidupan kita dan tersedia dipasaran.
Tabel 2.1 Mesin potong rumput yang banyak digunakan
No Tipe Deskripsi
1 Model dorong (Gambar 2.3)
Mesin potong jenis ini hanya digunakan dalam bidang permukaan tanah yang rata Mesin tersebut dapat memotong rumput sampai pinggir sesuai jalur roda Pemotong rumput model dorong hanya memiliki satu model pisau pemotong berupa blade (piringan) yang berbentuk segi empat. Satu mesin model dorong punya dua piringan itu.
2 Model gendong (Gambar 2.1 dan
Gambar 2.2 )
Mesin tipe ini cocok untuk lapangan ataupun halaman yang berpermukaan tanah bergelombang dan tak rata. Mesin tersebut memiliki gagang besi yang panjang dan alat pemotong yang tajam. Untuk mesin pemotong rumput model gendong, ada tiga macam pisau yaitu model palang, bulat bergigi delapan, dan bulat bergigi 80. Model palang digunakan untuk memotong rumput besar seperti alang-alang, rumput gajah, dan lain-lain. Model bulat bergigi delapan bisa untuk memangkas semak-belukar. Model bulat bergigi 80 dipakai untuk memotong tumbuhan yang lebih besar.
Gambar 2.1 Mesin potong rumput gendong listrik ("Mesin Potong Rumput Gendong," 2016)
Gambar 2.2 Mesin potong rumput gendong("Mesin Potong Rumput Gendong," 2016)
Gambar 2.3 Mesin potong rumput dorong ("Mesin Potong Rumput Dorong," 2016)
Dalam perancangan Alat Pemotong rumput ini perlu dilakukan penghitungan beban yang bekerja pada komponen-komponen utama pembentuknya antara lain :
Perhitungan yang digunakan dalam merancang poros utama yang mengalami beban puntir dan beban lentur antara lain:
2.1.1 Torsi Mesin
Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi adalah suatu energi. Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk menghitung energi yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya. Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar r, maka besar torsi adalah:
T = torsi (N.m)
F = gaya (N)
r = jari-jari pisau potong (m)
Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap porosnya dan benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar yang sama dan arah yang berlawanan.
2.1.2 Daya Motor (Power)
Untuk menghitung daya yang bekerja pada motor listrik yang digunakan sebagai penggerak utama mesin potong listrik tenaka surya ini adalah dengan perhitungan sebagai berikut :
dengan:
P = daya transmisi (watt) N = putaran mesin (rpm) T = torsi (N.m)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
𝑇 = 𝐹 𝑥 𝑟 (2.1)
𝑃 = 𝑇 𝑥 𝜔 (2.2)
2.1.3 Kekuatan Poros Pisau
Untuk menentukan kekuatan poros pisau, dapat ditentukan dengan pesamaan sebagai berikut :
Dimana :
𝜏𝑝 = Tegangan puntir (N/mm2) T = Torsi / Momen puntir (Nmm) e = Jari- jari poros (mm)
𝐼𝑝 = Momen inersia polar (mm4) d = Diameter poros (mm)
2.2 Komponen Elektrik
2.2.1 Sel Surya (photovoltaic)
Photovoltaik (PV) adalah perangkat yang mengkonversi energi matahari langsung ke listrik. Sandwich silikon, didoping dengan pengotor untuk membantu aliran elektron (listrik). Jenis n didoping dengan arsenik, antimon atau fosfor, ini menambah elektron ekstra. Jenis p didoping dengan boron, aluminium atau iridium, ini mengambil elektron. Sinar matahari menyediakan energi untuk membuat aliran arus dari sisi jenis n ke sisi jenis p. Setiap sandwich hanya menghasilkan sejumlah kecil listrik, sekitar 0,5 volt. Kelompok 40 atau 50 sandwich untuk membuat sel surya dari 20 sampai 25 volt.(Wibowo, 2015) 𝜏𝑝 = 𝑇. 𝑒 𝑙𝑝 (2.4) 𝜏𝑝 = 𝑇. 𝑑/2 𝜋𝑑4/32 (2.5) 𝜏𝑝 = 16. 𝑇 𝜋𝑑3
Gambar 2.4 Cara kerja Photovoltaic (Wibowo, 2015)
Teknologi photovoltaik (PV) merupakan suatu teknologi konversi yang mengubah cahaya (photo) menjadi listrik (volt) secara langsung (direct conversion). Peristiwa ini dikenal sebagai efek photolistrik (photovoltaic affect). Didalam proses konversi cahaya-listrik tidak ada bagian yang bergerak, sehingga produk teknologi photovoltaik memiliki umur teknis yang panjang lebih dari 25 tahun(Tundawan, 2002).
Pemilihan sistem penggerak elektrik memungkinkan untuk menambahkan fungsi tambahan pada alat ini, salah satunya menambahkan komponen yang berfungsi sebagai komponen yang dapat melakukan pengisian kembali energy dari alam. Hal tersebut dewasa ini dapat dilakukan dengan menambahkan komponen tambahan berupa alat pengkonversi energy dari energy panas menjadi energy listrik dengan menggunakan solar sell atau yang lebih banyak dikenal dengan photovoltaic (PV). Pemilihan PV dapat disesuaikan dengan kubutuhan penggunaka, karena ksudah banyak penelitian-penelitian yang dilakukan terhadap teknologi ini, seperti dapat dilihat pada Gambar 2.6
. Gambar 2.6 Photovoltaic
Photovoltaic bekerja dengan prinsip yaitu dengan mengubah sinar matahari menjadi suatu bentuk energy listrik dimana menggunakan prinsip semikonduktansi (pn junction). Jika intensitas sinar matahari meningkat, maka nilai arus yang keluar akan semakin meningkat pula (Setiono, 2011).
Untuk menentukan besarnya daya (P) dapat digunakan rumus sebagai berikut :
Dimana :
P = Daya yang dihasilkan (Watt) I = Arus yang diperoleh (A)
V= Tegangan yang diperoleh (Volt)
Sehingga dengan penambahan komponen ini akan menambah endurance alat ini ketika digunakan disiang hari karena memanfaatkan energy yang tersedia di alam.
2.2.2 Charger Control
Rangkaian ini adalah rangkaian charger baterai yang bekerja secara otomatis pemutus arusnya. Penggunaan relay pada rangkaian ini bertujuan supaya pada saat aki penuh rangkaian akan benar-benar terputus dengan sumber, alasan ini merupakan pertimbangan yang penting untuk penghematan energi, selain itu juga bertujuan untuk proteksi terhadap baterai supaya umur pakainya lebih lama. Adapun rangkaian yang digunakan untuk menghubungkan aliran listrik dari baterai, solar panel, dan motor dapat dilihat pada Gambar 2.7 berikut ini.
Gambar 2.7 Rangkaian charger electric (Narimo, 2014)
2.2.3 Baterai
Perhitungan baterai berupa perencanaan baterai yang dibutuhkan oleh solar cell dan menghitung lamanya waktu pengecasan baterai. Baterai harus memiliki kapasitas ampere jam yang cukup untuk memasok kebutuhan listrik selama periode terpanjang yang diperkirakan "tidak ada matahari" atau kondisi yang sangat berawan. Sebuah baterai asam timbal harus berukuran minimal 20% lebih besar dari nilai ini. Jika ada sumber listrik cadangan, seperti generator siaga bersama dengan pengisi baterai, ukuran bank baterai tidak harus disediakan untuk kondisi cuaca terburuk. Ukuran bank baterai
yang diperlukan akan tergantung pada kapasitas penyimpanan yang diperlukan, tingkat maksimum pengurasan, tingkat pengecasan maksimum, dan suhu minimum di mana baterai akan digunakan. Dalam perencanaan, semua faktor ini dimasukkan dalam perhitungan, dan kapasitas dibutuhkan terbesar akan menentukan ukuran baterai.
Teknologi Lithium Ion Penelitian tentang baterai Lithium telah dimulai pada saat tahun 1912, namun butuh hingga sampai abad ke-21 untuk membuat baterai lithium berbentuk ekonomis dan dapat digunakan untuk perangkat para konsumen. Alasa utamanya adalah kesulitan dalam penggunaannya yang tidak stabil dalam kondisi tertentu. Dibandingkan dengan baterai yang lebih tua, Nickel-Cadmium dan baterai isi ulang Nikel Metal Hydride, baterai Lithium Ion lebih baik karena Li-Ion memiliki kepadatan energi yang lebih spesifik (energi yang tersimpan per satuan volume), memiliki tingkat self-discharge yang lebih rendah, ditambah mereka tidak memiliki karateristik yang sama dengan baterai tua yang lainnya dan untuk menghindari siklus "memory effect”. Baterai Lithium Ion menggunakan logam senyawa oksida pada katoda, yaitu elektroda positif selama baterai dalam posisi discharge.(Plimbi, 2011)
Gambar 2.8 Li ion Baterai(Plimbi, 2011)
Penentuan kapasitas baterai berupa hubungan antara ampere dan persyaratan ampere jam terhadap efek pada baterai tegangan rendah DC. Misalnya, kita memiliki sistem nominal 24V dan inverter untuk beban 3 ampere, 120VAC, yang memiliki siklus tugas 4 jam per hari. Kita akan memiliki 12 ampere jam beban (3A X 4 jam = 12 ah). Namun, untuk menentukan pengurasan yang benar pada baterai, kita harus membagi tegangan beban (120V) dengan tegangan baterai nominal (24 V) yang hasilnya adalah
5, dan kemudian kita kalikan dengan 120 VAC ampere jam (5 x 12 Ah). Jadi dalam hal ini perhitungan akan menjadi 60 ampere jam terkuras dari baterai, bukannya 12 Ah. Cara lain yang sederhana adalah dengan mengambil total watt-jam perangkat 120 VAC kita dan dibagi dengan tegangan nominal sistem. Menggunakan contoh di atas; 3 ampere x 120 volt x 4 jam = 1440 watt jam dibagi dengan 24 volt DC = 60 ampere jam (Wibowo). Dari referensi di atas, untuk menentukan kapasitas baterai dapat dilakukan dengan rumus sebagai berikut:
Sedangkan Lama waktu pengisian dapat ditentukan dengan :
(Wibowo, 2015)
2.3 Motor
Gambar 2.9 klasifikasi jenis utama motor listrik(Permana, 2015)
2.3.1 Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑟𝑎𝑖 𝑃(𝑡)(𝑊. ℎ) = 𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 (𝐴ℎ) 𝑥 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 (𝑉) (2.7) 𝐿𝑎𝑚𝑎 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑖𝑠𝑖𝑎𝑛 (ℎ𝑜𝑢𝑟) =𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑟𝑎𝑖 𝑃(𝑡)(𝑊. ℎ) 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑖𝑠𝑖𝑎𝑛 (𝑊) (2.8)
dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 2.10Sebuah motor DC (Permana, 2015)
2.3.2 Kutub medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. (Permana, 2015)
2.3.3 Dinamo
Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo. (Permana, 2015)
2.3.4 Commutator
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur :
Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.(Permana, 2015)
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut :
Gaya elektromagnetik :
Torque :
Dimana :
E = gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
𝐸 = 𝐾ΦN (2.9)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torque electromagnetik Ia = arus dinamo
