BAB 4
HASIL YANG DICAPAI DAN POTENSI KHUSUS
4.1. Desain Mesin
4.1.1. Tahap Klarifikasi Tujuan
Pada Tahap ini diberikan penjelasan tujuan atas pertimbangan yang dilakukan dalam proses perancangan serta tuntutan yang diminta oleh calon pemakai yang didapatkan melalui kuisioner. Untuk lebih jelasnya, tujuan perancangan ini dapat diterangkan dalam pohon tujuan atau objective tree di bawah ini.
Dalam buku prisnsip-prinsip perancangan produk yang ditulis oleh Joseph Edward Shigley menerangkan bahwa pada level tertinggi dari pohon tujuan diberikan nilai 1,0 dan pada setiap level yang lebih rendah diberikan bobot relatif satu sama lain dengan jumlah total 1,0. Bobot sesungguhnya kemudian dihitung sebagai fraksi dari bobot tujuan level di atasnya. Dengan cara ini maka akan lebih mudah untuk membandingkan subtujuan-subtujuan dalam kelompok kecil.
4.1.2 Penetapan Spesifikasi
Setelah tujuan perancangan dibuat, maka agar mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering ini memiliki spesifikasi yang sesuai dengan tujuan, maka dibuatlah tabel Wishes (keinginan) and Demands (permintaan) untuk mendapatkan spesifikasi mesin yang baik. Tabel 4.1 menjabarkan tentang persayaratan yang ingin dimiliki oleh mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering berdasarkan tuntutan perencanaan yang ditetapkan termasuk nilai kebutuhannya.
Tabel 4.1 Tabel Wishes and Demands untuk Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering
No. Tuntutan
Perencanaan Persyaratan
Tingkat Kebutuhan
1. Energi a. Menggunakan tenaga motor
b. Dapat diganti dengan penggerak lain
D W 2. Kinematika a. Mekanismenya mudah beroperasi
b. Menggunakan transmisi untuk mendapatkan keuntungan mekanis
D D 3. Material a. Mudah didapat dan murah harganya
b. Baik mutunya
c. Sesuai dengan standar umum d. Memiliki umur pakai yang panjang e. Mempunyai sifat mekanis yang baik
D W D D D 4. Dimensi a. Panjang area kerja ± 50 cm
b. Lebar ± 50 cm c. Tinggi ± 130 cm
d. Dimensi dapat diperbesar / diperkecil
D D D W 5. Ergonomi a. Sesuai dengan kebutuhan
b. Mudah dipindahkan
D D
Keterangan :
1. Keharusan (Demands) disingkat D, yaitu syarat mutlak yang harus dimiliki mesin bila tidak terpenuhi maka mesin tidak diterima.
2. Keinginan (Wishes) disingkat W, yaitu syarat yang masih bisa dipertimbangkan keberadaanya agar jika memungkinkan dapat dimiliki oleh mesin yang dimaksud.
c. Tidak bising
d. Mudah dioperasikan
D D 6. Sinyal a. Petunjuk pengoperasian mudah
dimengerti dalam bahas Indonesia b. Petunjuk pengoperasian mudah
dipahami
D D 7. Keselamatan a. Konstruksi harus kokoh
b. Bagian yang berbahaya ditutup c. Tidak menimbulkan polusi
D D W 8. Produksi a. Dapat diproduksi bengkel kecil
b. Suku cadang murah dan mudah didapat c. Biaya produksi relatif murah
d. Dapat dikembangkan lagi
D D W W 9. Perawatan a. Biaya perawatan murah
b. Perawatan mudah dilakukan c. Perawatan secara berkala
D D W 10. Transportasi a. Mudah dipindahkan
b. Perlu alat khusus untuk memindah
D D
4.1.3 Morphological Chart
Berdasarkan spesifikasi yang ditentukan, maka dibuat morphological chart atau peta morfologi untuk memberikan pilihan atas komponen yang dapat digunakan dalam pembuatan mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering.
Tabel 4.2 Morphological Chart Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering
NO Sub Komponen Varian Yang Mungkin
1 2
1 Profil Rangka Mesin
Profil Siku + Profil
UNP Profil Siku + Profil UNP
2 Rangka
3 Penggerak
Motor Listrik Motor Bensin
4 Sistem Transmisi
5 Blower
6
Rol Pengupas
7 Hopper
8 Outlet Biji Kopi
9 Outlet Kulit Biji Kopi
Berdasarkan peta morfologi yang dibuat, maka dipilih dua varian mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering. Kedua varian tersebut mempunyai keuntungan dan kerugiannya masing-masing. Tabel 4.3 dan tabel 4.4 menunjukkan kelebihan dan kekurangan dari masing-masing varian
Tabel 4.3 Kelebihan dan Kelemahan Varian 1
No Sub Komponen Varian 1
Keuntungan Kerugian
1 Profil rangka mesin (Siku) Harganya lebih murah, mudah didapatkan, pengerjaan mudah
Kekuatannya tidak sekuat UNP
2 Penggerak (Elektro Motor)
Ukurannya ringkas, tidak kotor karena tidak menggunakan bahan bakar cair dan tidak memerlukan pelumasan
Kesalahan pemasangan dapat merusak elektro motor
3 Sistem Transmisi (Puli dan Van Belt)
Van Belt murah dan mudah dalam penggunaan, tidak memerlukan
sistem pelumas, tidak berisik
Mudah slip
4 Blower (Blower Keong) Harganya lebih murah, bentuknya ringkas Daya tiupnya tidak sekuat blower sentrifugal 5 Hopper (Limas segi empat)
Daya tampungnya lebih banyak, Mudah dibuat
Tabel 4.4 Kelebihan dan Kelemahan Varian 2
No Sub Komponen varian 2
Keuntungan Kerugian
1 Profil rangka mesin (UNP)
Rangka dari UNP lebih
kuat dibandingkan siku Harga material lebih mahal
2 Penggerak (Motor Bensin)
Tudak memerlukan input listrik sehingga dapat digunakan di daerah tanpa listrik
Memerlukan perawatan yang lebih detail dibandingkan motor listrik
3 Sistem Transmisi (Rantai) Tidak mudah slip Memerlukan sistem pelumasan dan bising
5 Hopper Penampilan lebih menarik dibanding limas
segi empat Lebih sulit dipabrikasi
Setelah menilai hasil dari dua varian yang dibandingkan, maka varian yang digunakan adalah varian 1 (satu).
4.1.4 Tahap Penetapan Fungsi
Tahap ini adalah tahapan dimana proses pekerjaan dijabarkan. Proses ini terbagi atas Input atau masukkan, Black Box, dan Output atau keluaran. Proses Input adalah proses persiapan untuk pembuatan mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering yang terdiri atas perhitungan untuk komponen yang akan digunakan, pembuatan gambar kerja, persiapan modal, pembelian bahan, penyediaan peralatan dan mesin kerja, pengaturan tenaga kerja, dan penjadwalan kerja. Black Box menjelaskan tentang pekerjaan yang dilakukan dalam pembuatan mesin dari pembuatan rangka, pembuatan bodi mesin, pembuatan poros dan rol pengupas, pemasangan sistem transmisi untuk fungsi pengupasan, pembuatan hopper, pembuatan outlet, pembuatan saringan pemisah, pembuatan poros pemisah, pembuatan roller untuk sistem pemisah, pembuatan saringan, pemasangan transmisi untuk sistem pemisahan, pemasangan blower, perakitan mesin menjadi satu kesatuan, dan pengujian mesin. Proses terakhir adalah Output atau hasil keluaran dari proses Input dan Black Box, yaitu Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering. Secara sederhana proses yang terjadi dalam tahap penetapan fungsi digambarkan pada gambar 4.3 dan secara detail dijabarkan pada gambar 4.4.
Gambar 4.3 Alur kegiatan dalam proses penetapan fungsi
Gambar 4.4 Kegiatan yang dilakukan pada proses Input, Black Box dan Output INPUT BLACK BOX OUTPUT 1. Perhitungan komponen mesin yang akan digunakan 2. Detail Drawing 3. Modal 4. Bahan 5. Tenaga Kerja 6. Peralatan Kerja 7. Mesin 8. Jadwal produksi 1. Pembuatan Rangka Mesin 2. Pembuatan Bodi Mesin 3. Pembuatan Poros dan Rol Pengupas 4. Pemasangan transmisi sistem pengupas 5. Pembuatan Hopper 6. Pembuatan Outlet 7. Pembuatan saringan pemisah, 8. Pembuatan poros pemisah 9. Pembuatan roller untuk sistem pemisah 10. Pembuatan saringan 11. Pemasangan transmisi untuk sistem pemisahan 12. Pemasangan blower 13. Perakitan mesin 14. Pengujian Mesin
Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering
4.2. Evaluasi Desain
Evaluasi desain adalah tahap dimana dilakukan pengecekan terakhir atas perencanaan dan perancangan yang telah dilakukan sebelum pembuatan gambar kerja, yang nantinya menjadi pedoman kerja pembuatan mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering.
4.3. Teknik Perancangan Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering Dalam teknik perancangan dilakukan perhitungan atas komponen-komponen mesin yang akan digunakan dalam pembuatan mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering. Perhitungan itu antara lain meliputi perhitungan untuk Hopper, Rangka, Poros, Bantalan, Pasak, Sistem transmisi, Motor penggerak, dan Blower. Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 4.6.
Gambar 4.5 Komponen-komponen mesin yang akan dihitung dalam perancangan mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering
4.3.1. Hopper
Hopper dan outlet kulit kopi beserta outlet biji kopi mesin pengupas kulit biji kopi ini terbuat dari stainless steel dengan ketebalan 1,2 mm. Hopper yang mempunyai bentuk seperti corong ini berguna untuk menampung kopi sebelum dilakukan proses pengupasan. Sedangkan outlet berfungsi untuk saluran keluar biji kopi dan kulit kopi setelah selesai proses pengupasan.
Dalam konstruksi penyambungan di sambung dengan las dengan tujuan agar hopper ini kuat dan mudah dalam pengerjaannya, sedangkan pada outlet pengerjaannya dilakukan dengan penekukan plat. Dalam konstruksi penyatuannya dengan rangka disambung menggunakan mur. Pemilihan sambungan mur ini bertujuan agar mudah untuk dibongkar pasang.
Gambar 4.6 Hopper tampak samping dan tampak depan a) Volume hopper
Hopper berbentuk limas segiempat yang terpotong dibagian tengahnya dan ada penambahan volume yang berbentuk limas segiempat, rumus volume limas adalah 0,3 P x L x T sedangkan rumus volume prisma siku-siku adalah P x L x T. berikut dimensi limas berserta perhitungan volume limas.
Gambar 4.7 Limas dan prisma siku-siku pada hopper tampak depan Vhopper = ( Vlimas1 – Vlimas2 ) + Vprisma siku-siku
= {(0,3.P.L.T) –(0,3.P.L.T)} + (P.L.T)
= {(0,3.300 mm.205 mm.286mm) – (0,3.188 mm.90mm.136 mm) + (300 mm.205mm.100mm)
= 5276700 mm3 - 690336 mm3 +6150000 mm3 = 10736364 mm3
b) Gaya yang diterima oleh hopper
Gaya-gaya yang diterima oleh hopper akibat tekanan dari biji kopi dapat dilihat pada gambar berikut.
4.3.2. Rangka Utama
Sistem rangka mesin adalah sebuah struktur yang menjadi bentuk dasar yang menopang dan membentuk mesin. Sistem rangka pada mesin pengupas kulit biji kopi terbentuk dari susunan batang rangka yang disambungkan dengan sambungan pengelasan. Pengelasan adalah menyambungkan dua bagian logam dengan cara memanaskan sampai suhu leburnya, baik menggunakan bahan tambah maupun tidak menggunakan bahan tambah. Pengelasan yang dilakukan menggunakan bahan tambah dan jenis sambungan pengelasan tipe pengelasan sudut.
Pengelasan tipe sudut dipilih karena pengelasan tipe sudut dirasa mudah untuk dilakukan dan mempunyai kekuatan yang cukup baik untuk menopang sambungan antar bagian dalam rangka mesin. Selain faktor kemudahan dalam pelaksanaannya pengelasan tipe sudut dipilih karena juga memiliki nilai estetika yang dirasakan cukup baik.
a) Rangka pada mesin pengupas
Beban yang diterima rangka mesin pengupas kulit biji kopi terdiri dari beban-beban berat komponen-komponen dari mesin pengupas kulit biji kopi. Beban-beban-beban tersebut antara lain adalah beban dari hopper (±3.5 kg), motor listrik (±5 kg), puli dan belt(±2,5 kg), poros dan rol pengupas (±5kg), bantalan (±1kg), oulet kulit dan biji kopi (±4 kg), dan beban maksimal dari kopi (30 kg). Bahan batang rangka yang digunakan pada mesin pengupas kulit kopi ini terdiri dari bahan rangka yang berupa mild steel profil siku 40 mm x 40 mm x 4 mm dan profil U 40 mm x 50 mm x 4 mm.
Gambar 4.9 Rangka utama tampak depan
Gambar 4.10 Gaya-gaya pada rangka utama Moment Lentur pada A dan C , untuk searah jarum jam ( + )
∑C = 0 RA.400 mm – 13.5 kg . 200 mm = 0 400 RA mm – 2700 kg.mm = 0 RA = 6,75 kg RA + RC = RB 6,75 kg + RC = 13,5 kg RC = 13,5 kg - 6,75 kg = 6,75 kg
Bending moment pada rangka pengupas
∑ Fy = 0
- 6,75 kg – V1 = 0
∑M1 = 0 (6,75 kg) (0) + M1 = 0 M1 = 0 ∑ Fy = 0 -6,75 kg – V2 = 0 V2 = - 6,75 kg ∑M2 = 0 -(6,75 kg) (200) + M2 = 0 M2 = 1350 kg.mm ∑ Fy = 0 -6,75 kg + 13.5 kg– V3 = 0 V3 = 6,75 kg ∑M3 = 0 -(6,75 kg) (200) - (13,5 kg) (0)+ M3 = 0 M3 = 1350 kg.mm ∑ Fy = 0 -6,75 kg +13,5 kg – V4 = 0 V4 = 6,75 kg ∑M4 = 0 -(6,75kg) ( 200 mm) + (13,5 kg)(200 mm) + M4 = 0 - 1350 kg.mm + 1350 kg.mm + M4 = 0 M4 = 0
Gambar 4.11 Shear Diagram dan Bending Diagram pada rangka pengupas b) Rangka pada mesin pemisah
Beban yang diterima rangka mesin pemisah kulit dengan biji kopi terdiri dari beban-beban berat komponen-komponen dari mesin pemisah kulit dengan biji kopi. Beban-beban tersebut antara lain adalah beban dari tabung pemisah (±10 kg), poros pada roda tabung (±0,5 kg), bearing (±0,2 kg), roda tabung (±0,5kg). Bahan batang rangka yang digunakan pada mesin pemisah kulit dengan kopi ini terdiri dari bahan rangka yang berupa mild steel profil U 40 mm x 50 mm x 4 mm.
Gambar 4.13 Gaya-gaya pada rangka utama Moment Lentur pada A dan C , untuk searah jarum jam ( + )
∑C = 0 RA.376 mm – 3,1 kg . 0 mm = 0 376 RA mm – 0 kg.mm = 0 RA = 0 kg RA + RC = RB 70 kg + RC = 3,1 kg RC = 3,1 kg
Bending moment pada rangka pemisah
∑ Fy = 0 -3,1 kg – V1 = 0 V1 = -3,1 kg ∑M1 = 0 (3,1 kg) (0) + M1 = 0 M1 = 0 ∑ Fy = 0 -3,1 kg – V2 = 0 V2 = -3,1 kg ∑M2 = 0 -(3,1 kg) (0) + M2 = 0 M1 = 0
4.3.3. Poros
Gambar 4.14 Diagram alir perhitungan poros dengan beban puntir dan lentur START
1. Daya putaran yang ditransmisikan P (kW) Putaran poros n1 (rpm) 2. Faktor Koreksi fc 3. Daya rencana Pd (kW) 4. Momen rencana T (kg.mm) 5. Keadaan Beban (digambarkan)
6. perhitungan beban horizontal Perhitungan beban vertikal
7 Gambar bidang momen lentur
8. momen lentur gabungan MR(kg.mm)
9. bahan poros Perlakuan panas Kekuatan tarik Faktor keamanan
10. tegangan lentur yang diizinkan
11. Faktor koreksi lenturan Faktor koreksi puntiran
12. Diameter Poros
STOP
END
a
4.3.3.1 Perhitungan Poros
Poros Pengupas
1) Daya elektro motor (P) = 0,375 kW atau 0,5 hp Putaran poros (nporos) = 900 rpm
2) Faktor koreksi yang digunakan (fc) = 1 (berdasarkan tabel koreksi daya yang ditransmisikan V-Belt – Gambar 2.12)
3) Daya rencana Pd = fc x P = 1 x 0,375
= 0,375 kW
4) Torsi yang dialami poros
T = 9,74 x 10 5 (0,375 kW) / 900 rpm T = 405,83 kg mm
5) Beban yang dialami poros pengupas
Gambar 4.15 Beban pada poros pengupas
Gambar 4.16 Gaya pada poros pengupas
Beban puli yang dipasangkan pada poros. Puli Aluminium tipe A-1 belt dengan besar 5 inch (127 mm) beratnya adalah 0,4 kg (Hasil ditimbang setelah dibubut)
Beban karena gaya tarik V-belt ( F1 – F2) = FN = 2T / D FN = 2T / D
T = Torsi = 405, 83 kg mm D = Diameter Puli = 127 mm
FN = 2 (403, 83 kg mm) / 127 mm = 6, 39 kg
Beban rol pengupas
Rol pengupas terbuat dari material Pipa 2,5”sch40, baja kotak 10 x 10 mm, dan plat 10 mm.
Berat Pipa 2,5” sch 40 x 205 mm, dari Gambar 2.15 Tabel Detail Pipa sch 40 o 2,5” sch 40 adalah 54,72 kg/6m , sehingga untuk panjang 205 mm,
maka beratnya adalah:
o Berat baja kotak 10 x 10 x 205 mm = 0,16 kg x 9 pc = 1,4 kg o Plat diameter 70 x 10 mm = 0,3 kg x 2 pc = 0,6 kg
Total Berat = 1, 87 kg + 1,4 kg + 0,6 kg = 3,87 kg
Gambar 4.17 Gaya yang bekerja pada poros pengupas 6) Momen dan Gaya yang bekerja pada poros pengupas
Gambar 4.18 Gaya yang bekerja pada poros dan jaraknya ∑ MB = 0 (putaran lawan arah jarum jam)
6,39 kg (355.25 mm) – RAY (295 mm) + 3,87 kg (147,5 mm) = 0 RAY = 9,63 kg mm
6,39 kg (60,25 mm) + RBY (295 mm) – 3,87 kg (147,5 mm) = 0 RBY = 0,63 kg mm
Gambar 4.19 Gaya vertikal yang bekerja pada poros pengupas
MA = 6,39 x 60,25 = 384.99 kg mm MA + MB = 1420.425 kg mm
MB = 1420.425 – 384.99 kg mm = 1035.435 kg mm Momen lentur gabungan =√( ) ( )
= √ = 1.104,66 kg mm
Gambar 4.21 Bending Momen poros pengupas 7) Bahan poros ST 41
Bahan poros menggunakan ST 41 dengan kekuatan tarik (
σB
) = 41 kg/mm2. Besarnya tegangan yang diijinkan (T
a) dapat dihitung dengan:Ta = σ
Sf 1 = 5,6 untuk bahan S-F dan 6,0 untuk bahan S-C
Sf 2 = pengaruh alur pasak (1,3 ~ 3,0)
Ta =
Ta
=
3,42 kg/mm2Dalam perencanaan sebuah poros harus diperhatikan tentang pengaruh-pengaruh yang akan dihadapi oleh poros tersebut. Adapun pengaruh tersebut diantaranya adalah faktor pemakaian dan faktor keamanan. Nilai Kt = 1,6 dan nilai Km = 2,0 didapat dari gambar 2.11 Stress concentration factor
Perhitungan D1 dan D3 dengan Kt = 1,6 (penggunaan profile keyseat) D1 , 3 = [ √( ) ( ) D1 ,3 = [ √( ) ( ) D1 ,3 = 15,09 mm 8) Defleksi puntiran Ө = 584
G (modulus geser baja = 8,3 103 kg/mm2) Ө = 584
Ө = 0,22° , nilai baik < 0,25°
9) Spesifikasi nilai-nilai pada poros
Gambar 4.22 Diameter yang akan ditentukan untuk poros pengupas
Tabel 4.5 Spesifikasi Diameter Poros pengupas
Pasangan Simbol
Diameter Minimum
Diameter yang ditetapkan
Bantalan dan Puli D1 15,09 mm 25 mm
Dudukan Rol Pengupas D2 15,09 mm 30 mm
Poros Pemisah
1) Daya elektro motor (P) = 0,375 kW atau 0,5 hp 2) Putaran poros (nporos) = 900 rpm
3) Faktor koreksi yang digunakan (fc) = 1 3. Daya rencana = 0,375 kW
4. Torsi yang dialami poros T = 405,83 kg mm 5. Beban yang dialami poros pengupas
Gambar 4.23 Beban yang bekerja pada rol pemisah
Beban puli yang dipasangkan pada poros. Puli Aluminium tipe A-1 belt dengan besar 5 inch (127 mm) beratnya adalah 0,4 kg
Beban karena gaya tarik V-belt ( F1 – F2) = FN = 2T / D = 6, 39 kg (sama dengan poros pengupas)
Beban rol pemisah
Rol pemisah berfungi untuk memutar roller yang menopang saringan pemisah. Beban saringan pemisah adalah 8 kg (ditimbang)
6. Momen dan Gaya yang bekerja pada poros pengupas
Gambar 4.25 Beban yang bekerja pada poros dan jaraknya ∑ MB = 0 (putaran searah jarum jam)
- 6,39 kg (58.25 mm + 249,4 mm) + RAY (249,4 mm) + 8 kg (78,15 mm) = 0 RAY = 5,38 kg mm ∑ MA = 0 - 6,39 kg (58,25 mm) + RBY (249,4 mm) + 8 kg (249,4 mm + 78,15 mm) = 0 RBY = 9,01 kg mm 8 kg
Gambar 4.26 Gaya vertikal yang bekerja pada poros pemisah
Gambar 4.27 Shear Diagram Bidang Vertikal poros pemisah MA = 6,39 kg x 58,25 mm = 372,21 kg mm
MB = 5,38 kg x 249,4 mm = 1341,77 kg mm MC = 9,01 kg x 78,15 mm = 704,13 kg mm
Momen lentur gabungan =√( ) ( ) ( ) = √
= 1.560,35 kg mm
7. Bahan poros ST 41, Ta
=
3,42 kg/mm2 Perhitungan D1 dan D3 dengan Kt = 1,6 (penggunaan profile keyseat) D1 , 3 = [ √( ) ( )
D1 ,3 = [ √( ) ( ) D1 ,3 = 16,98 mm
8. Defleksi puntiran Ө = 584
G (modulus geser baja = 8,3 103 kg/mm2) Ө = 584
Ө = 0,14° , nilai baik < 0,25° 9. Spesifikasi nilai-nilai pada poros
Gambar 4.29 Diameter yang akan ditentukan untuk poros pemisah
Tabel 4.6 Spesifikasi Diameter Poros pemisah
Pasangan Simbol Diameter Minimum Diameter yang ditetapkan Puli D1 16,98 mm 18 mm Bantalan D2 16,98 mm 20 mm Roller D3 16,98 mm 16 m
4.3.3.2 Analisa tegangan pada poros menggunakan software Solidworks
Analisa tegangan pada poros menggunakan software Solidworks dimaksudkan sebagai pembanding hasil perhitungan poros yang telah dilakukan apakah sudah benar.
o Analisa pada poros pengupas
Gambar 4.30 Tampilan poros yang dirangkai dengan bearing pada software Solidworks
Untuk menganalisa menggunakan software Solidworks, maka langkah pertama adalah mendesain poros yang akan dianalisa, kemudian memberikan gaya dan momen yang bekerja pada poros tersebut. Poros yang didesain atau digambar adalah poros dengan dimensi yang sama dengan dimensi poros yang didapat dari hasil perhitungan. Perlu diingat agar dapat menganalisa menggunakan software Solidworks, maka diperlukan Add-Ins. Solidworks Simulation, yaitu aplikasi tambahan yang berfungsi menganalisa gaya dan tegangan yang bekerja.
Gambar 4.31 Pemberian gaya dan momen puntir pada poros pengupas
Gambar 4.31 dan gambar 4.32 menerangkan gaya dan momen puntir yang diberikan kepada poros yang ingin diuji. Gaya yang diberikan sesuai dengan analisa gaya pada proses perhitungan saat akan menentukan diameter poros, yaitu gaya 1 adalah gaya yang dialami karena tarikan sabuk pada puli sebesar 6,39 kgf (kilogram force), gaya 2 adalah beban rol pengupas yang dipasang pada poros sebesar 3,87 kgf, dan momen lentur yang dibebankan pada bagian poros dimana puli terpasang adalah sebesar 40,583 kgf.cm (405,83 kgf mm).
Gambar 4.33 Hasil analisa tegangan yang terjadi pada poros pengupas
Hasil analisa tegangan Von Misses pada desain poros pengupas menunjukkan bahwa tegangan terbesar yang dialami poros adalah sebesar 28,5 kgf/cm2. Dalam Solidworks perbedaan tegangan yang dialami pada poros ditunjukan oleh warna yang bebeda-beda, dimana warna biru tua adalah area yang mengalami tegangan terendah (0– 4,8 kgf/cm2), warna biru muda menunjukkan tegangan yang sedikit lebih banyak dari
area biru tua (diatas 4,8 kgf/cm2 s/d 9,5 kgf/cm2), warna hijau menandakan area yang mengalami tegangan antara 9,5 kgf/cm2 s/d 19,0 kgf/cm2, warna kuning menunjukkan area yang mengalami tegangan yang cukup besar (antara 19,0 kgf/cm2 s/d dibawah 23,8 kgf/cm2), area pada warna orange menunjukkan tegangan yang terjadi antara 23,8 kgf/cm2 s/d 26,2 kgf/cm2), dan warna merah menunjukkan area yang mengalami tegangan terbesar yang nilainya antara 26,2 kgf/cm2 hingga maksimum 28,5 kgf/cm2). Hasil analisa Von Misses pada poros menunjukkan bahwa poros didominasi warna biru tua, namun pada area tempat puli terpasang mengalami tegangan yang lebih besar, ditandai dengan warna biru muda bercampur hijau. Tegangan yang cukup besar yang ditandai warna kuning hanya terjadi pada bagian poros yang bersinggungan dengan bantalan pada daerah yang terpasang puli.
Pembacaan hasil analisa deformasi yang dialami poros juga berdasarkan pewarnaan area, dimana warna biru tua menunjukkan deformasi yang terjadi pada poros antara 1,000e-30 mm (1 mm/ 10 30) s/d 2,371e-004mm, warna biru muda menunjukkan angka 2,371e-004mm s/d 4,742e-004mm, warna hijau menunjukkan angka 4,742e-004mm s/d 9,483e-004mm , warna kuning menunjukkan angka antara 9,483e-004mm s/d dibawah 1,185e-003mm, warna orange menunjukkan angka antara 1,185e-003mm s/d 1,304e-003mm, dan warna merah menunjukkan angka deformasi tertinggi yaitu antara 1,304e-003mm s/d 1,423e-003mm. Dari hasil ini terlihat deformasi terbesar adalah sebesar 1,423e-003mm atau 0,001423 mm.
Gambar 4.35 Hasil analisa regangan pada poros pengupas
Hasil analisa regangan pada Solidworks ditandai oleh perbedaan warna pada poros dengan pembacaan besar regangan dalam skala ESTRN (Equivalent Strain). Regangan terbesar yang terjadi pada poros akibat gaya yang diberikan adalah 9,256e-006
dan yang terkecil adalah 2,747e-010. Area pada warna biru tua menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 2,747e-010 s/d 1,543e-006, warna biru muda menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 1,543e-006 s/d 3,085e-006, warna hijau menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 3,085e-006 s/d 6,171e-006, warna kuning menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 6,171e-006 s/d 7,713e-006, warna orange menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 7,713e-006 s/d 8,484e-006, dan warna merah menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 8,484e-006 s/d 9,256e-006. Area yang mengalami regangan terbesar adalah pada lubang pasak di dekat bantalan.
Dari hasil analisa yang dilakukan oleh software Solidworks terhadap desain poros yang ukurannya didapat dari perhitungan, terlihat bahwa pada hasil analisa deformasi terdapat area merah yang menandakan area tersebut mengalami deformasi sebesar 0,001423 mm atau angka yang sangat kecil.
Pada hasil analisa regangan terlihat bahwa nilai regangan terbesar adalah 9,256e -006 atau 0,0000925, sehingga bila panjang poros adalah 410 mm, maka regangan yang terjadi adalah:
Regangan = ΔL/ Lo atau ΔL = Regangan . Lo ΔL = 0,0000925 (410 mm) = 0,037925 mm
Nilai panjang hasil regangan ini termasuk kecil, sehingga desain poros masih aman untuk digunakan.
Pada hasil analisa tegangan didapat nilai tegangan maksimal adalah 28,5 kgf/cm2 dan berdasarkan material yang digunakan yaitu baja ST 41 atau secara lengkapnya DIN 17135 A ST 41 yang memiliki nilai kekuatan luluh (yield strength) sebesar 255 Mpa (2600,28 kgf/cm2), maka kekuatan luluh bahan jauh lebih besar daripada tegangan maksimal yang diberikan pada poros.
o Analisa pada poros pemisah
Gambar 4.36 Pemberian gaya dan momen puntir pada poros pemisah
Gambar 4.36 dan gambar 4.37 menerangkan gaya dan momen puntir yang diberikan kepada poros pemisah. Gaya 1 adalah gaya yang dialami karena tarikan sabuk pada puli sebesar 6,39 kgf (kilogram force), gaya 2 adalah beban rol pemisah sebesar 8 kgf, dan momen lentur yang dibebankan pada bagian poros dimana puli terpasang adalah sebesar 40,583 kgf.cm (405,83 kgf mm).
Gambar 4.38 Hasil analisa tegangan pada poros pemisah
Hasil analisa tegangan Von Misses pada desain poros pemisah menunjukkan bahwa tegangan terbesar yang dialami poros adalah sebesar 84,6 kgf/cm2. Hasil pengukuran tegangan pada skala von Mises menunjukkan warna biru tua pada skala tegangan antara 0,0 kgf/cm 2 s/d 14,1 kgf/cm 2 , warna biru muda menunjukkan tegangan antara 14,1 kgf/cm2 s/d 21,1 kgf/cm2, warna hijau menandakan area yang mengalami tegangan antara 28,2 kgf/cm2 s/d 56,4 kgf/cm2, warna kuning menunjukkan tegangan antara 56,4 kgf/cm2 s/d 63,4 kgf/cm2, area pada warna orange menunjukkan
tegangan yang terjadi antara 63,4 kgf/cm2 s/d 77,5 kgf/cm2, dan warna merah menunjukkan area yang mengalami tegangan terbesar yang nilainya antara 77,5 kgf/cm2 hingga maksimum 84,6 kgf/cm2. Hasil analisa Von Misses pada poros menunjukkan bahwa poros didominasi warna biru tua, namun pada area dimana poros bertrap (antara poros berdiameter 20 mm ke diameter 18 mm atau yang dekat tempat puli terpasang, tegangan yang dialami poros cukup besar (ditandai warna hijau kuning dan terdapat garis merah).
Gambar 4.39 Hasil analisa deformasi pada poros pemisah
Sementara hasil analisa deformasi yang dialami poros pemisah ditandai oleh warna biru tua yang menunjukkan deformasi yang terjadi pada poros antara 1,000e-30 mm s/d dibawah 1,925-003mm, warna biru muda menunjukkan angka diatas 1,925e-003mm s/d 2,567e-003mm, warna hijau menunjukkan angka 2,567e-003mm s/d 5,133e -003mm , warna kuning menunjukkan angka antara 5,133e -003mm s/d dibawah 5,775e-003mm,
warna orange menunjukkan angka antara 5,775e-003mm s/d 6,416e-003mm, dan warna merah menunjukkan angka deformasi tertinggi yaitu antara di atas 6,416e-003mm s/d 7,700e-003mm. Dari hasil ini terlihat deformasi terbesar adalah sebesar 7,700e-003mm atau 0,007700 mm.
Gambar 4.40 Hasil analisa regangan pada poros pemisah
Hasil analisa regangan pada poros pemisah adalah yang terbesar 3,053-005 dan yang terkecil adalah 8,032e-010. Area pada warna biru tua menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 8,032e-010 s/d 5,089e-006, warna biru muda menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 5,089e-006 s/d di bawah 1,018e-005, warna hijau menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 1,018e-005 s/d 2,035e-005, warna kuning menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 2,290e-005 s/d di bawah 2,544e-005, warna orange menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 2,544e-005 s/d 2,799e-005, dan warna merah menunjukkan besar regangan yang terjadi antara 2,799e-005 s/d
3,053e-005. Area yang mengalami regangan terbesar adalah pada trap atau pertemuan antara diameter poros 18 mm dengan diameter poros 20 mm atau area berwarna merah.
Hasil analisa menunjukkan bahwa deformasi tertinggi yang terjadi pada poros pemisah adalah sebesar 0,007058 mm atau angka yang sangat kecil.
Pada hasil analisa regangan terlihat bahwa nilai regangan terbesar adalah 3,053e -005 atau 0,00003053, sehingga bila panjang poros adalah 403 mm, maka regangan yang terjadi adalah:
Regangan = ΔL/ Lo atau ΔL = Regangan . Lo ΔL = 0,00003053 (403mm) = 0,01230 mm
Nilai panjang hasil regangan ini termasuk kecil, sehingga desain poros masih aman untuk digunakan.
Pada hasil analisa tegangan didapat nilai tegangan maksimal adalah 84,6 kgf/cm2 dan berdasarkan nilai kekuatan luluh material yang digunakan yaitu baja ST 41 yang memiliki nilai kekuatan luluh sebesar 255 Mpa (2600,28 kgf/cm2), maka tegangan yang dialami poros masih aman.
4.3.4. Pasak
Gambar 4.41 Diagram alir untuk merencanakan pasak dan alur pasak 2. Pasak : lebar b x tinggi h
Kedalaman alur pasak poros t1 Kedalaman alur pasak naf t2
3. bahan pasak.
Kekuatan tarik σ (kg/mm2) Faktor keamanan sfk
4. Tekanan permukaan pasak yang diijinkan pkm(kg/mm2)
Tegangan geser pasak yang diijinkan τka (kg/mm2)
5. Panjang pasak, dari tegangan geser yang diijinkan l1I (mm)
Panjang pasak, dari tekanan permukaan yang diijinkan l2 (mm)
STOP END START
1. Gaya tangensial
6. harga terbesar dari antara l1 dan
l2 L (mm) a 7. panjang pasak Lk (mm) 8. b/ds : 0,25 -0,35 Lk/ds : 0,75-1,5 9. Ukuran pasak b x h Panjang pasak lk Bahan pasak b a b
Berdasarkan tabel pada gambar 2.12, pasangan pasak untuk poros pengupas (25 mm) dan poros pemisah (18 mm) tidak ada yang persis, karena pasak yang dipilih adalah pasak segi empat (bujur sangkar) maka secara sederhana untuk mengitung lebar dan tinggi pasaknya adalah sebagai berikut:
Lebar pasak (w) = d/4 dan Tinggi pasak (t) = d/4, Sehingga: - Untuk poros pengupas, w = t = 25/4 = 6,25 mm
- Untuk poros pemisah w = t = 18/4 = 4,5 mm
a) Gaya tangensial pada permukaan poros pemisah (F) Didapatkan dari perhitungan poros, untuk:
T = 405,83 kg.mm
ds = 25 mm (diameter minimum poros pada puli) F = = = 32,47 kg
Pada poros pemisah, didapat nilai F = 45,09 kg
b) Bahan pasak yang akan digunakan adalah ST41 maka Tegangan geser yang diijinkan, sehingga untuk pasak pada poros pengupas
τ = = ( )( ) ( ) = 0,83 kg/mm2
Untuk pasak pada poros pemisah didapat nilai τ = 2,22 kg/mm2 c) Tegangan geser max (τd)
Pada poros pengupas τd = ( ) = ( ( )) = 0,139 kg/mm2 Pada poros pemisah didapat nilai τd = 0,371 kg/mm2
d) Panjang pasak (L) Untuk poros pengupas
L = = ( ) ( ) ( ) = 37,3 mm Untuk poros pemisah didapat nilai L = 27 mm
Tabel 4.7 Ukuran Pasak yang digunakan
Keterangan Poros Nilai Minimum Nilai yang digunakan
Pengupas Lebar pasak 6,25 mm 8 mm
Tinggi pasak 6,25 mm 8 mm
Panjang pasak 37,3 mm 40 mm
Pemisah Lebar pasak 4,5 mm 6 mm
Tinggi pasak 4,5 mm 6 mm
4.3.5. Bantalan
Gambar 4.42 Diagram alir perhitungan bearing
Pembebanan yang terjadi pada bearing poros pengupas kulit buah kopi kering adalah beban pada saat poros pengupas kopi berputar menggiling kopi. Putaran poros pengupas adalah 900 rpm. Bearing 1 sama dengan bearing 2 yaitu d = 25 mm. Panjang jarak antara kedua bearing adalah 500 mm.
Nomor bearing yang sementara dipilih adalah UCP205, dengan diameter dalam bearing (d) adalah 25 mm. Dengan membaca tabel untuk diameter poros 25 mm maka dapat dipilih jenis bantalan dengan nomor UCP205D1 dengan basic static load rating (Cor) 15,4 kN = 1570,36 kg dan basic dynamic load rating (Cr) 25,7 kN 2620,67 kg= , L1= umur L10 pada beban C= 1.000.000 putaran.
START
Putaran motor, diameter bantalan Beban yang diterima oleh bearing
Jenis bearing Umur nominal bearing
SELESAI Lh < 30000 Lh > 30000
Untuk merencanakan umur pemakaian bantalan berikut proses dalam perencanaan sebuah bantalan:
a) Umur rancangan bantalan (Ld)
Ld = Umur rancangan untuk peralatan pertanian (L10) x putaran poros x 60 menit/jam
Ld = 5000 jam x 900 rpm x 60 menit/jam Ld = 2,7 x 108 putaran
b) Tingkat beban dinamis dasar (C)
Bantalan A C = ( ) C = ( ) C = putaran C = 14,33 kg Bantalan B C = ( ) C = ( ) C = kg x putaran C = 91,78 kg c) Umur bantalan (L10) Bantalan A Umur bantalan L10 = = ( ) = L2 = Ld = L1 ( )
= 1 .106( ) = 6,1 x 1012 putaran t [menit] = t [menit] = t [menit] = = 1,1 x 108 jam Bantalan B Umur bantalan L10 = = ( ) = L2 = Ld = L1 ( ) = 1 .106( ) = 2,3 x 1010 putaran t [menit] = t [menit] = t [menit] = = 4,3x 105 jam
4.3.6. Sistem Transmisi
Mesin pengupas kulit biji kopi ini memiliki sistem transmisi yang terdiri dari beberapa komponen yaitu puli, sabuk-V, poros dan motor listrik. Sistem transmisi yang akan memperlambat kecepatan motor listrik dari 1500 rpm menjadi 900 rpm. Mekanisme yang bekerja pada sistem transmisi ini berawal dari motor listrik ditransmisikan ke puli 1 dengan diameter 3” yang kemudian dengan menggunakan van-belt akan di transmisikan lagi ke puli 2 dengan diameter 5” dan selanjutnya akan di distribusikan ke poros pengupas yang akan berputar untuk mengelupas kulit kopi didalam hopper.
Gambar 4.43 Sistem Transmisi pada Mesin Pengupas Kulit Buah Kopi Kering
Keterangan:
1. Bearing 5. Puli pada Rol Pengupas
2. Rol Pengupas 6. Poros
3. Penutup Rol Pengupas 7. Van Belt
4.3.7. Van-Belt
Gambar 4.44 Diagram alir Perhitungan Van-belt
Dengan melihat diagram alir tersebut maka dapat menghitung dan menetukan jenis van-belt yang akan dipakai. Pada pemilihan van-belt sendiri dapat mempertimbangkan beberapa hal antara lain : van-belt akan digunakan untuk menurunkan putaran dari putaran motor listrik sebesar 1500 rpm menjadi 900 rpm. Dengan variasi beban sedang dan diperkirakan waktu kerja mesin berkisar 12 jam dalam sehari maka faktor koreksi yang diperoleh adalah 1. Puli yang digunakan masing-masing berdiameter 3 inch dan 5 inch dengan jarak antara pusat poros sebesar 600 mm.
Dari spesifikasi mesin pengupas kulit biji kopi yang memiliki kecepatan motor 1500 rpm dan daya motor 0,5 Hp, maka jenis van-belt yang akan dipakai berdasarkan data grafik adalah jenis 3VX.
Maka :
1) Rasio Kecepatan (Rratio) = 1500 / 900 = 1,67 rpm 2) Jarak antar pusat Puli
D2 < C < 3 (D2 + D1) = 5 inch < C < 3 (3inch + 5 inch)
= 5 inch < C < 24 inch
Maka, C = 23 inch = 609,6 mm (untuk menjaga jarak) 3) Panjang Keliling Belt yang diperlukan
L = 2 (C ) + 1.57 ( D2 + D1 ) + ( ) L = 2 (23) + 1.57 (5 + 3) + ( ) ( ) = 46 + 12,56 + 0,14
= 58,7 in = 1490,98 mm 4) Panjang belt adalah 59 in maka
B = 4L- 6.28(D2 + D1) = 4.59 – 6.28 (5 + 3) = 236 – 50,24 = 185,76 in = 4718,3 mm C = √ ( ) = √ ( – ) = √ = 15,22 in = 386,59 mm
5) Sudut bungkus belt pada puli kecil θ = 1800 – 2 sin-1 [ ] = 180 0 – 2 sin-1 [ ] = 1800 – 2 sin-1 [ ] = 180 0 – 2 sin-1 0,0657 = 1800 – 7,53 = 172,470
6) Untuk θ = 172,47 0 untuk jenis 3VX, didapat dari tabel maka nilai Cθ = 0.98, CL = 0,97, L = 59 in
7) Dimensi Puli adalah 3 in dan 5 in 8) Jumlah sabuk yang dibutuhkan adalah
Daya terkoreksi CθCLP = (0,98)(0,97)(0,5 hp)
= 47,53 hp
Jumlah sabuk yang dibutuhkan = daya layanan x daya motor / daya koreksi = 1,4 x 0,5 / 47,53 = 0,01 sabuk (1sabuk)
9) Spesifikasi pemilihan sabuk
Daya motor : 0,5 hp pada 1500 rpm Faktor layanan : 1,4 ( beroperasi 12 jam/hari) Daya rancangan : 0,7 hp
Sabuk : 3V, panjang 59 in , 1 sabuk (A.no 54) Puli :
o Penggerak : diameter puli 3 in, 2 alur, 3VX o Yang digerakan : diameter puli 5 in, 1 alur, 3VX Jarak sumbu poros : 600 mm
4.3.8. Motor
Berdasarkan perhitungan daya yang bekerja pada mesin pengupas kulit biji kopi maka motor listrik yang digunakan dalam mesin pengupas kulit biji kopi adalan motor listrik yang memiliki daya 0,5 Hp.
Spesifikasi motor listrik yang digunakan adalah : Daya : 0,5 Hp (375 Watt) , 1 Phase (220 V) Speed (r/menit) : 1500 rpm
Berat : 5 kg
4.3.9. Kapasitas Mesin
Mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering ini mempunyai hopper dengan volume 10736364 mm3. Untuk biji kopi rata-rata mempunyai diameter 9 mm. Mesin diharapkan mampu mengupas dan memisahkan kulit buah kopi kering sebanyak 20-30 kg per jam.
Volume bola = = = ( )( ) = 523,33 mm3
