BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR

(1)

commit to user 12

BAB III

PERENCANAAN DAN GAMBAR

3.1 Skema Dan Prinsip Kerja Alat

Prinsip kerja mesin penepung singkong ini adalah sumber tenaga motor listrik di transmisikan ke disk mill dan poros ayakan melalui pulley dan v-belt. Sehingga pisau disk mill bergerak untuk menghancurkan singkong (gaplek) yang secara otomatis turun langsung ke ayakan, lalu ayakan bergerak naik turun akibat putaran dari poros yang terdapat noken. Sketsa mesin penepung dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Sketsa mesin penepung Keterangan:

1. Disk mill 8. Pulley poros ayakan

2. Ayakan 9. Hooper

3. Pulley Disk mill 10. V-belt motor ke ayakan

4. Rangka 11. Bearing UCP

5. Pulley Poros Ayakan 12. Saringan mess 60

(2)

commit to user 3.2 Pengertian Alat

Mesin penepung singkong ini dirancang untuk membuat tepung dari singkong yang sudah dikeringkan dengan menggunakan pisau yang berputar. Mesin penepung ini merupakan mesin modifikasi dari mesin penepung yang sudah ada.

Diharapkan mesin pembuat tepung singkong yang akan dibuat dapat membantu dalam proses produksi pembuatan tepung singkong agar lebih efisien.

3.3 Diagram Alir Proses Perancangan Konstruksi

Proses perancangan konstruksi mesin penepung singkong ini terlihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Perencanaan alur pengerjaan

Proses perakitan Perbaikan

Evaluasi

Perhitungan kekuatan rangka dan sambungan las

Proses pembuatan

Perencanaan dan pemilihan material rangka Survei alat yang sudah ada dipasaran

Membuat gambar sketsa rangka

Selesai Mulai

(3)

commit to user 3.4 Perencanaan Konstruksi

Dalam pembuatan mesin penepung singkong, rangka merupakan bagian yang penting untuk menopang semua komponen. Oleh karena itu, rangka harus didesain sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil konstruksi yang kuat dan aman. Konstruksi rangka ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Konstruksi rangka 3.4.1 Perencanaan rangka bagian atas

Perhitungan perencanaan rangka bagian atas adalah sebagai berikut:

Data-data yang diketahui antara lain:

- Massa 1 buah disk mill = 12,8 kg - Massa 1 buah pulley = 0,4 kg Massa total = massa disk mill + massa pulley

= 12,8 kg + 0,4 kg

= 13,2 kg

(Karena pembebanan terjadi di 2 bidang besi maka massa total dibagi 2) Beban (F) = massa total . gaya gravitasi

= 6,6 kg . 10 m/s²

= 66 N

(4)

commit to user

Konstruksi rangka bagian atas ditunjukkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Konstruksi rangka bagian atas 1. Analisa pada batang A-C

Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Gaya yang bekerja pada batang A-C

 ∑FX = 0

 ∑FY = 0

RAY + RCY - 66 N = 0 RAY + RCY = 66 N

 ∑MA = 0

- 66 N . 150 mm + RCY . 650 mm = 0

RCY . 650 mm = 66 N . 150 mm RCY . 650 mm = 9900 Nmm RCY =

RCY = 15,23 N

(5)

commit to user

 RAY + RCY = 66 N RAY + 15,23 N = 66 N RAY = 66 N - 15,23 N RAY = 50,77 N

 ∑MA = 0

 ∑MB = RAY . 150 mm

= 50,77 N . 150 mm

= 7615,5 Nmm

 ∑MC = RAY . 650 mm - 66 N . 500 mm

= 50,77 N . 650 mm - 66 N . 500 mm

= 33000,5 Nmm - 33000

= 0

 Diagram:

Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.6.

NFD

A B C

SFD

50,77 N

15,23 N A B C

BMD

7615,5 Nmm

A B C Gambar 3.6 NFD, SFD dan BMD

(6)

commit to user 2. Tegangan pada rangka

Rangka yang ingin dipakai berupa besi profil L St 37 dengan dimensi 40 mm x 40mm x 4mm. Tipe bentuk pengelasan ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Tipe bentuk pengelasan.

a. Momen inersia ( I ) = 22939,2 mm⁴ b. Jarak titik berat ( y ) = 8,52 mm

c. Momen maksimum (Mmax) = 7615,5 Nmm d. Faktor keamanan (Sf):

karena beban statis maka faktor keamanan = 2 (Vidosic, 1957) e.Tegangan tarik maksimum bahan ( max bahan) = 370 N/mm² f. Tegangan tarik ijin ( _ijin

)

diketahui

: -

max bahan= 370 N/mm²

^{- S}f= 2

- ketetapan = 0,36 (Khurmi & Gupta, 2001) Maka Tegangan tarik ijin ( _ijin

)

=

0,36 x 370 N/mm²

= 133,2 N/mm²

= ^,

= 66,6 N/mm²

g. Tegangan tarik pada rangka ( tarik rangka)

= ^.

= ^{, ,}

,

= 2,82 N/mm²

(7)

commit to user

Perhitungan di atas dilakukan untuk menentukan kekuatan bahan.

Dari hasil perhitungan didapatkan tarik rangka < _ijin, maka pemilihan rangka dengan bahan profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk menahan beban.

3.4.2 Perencanaan rangka bagian bawah (dudukan motor)

Perhitungan gaya yang bekerja pada rangka bagian bawah (dudukan motor) adalah sebagai berikut:

Data-data yang diketahui yaitu:

- Massa 1 buah motor listrik = 20 kg - Massa 1 buah pulley = 0,2 kg Massa total = massa motor listrik + massa pulley

= 20 kg + 0,2 kg

= 20,2 kg

(Karena pembebanan terjadi di 4 bidang besi maka massa total dibagi 4) Beban (F) = massa total . gaya gravitasi

= 5,05 kg . 10 m/s²

= 50,5 N

Rangka bagian bawah dapat dilihat pada Gambar 3.8

Gambar 3.8 Rangka bagian bawah

(8)

commit to user 1. Analisa pada batang F-H

Gaya yang bekerja pada batang F-H ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Gaya yang bekerja pada batang F-H

 ∑FX = 0

 ∑FY = 0

RFY + RHY - 50,5 N = 0

RFY + RHY = 50,5 N

 ∑MF = 0

-50,5 N . 200 mm + RHY . 400 mm = 0

RHY . 400 mm = 50,5 N . 200 mm RHY . 400 mm = 10100 Nmm RHY =

RHY = 25,25 N

 RFY + RHY = 50,5 N RFY + 25,25 N = 50,5 N

RFY = 50,5 N - 25,25 N RFY = 25,25 N

 ∑MF = 0

 ∑MG = RFY . 200 mm

= 25,25 N . 200 mm

= 5050 Nmm

 ∑MH = RFY . 400 mm - 50,5 N . 200 mm = 25,25 N . 400 mm - 50,5 N . 200 mm = 10100 Nmm - 10100 Nmm

= 0

(9)

commit to user

 Diagram:

NFD

F G H

SFD 25,25 N

25,25 N

F G H BMD

5050 Nmm

F G H Gambar 3.10 NFD, SFD dan BMD gaya vertikal 2. Tegangan pada rangka

Rangka yang ingin dipakai berupa besi profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm. Tipe bentuk pengelasan ditunjukkan pada Gambar 3.11.

(10)

commit to user a. Momen inersia ( I ) = 22939,2 mm⁴ b. Jarak titik berat ( y ) = 8,52 mm

c. Momen maksimum (Mmax) = 5050 Nmm d. Faktor keamanan (Sf)

karena beban statis maka faktor keamanan = 2 (Vidosic, 1957) e.Tegangan tarik maksimum bahan ( max bahan) = 370 N/mm²

f. Tegangan tarik ijin ( _ijin

)

diketahui

: -

^{- S}f= 2

)

=

0,36 x 370 N/mm²

= 133,2 N/mm²(karena Sf = 2)

= ^,

= 66,6 N/mm²

= ^.

= ^,

,

= 1,87 N/mm²

Karena tarik rangka < ijin maka pemilihan rangka dengan bahan profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk menahan beban.

3.4.3 Perencanaan rangka bagian bawah (dudukan ayakan)

Perhitungan gaya yang bekerja pada rangka bagian bawah (dudukan ayakan) adalah sebagai berikut. Data-data yang diketahui yaitu:

Massa 4 buah bearing = 2 kg

Massa 2 buah poros = 1,6 kg + 1,4 kg = 3 kg Massa 1 buah ayakan = 10,2 kg

(11)

commit to user Massa 1 buah pulley = 1,2 kg

Massa total 1 = massa 1 buah poros + massa 2 buah bearing + setengah massa ayakan

= 1,4 kg + 1 kg + 5,1 kg = 7,5 kg

Massa total 2 = massa 1 buah poros + massa 2 buah bearing + setengah massa ayakan + massa pulley

= 1,6 kg + 1 kg + 5,1 kg + 1,2 kg = 8,9 kg

(karena masing-masing pembebanan terjadi di 2 bidang besi maka masing-masing massa total dibagi 2)

Beban (F1) = (1 2 . 7,5 kg) . gaya gravitasi

= 3,75 kg . 10 m/s²

= 37,5 N

Beban (F2) = (1 2 . 8,9 kg) . gaya gravitasi

= 4,45 kg . 10 m/s²

= 44,5 N

Dimensi rangka pada dudukan ayakan ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Dimensi rangka pada dudukan ayakan 1. Analisa gaya batang M - N

Gaya yang bekerja pada batang M-N ditunjukkan pada Gambar 3.13.

(12)

commit to user

37,5 N 44,5 N

110 mm 430mm 110 mm RMX

M O P N 650 mm

RMY RNY

Gambar 3.13 Gaya yang bekerja pada batang M - N

 ∑FX= 0

 ∑FY= 0

RMY + RNY - 37,5 N - 44,5 N = 0 RMY + RNY = 37,5 N + 44,5 N = 82 N

 ∑MM = 0

- 37,5 N . 110 mm - 44,5 N . 540 mm + RNY . 650 mm = 0 RNY . 650 mm = 37,5 N . 110 mm + 44,5 N . 540 mm RNY . 650 mm = 4125 Nmm + 24030 Nmm

RNY =

RNY = 43,31 N

 RMY + RNY = 82 N RMY + 43,31 N = 82 N RMY = 82 N - 43,31 N RMY = 38,69 N

 ∑MM = 0

 ∑MO = RMY . 110 mm

= 38,69 N . 110 mm

= 4255,9 Nmm

(13)

commit to user

 ∑MP = RMY . 540 mm - 37,5 N . 430 mm

= 38,69 N . 540 mm - 37,5 N . 430 mm

= 20892,6 Nmm - 16125 Nmm

= 4767,6 Nmm

 ∑MN = RMY . 650 mm - 37,5 N . 540 mm - 44,5 N . 110 mm

= 38,69 N . 650 mm - 20250 Nmm - 4895 Nmm

= 25148,5 Nmm - 20250 Nmm - 4895 Nmm

= 0

 Diagram:

NFD

M O P N

SFD 38,69 N

1,19 N

43,31 N

M O P N BMD

4767,6 Nmm 4255,9 Nmm

M O P N

Gambar 3.14 NFD, SFD dan BMD

(14)

commit to user 2. Tegangan pada rangka

Rangka yang ingin dipakai berupa besi profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm. Tipe bentuk pengelasan ditunjukkan pada Gambar 3.15.

a. Momen inersia ( I ) = 22939,2 mm⁴ b. Jarak titik berat ( y ) = 8,52 mm

c. Momen maksimum (Mmax) = 4767,6 Nmm d. Faktor keamanan (Sf)

karena beban statis maka faktor keamanan = 2 (Vidosic, 1957) e.Tegangan tarik maksimum bahan ( max bahan) = 370 N/mm² f. Tegangan tarik ijin ( _ijin

)

diketahui

: -

^{- S}f= 2

)

=

0,36 x 370 N/mm²

= 133,2 N/mm²(karena Sf = 2) = ^,

= 66,6 N/mm²

= ^.

= ^{, ,}

,

= 1,77 N/mm²

(15)

commit to user

Karena tarik rangka < ijin maka pemilihan rangka dengan bahan profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk menahan beban.

3.5 Perencanaan pengelasan

Penggabungan konstruksi rangka mesin penepung singkong ini dilakukan dengan proses pengelasan. Perhitungan berdasarkan tipe pengelasan ditunjukkan pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Tipe las butt joint (single V-butt joint)

Dari data hasil perhitungan diatas diambil beban terberat untuk dilakukan perhitungan yaitu 200 N.

Diketahui :

Beban motor listrik (P) = 20 Kg . 10 m/s = 200 N Panjang plat = 400 mm

Tebal plat = 4 mm Panjang las = 40 N

Tegangan (σt) = 70 Mpa (Purna Irawan, 2009)

(16)

commit to user

a. Menghitung gaya tarik maksimum single V pada butt joint Ft = t . l .

σ

_t

Ft = 4 mm . 40 mm . 70 Mpa Ft= 11200 N

Dari perhitungan las diatas menunjukkan berat P < Ft maka las tersebut aman.

3.6 Simulasi analisa kekuatan rangka menggunakan software solidwork 1. Faktor keamanan (Factor of safety/FOS/SF)

Factor of safety merupakan acuan utama yang digunakan dalam

menentukan kualitas suatu produk. Acuannya, jika nilai FOS minimal kurang dari 1, maka produk tersebut kualitasnya jelek, tidak aman untuk diproduksi. Sebaliknya jika nilai FOS lebih dari 1 maka produk tersebut berkualitas baik. Warna merah pada hasil safety faktor menginformasikan bahwa area tersebut dinyatakan aman. Pada rangka meja ini, berdasarkan nilai FOS sebesar 24,415. Factor of safety ditunjukkan pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17 Factor of safety

(17)

commit to user 2. Von mises

Metode Von mises memiliki keakuratan lebih besar dibanding metode lain, karena melibatkan tegangan tiga dimensi. Von mises merupakan kriteria kegagalan untuk meterial ulet. Untuk menentukan kriteria dari material tersebut dinyatakan aman atau tidak, maka dapat menggunakan hasil analisis von mises ini. Jika tegangan von mises lebih kecil dari yield strength material yang digunakan maka kekuatan struktur tersebut aman. Nilai tegangan von mises sebesar 25,411 N/mm². Von mises rangka ditunjukkan pada Gambar 3.18.

Gambar 3.18 Von mises rangka

3. Perubahan bentuk (Displacement)

Displacement adalah perubahan bentuk pada benda yang dikenai gaya.

Jika beban semakin besar maka displacement yang akan dihasilkan akan semakin besar, jika beban semakin kecil maka displacement yang dihasilkan juga kecil. Nilai tegangan Displacement sebesar 0,004431 mm.

Displacement rangka ditunjukkan pada Gambar 3.19.

(18)

commit to user

Gambar 3.19 Displacement rangka