BAB III PERANCANGAN DAN PERHITUNGAN

commit to user

16

Tidak

Ya

BAB III

PERANCANGAN DAN PERHITUNGAN

3.1 Diagram Alir Proses Perancangan

Proses perancangan sistem transmisi mesin pengaduk adonan kerupuk seperti terlihat pada Gambar 3.1 Perencanaan dan perhitungan. Diagram alir proses perancangannya adalah sebagai berikut:

Gambar 3.1 Diagram Perencanaan dan Perhitungan Gambar teknik

Kesimpulan Perhitungan poros

Perakitan Proses Pembuatan Perencanaan sabuk dan pulley

Analisa Dan Perbaikan

Beroperasi ? Perhitungan daya

Gambar Sketsa Mulai

Selesai Surve

commit to user

3.2 Prinsip Kerja Mesin Pengaduk Adonan Kerupuk

Mesin pengaduk adonan kerupuk merupakan mesin mixer pada umumnya.

Pada mesin pengaduk atau mixer mempunyai prinsip kerja seperti kedua tangan manusia yang mengaduk secara bersamaan.

Pada alat pengaduk ini peranan tangan manusia digantikan dengan poros yang mempunyai pisau pengaduk serta pisau pemotong untuk mencampur bahan-bahan adonan kerupuk dengan menggunakan tenaga motor listrik sebagai sumber penggeraknya melalui perantara sabuk-V. Saat poros berputar maka pisau pengaduk serta pisau pemotong mengikuti gerak putar dari poros sehingga keduanya berputar mengikuti putaran poros. Pisau pemotong dipasang miring dengan bagian tepinya dilancipkan bertujuan supaya bahan adonan kerupuk bisa terpotong dan sekaligus teraduk. Pisau pengaduk dipasang miring bertujuan agar bisa mendorong bahan-bahan adonan kerupuk secara terus-menerus, sehingga bahan-bahan adonan kerupuk yang dimasukkan dalam bak pengaduk akan terdorong oleh pisau pengaduk sehingga bahan-bahan dasar adonan kerupuk tercampur merata oleh tekanan pisau. Pada Gambar 3.2 Merupakan bentuk mesin pengaduk adonan kerupuk.

Gambar 3.2 Mesin Pengaduk Adonan Kerupuk

commit to user

Adapun fungsi dari komponen-komponen mesin pengaduk adonan kerupuk adalah sebagai berikut:

a. Rangka

Rangka merupakan komponen yang berfungsi untuk menyangga semua komponen mesin pengaduk adonan kerupuk. Rangka ini terbuat dari besi siku 50x50x3 mm, UNP 100x50 mm dan UNP 80x50 mm. Rangka dibuat dengan tinggi 1000 mm dan lebar 500x500 mm untuk memudahkan operator, karena tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu pendek.

b. Penutup transmisi

Penutup transmisi adalah komponen yang digunakan untuk menutup bagian transmisi mesin pengaduk adonan kerupuk agar pengguna mesin terhindar dari bahaya putaran transmisi.

c. Wadah adonan

Merupakan komponen yang berfungsi sebagai tempat bahan adonan kerupuk yang akan diaduk.

d. Pisau pemotong

Pisau digunakan untuk memotong bawang sebelum tepung tapioka dan air dimasukkan ke wadah adonan. Material pisau yang digunakan adalah stainless steel, supaya tidak mudah berkarat dan mencemari adonan. Pisau pemotong yang digunakan adalah hasil modifikasi yang terbuat dari plat besi stainless steel sebanyak 2 buah berbentuk persegi panjang dengan posisi pemasangan secara miring dengan sudut kemiringan 10 ̊ dan dipasang secara permanen pada ujung poros pengaduk.

e. Pengaduk

Pengaduk berfungsi mengaduk bahan adonan kerupuk hingga menjadi cair.

Pengaduk yang digunakan adalah hasil modifikasi yang terbuat dari plat besi stainless steel sebanyak 4 buah berbentuk persegi panjang yang dipasang secara miring dengan sudut kemiringan 45 ̊ dan dilas pada poros stainless steel berdiameter 22 mm. Poros pengaduk disambung dengan poros utama menggunakan penyambung baut.

commit to user f. Poros

Poros adalah komponen yang digunakan sebagai sumbu utama penggerak pisau dan pengaduk yang dihubungkan oleh sabuk–V pada pulley motor dan pulley poros.

g. Pulley

Pada mesin pengaduk adonan kerupuk terpasang dua pulley, masing-masing terpasang pada poros pengaduk dan motor listrik, yang dihubungkan dengan sabuk–V.

h. Bearing

Bearing/bantalan digunakan untuk menopang poros yang berputar.

i. Sabuk–V

Sabuk–V adalah komponen yang digunakan sebagai penghubung antara motor dengan poros pengaduk melalui media pulley.

j. Motor Listrik

Motor listrik berfungsi sebagai sumber penggerak sistem transmisi pada mesin pengaduk adonan kerupuk.

3.3 Menghitung Perbandingan Kapasitas Wadah Adonan dengan Adonan yang Direncanakan.

Sebuah pengujian dan dilakukan penimbangan adonan kerupuk yang ditempatkan dalam wadah silinder berdiameter 60 mm (0,06 m) dan tinggi 50 mm (0,05 m) didapat berat bersih adonan kerupuk sebesar 182,9X10^-3 kg. jadi, untuk mencari massa jenis adonan kerupuk adalah dengan persamaan:

ρ = ^𝑚

𝑉 Dimana:

ρ = Massa jenis adonan (kg/m³) m = Massa adonan (kg)

V = Volume wadah (m³)

commit to user

1.

Menghitung volume wadah adonan pengujian V = ^𝜋

4 . (𝑑)². t

= ^𝜋

4 . (0,06)². 0,05

= 1,4 x 10^-4 m³

Maka massa jenis adonan adalah:

2. Menghitung ρ adonan

ρ = ^𝑚

𝑉 = ^{182,9𝑥10ˉ³}

1,4𝑥10ˉ⁴

= 1306,43 kg/m³

3. Menghitung volume wadah adonan yang direncanakan Diketahui:

d = 0,31 m t = 0,4 m Vwadah adonan = ^𝜋

4 . (𝑑)². t

= ^𝜋

4 . (0,31)². 0,4

= 0,03 m³

4. Menghitung volume adonan yang direncanakan Diketahui: massa adonan yang direncanakan adalah 6 kg Vadonan = ^𝑚

𝜌

= ^{6 𝑘𝑔}

1306,43 kg/𝑚³

= 0,0046 m³

Jadi, Vwadah>Vadonan. Dengan hasil dari perhitungan menunjukkan bahwa volume adonan lebih kecil dari volume wadah pencampur. Berarti volume adonan dapat ditampung oleh wadah. Karena dalam pengadukan, wadah harus dapat menampung besarnya volume adonan tersebut.

commit to user

3.4 Kebutuhan Daya

Kebutuhan daya adalah besarnya daya yang diperlukan untuk memotong dan mengaduk/mencampur bahan adonan kerupuk. Berikut adalah perhitungan dari daya yang dibutuhkan:

1. Menghitung gaya yang bekerja pada pisau

Gaya pada pisau adalah gaya yang dibutuhkan untuk mengaduk adonan kerupuk. Untuk mengetahui besar gaya untuk mengaduk adonan kerupuk dilakukan dengan pengujian empiris/percobaan. Yaitu pengujian dengan menaruh adonan kerupuk dengan kapasitas 6 kg kedalam wadah adonan.

Kemudian pisau pengaduk dimasukkan kedalam adonan. Pulley yang dipasang pada poros pengaduk dililit dengan tali rafiah yang disambung dengan neraca pegas tujuannya adalah ketika neraca pegas ditarik, tali memutar pulley sehingga adonan yang ada didalam wadah teraduk oleh pisau pengaduk.

Besarnya massa tekan pada pisau diketahui pada besarnya angka pada neraca pegas, neraca pegas menarik tali yang dililitkan pada pulley sehingga pulley berputar, memutar pisau pengaduk mengakibatkan adonan teraduk. Dari hasil percobaan diperoleh data sebagai berikut:

Massa adonan kerupuk (m) : 6 Kg

Massa tekan pisau terhadap adonan (m) : 7,5 Kg (Hasil ukur dari neraca pegas)

Percepatan gravitasi (g) : 9,81 m/s²

Gambar 3.3. Skema pengujian menggunakan neraca pegas

F = mtekan . g = 7,5 . 9,81

commit to user = 73,58 N

Jadi, gaya yang bekerja pada pisau sebesar 73,58 N. Pada perhitungan ini tidak memperhitungan besarnya gaya pada setiap pisau yang mana berjumlah 6 pisau. Namun dengan melakukan percobaan sesuai dengan penjelasan diatas, mengasumsikan bahwa besarnya gaya yang bekerja pada pisau adalah gaya total yang dialami pengaduk ketika menekan/mengaduk adonan.

2. Menghitung torsi yang bekerja pada pisau Diketahui:

F = 73,58 N

r = 0,127 m (panjang jari-jari pulley) Tpisau = F . r

= 73,58 . 0,127 = 9,3 Nm

3. Mencari daya motor yang dibutuhkan Direncanakan:

- Putaran motor listrik (N1) : 1430 rpm - Putaran poros pengaduk (N2) : 350 rpm

- Diameter Pulley motor (D1) : 2,5 inchi = 63,5 mm = 0,0635 m a. Mencari diameter pulley pengaduk (D2)

D₂

=

^{N₁. 𝐷₁}

N₂

=1430 . 63,5 350

= 259,44 mm = 10,21 inchi

Pulley yang digunakan adalah pulley dengan diameter 10 inchi,karena menyesuaikan yang ada dipasaran.

b. Mencari daya motor yang direncanakan Diketahui:

Torsi pisau = 9,3 Nm N2 = 350 rpm P = Tpisau . ω

= T 𝑝𝑖𝑠𝑎𝑢.2.𝜋.𝑁₂

60

= 9,3 .2.𝜋. 350 60

commit to user

=

340,86 watt

=

0,46 HP (1 watt = 0,00134 HP)

Jadi dengan perhitungan diatas maka motor listrik yang digunakan 0,5 HP. Hal tersebut sudah sesuai dengan motor listrik yang tersedia di pasaran.

3.5 Perhitungan Transmisi

Sistem transmisi adalah sistem yang berfungsi meneruskan daya dari sumber daya ke mesin pemakai daya, sehingga mesin pemakai daya tersebut bekerja menurut kebutuhan yang diinginkan. Pada mesin pengaduk adonan kerupuk ini yang dimaksud dengan mesin pemakai daya adalah poros pengaduk. Mesin pengaduk adonan kerupuk ini menggunakan sistem transmisi sabuk dan pulley.

Mesin pengaduk adonan kerupuk ini memiliki 2 pulley. Dengan data perencanaan sebagai berikut:

a) Daya motor listrik = 0,5 HP

b) Putaran motor (n1) = 1430 rpm

c) Diameter puli penggerak (D1) = 2,5 inchi = 63,5 mm = 0,0635 m d) Diameter puli pengaduk (D2) = 10 inch = 254 mm = 0,254 m e) Jarak antar sumbu poros (x) = 500 mm

f) Bahan pulley = Besi cor

g) Jenis sabuk = Sabuk-V

h) 2β = 36

̊

1. Perhitungan putaran pada pengaduk

n₂

=

^{𝑛₁. D₁}

D₂

= 1430 . 63,5 254

= 357,5 rpm

commit to user 2. Perhitungan panjang sabuk (L)

L = 𝜋 (r₁ + 𝑟₂) + 2𝑥 +^{(𝑟₁−𝑟₂)2}

𝑥

= 𝜋 (31,75 + 127) + 2 . 500 +(31,75−127)² 500

= 498,7 + 1000 + 18,14

= 1516,84 mm

Jadi, standar sabuk yang dipakai adalah sabuk jenis “V“ tipe“A-60 inch“ dengan panjang sabuk 1516,14 mm.

3. Menentukan kecepatan sabuk

V

=

^{𝜋.𝐷₁.𝑛}

60

V

=

𝜋. 0,0635 .1430 60

V

=

4,75 m/s

4. Menghitung sudut kontak untuk sabuk terbuka Sin α = ^{𝑟₂ − 𝑟₁}

𝑥 Sin α = 127 − 31,75

500 Sin α = 0,19

α = 10,95

̊

θ = (180 ̊ ˗ 2α) ^𝜋

180

θ = (180 ̊ ˗ 2 . 10,95) ^𝜋

180

θ = 2,76 rad

5. Menghitung tarikan sisi kencang dan sisi kendor sabuk (T1 dan T2) Diketahui: Koefisien gesek (μ) = 0,3 (Tabel 2.5)

Sudut alur puli (β) = 18

̊

Sudut kontak sabuk (θ) = 2,76 rad

Daya motor listrik = 373 watt

2,3 log ^𝑇₁

𝑇₂ = ^𝜇.𝜃

sin 𝛽

commit to user 2,3 log ^𝑇₁

𝑇₂ = 0,3 . 2,76 sin 18 ̊

2,3 log ^𝑇₁

𝑇₂ = 2,68 log ^𝑇₁

𝑇₂ = ^2,68

2,3

log ^𝑇₁

𝑇₂ = 1,16 ^𝑇₁

𝑇₂ = anti log 1,16 ^𝑇₁

𝑇₂ = 14,45 T1 = 14,45 . T2

Maka,

P = (T1 – T2) . V

373 = (14,45 . T2 – T2) . 4,75 13,45 . T2 = 78,53

T2 = 5,84 N Maka,

T1 = 14,45 . T2

= 14,45 . 5,84

= 84,38 N

3.6 Perhitungan Poros

Poros ini digunakan untuk menggerakkan pisau pengaduk dan pemotong.

Spesifikasi perencanaan poros:

Bahan yang sering digunakan dalam pembuatan poros dan tersedia dipasaran adalah besi ST 37.

Diketahui:

Bahan poros = ST 37

Tegangan Tarik ijin (𝜎) = 370 N/mm²

Tegangan geser ijin (𝜏) = 185 N/mm²

Beban bending poros (T1 + T2) = 90,22 N

commit to user

1. Reaksi Pembebanan Pada Poros

Gambar 3.4 Reaksi pembebanan pada poros

a. Kesetimbangan luar

- ΣFx = 0 Rax = 0

- Σfy = 0 RAy + RBy – 90,22 = 0 RAy + RBy = 90,22 N - ΣMA = 0 – (F.100) – (RBy.50) = 0

– (90,22.100) – (RBy.50) = 0 – 9022 – 50.RBy = 0

– 50.RBy = 9022 RBy = ⁹⁰²²

−50

RBy = –180,44 N RAy + RBy = 90,22 N

RAy + (- 180,44)= 90,22 N

RAy = 90,22 + 180,44 RAy = 270,66 N

commit to user

b. Persamaan kesetimbangan gaya dalam potongan x – x

Gambar 3.5 Reaksi gaya dalam potongan x-x

Potongan kiri (C A)

Nx = 0 ... (1) Vx = – 90,22 ... (2) Mx = – 90,22.x ... (3)

c. Persamaan kesetimbangan gaya dalam potongan y – y

Gambar 3.6 Reaksi gaya dalam potongan y-y

commit to user Potongan kiri ( A B )

Nx = 0 ... (1) Vx = – 90,22 + 270,66 = 180,44 ... (2) Mx = – 90,22.x + RAy (x – 100) ... (3) d. Persamaan kesetimbangan gaya dalam potongan z – z

Gambar 3.7. Reaksi gaya dalam potongan z-z

Potongan kiri (B D)

Nx = 0 ... (1) Vx = – 90,22 + 270,66 + 180,44 = 360,88 ... (2) Mx = – 90,22.x + RAy (x – 100) + RBy(x – 150)... (3)

commit to user e. Nilai gaya dalam

Potongan Posisi Titik

Gaya Dalam Gaya

Normal Gaya Geser Momen Lentur X - X

(C - A)

x = 0 C NC= 0 N VC = – 90,22N MC = 0 Nmm x = 100 A NA = 0 N VA = – 90,22N MA = – 9022 Nmm Y – Y

(A - B)

x = 100 A NA = 0 N VA = 180,44 N MA = – 9022 Nmm x = 600 B NB = 0 N VB = 180,44 N MB = 0 Nmm Y – Y

(B - D)

x = 100 B NB = 0 N VB = 360,88 N MB = 0 Nmm x = 600 D ND = 0 N VD = 360,88 N MD = 0 Nmm

f. Diagram

Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.8

Gambar 3.8 Diagram NFD, SFD dan BMD

commit to user

Gambar 3.8 Diagram NFD, SFD dan BMD (Sambungan)

commit to user

2. Mencari diameter poros

Diketahui:

- Momen maksimum = 9022 Nmm

- Tegangan Tarik ijin (𝜎) = 370 N/mm² - Tegangan geser ijin ( 𝜏 ) = 185 N/mm²

- Torsi poros = 9960 Nmm

- Perhitungan torsi:

T = ^{60 . P}

2 . π . N₂

= ^{60 . 373}

2 . 𝜋 . 357,5

= 9,96 Nm

= 9960 Nmm

a. Mencari diameter poros dengan menggunakan torsi equivalen - Menghitung torsi equivalen

𝑇𝑒 = √𝑀²+ 𝑇²

= √9022² + 9960² = 13438,68 Nmm - Menghitung diameter poros

𝑑 = √16. 𝑇𝑒 𝜋 . 𝜏

3

𝑑 = √16.13438,68 𝜋 . 185

3

d = 7,18 mm

Dari perhitungan didapatkan poros dengan ukuran diameter 7,18 mm. Namun pada mesin, poros yang digunakan untuk adalah diameter 30 mm sehingga dinyatakan Aman.

commit to user b. Mencari diameter baut

Diketahui: F = 73,58 N 𝜎 = 370 N/mm²

𝜏 = 185 N/mm²

F = 𝜏.2A = 𝜏.2.(¼.𝜋.d²) = 𝜏.(½.2𝜋.2d²) 73,58 N = 185 N/mm².(2𝜋.d²) d = √2𝜋 .185 N/mm² ^{73,58 N}

d = 0,25 mm

Dari perhitungan didapatkan baut dengan ukuran diameter 0,25 mm.

Namun pada mesin, baut yang digunakan untuk menyambung poros adalah diameter 12 mm (M 12) sehingga dinyatakan Aman.

Bagian kritis pada baut