DISAIN MESIN PENGANGKUT SAMPAH PADA SUNGAI

(1)

PROSIDING 20 12© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

DISAIN MESIN PENGANGKUT SAMPAH PADA SUNGAI

Ahmad Yusra Aminy

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245

e-mail: [email protected]

Abstrak

Perkembangan teknologi yang semakin berkembang pesat dewasa ini telah mampu menyentuh seluruh aspek kehidupan masyarakat, dari perkotaan sampai pedesaan. Berbagai program telah diterapkan oleh pemerintah Indonesia untuk membawah masyarakat kekondisi tersebut, salah satunya mendorong pengembangan teknologi tepat guna di berbagai bidang, seperti pengadaan sarana dan prasarana untuk kepentingan masyarakat dan demi terciptanya lingkungan yang bersih. Sampah adalah suatu bahan yang terbuang atau dibuang dari sumber aktivitas manusia maupun proses alam. Sampah merupakan masalah disemua negara di dunia, sampah ada yang mudah terurai ada juga yang sulit terurai sehingga berpotensi menimbulkan pencemaran tanah dan air, yang tentunya akan bermasalah dengan kesehatan lingkungan di sekitarnya dalam jangka waktu yang panjang. Namun yang menjadi masalah besar disini yaitu sungai sebagai urat nadi lingkungan yang harusnya dipelihara dengan baik, kadang dijadikan tempat sampah bersama oleh masyarakat yang bermukim disekitar sungai. Hal tersebut dapat menimbulkan polemik banjir, dan berbagai penyakit sehingga perlu perhatian seriu suntuk membersihkannya. Berdasarkan hal tersebut diatas maka kami tertarik untuk merancang bangun sebuah mesin pengangkut sampah pada sungai untuk membantu pemerintah dalam hal penanganan sampah pada sungai yang menimbulkan polemik banjir tiap tahun. Mesin Pengangkut Sampah pada sungai merupakan alat yang bekerja mengangkut sampah yang terapung pada permukaan sungai kemudian memindahkannya kebak sampah yang telah disediakan. Alat ini dipasang pada pintu air dan menggunakan bucket conveyer sebagai pengangkut sampah yang terapung pada permukaan sungai yang dilengkapi belt conveyer sebagai pembawah sampah ketempat yang telah disediakan. Sebelum melakukan rancang bangun mesin, terlebih dahulu membuat desain alat mesin dan mengolah data-data pendukung dari pada rancang bangun yang akan dilakukan.

Kata kunci: alat pembersih,sampah sungai,bucket conveyor

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi yang semakin berkembang pesat dewasa ini telah mampu menyentuh seluruh aspek kehidupan masyarakat, dari perkotaan sampai pedesaan. Berbagai program telah diterapkan oleh pemerintah Indonesia untuk membawa masyarakat ke kondisi tersebut, salah satunya mendorong pengembangan teknologi tepat guna di berbagai bidang, seperti pengadaan sarana dan prasarana untuk kepentingan masyarakat dan demi terciptanya lingkungan yang bersih.

Sampah adalah suatu bahan yang terbuang atau dibuang dari sumber aktivitas manusia maupun proses alam. Sampah merupakan masalah disemua negara di dunia, sampah ada yang mudah terurai ada juga yang sulit terurai sehingga berpotensi menimbulkan pencemaran tanah dan air, yang tentunya akan bermasalah dengan kesehatan lingkungan di sekitarnya. Namun yang menjadi masalah besar di sini yaitu sungai sebagai urat nadi lingkungan yang harusnya dipelihara dengan baik, kadang dijadikan tempat sampah bersama oleh masyarakat yang bermukim disekitar suangai. Hal tersebut dapat menimbulkan polemik banjir dan berbagai penyakit, sehingga perlu perhatian serius untuk membersihkannya.

Sampah yang dibuang di sungai dapat mengakibatkan pendangkalan sehingga akan berpotensi menyumbat aliran sungai, akibatnya aliran sungai akan terhambat, jika datang hujan sungai tersebut akan meluap dan menyebabkan banjir. Sekarang ini sudah terbukti, dihampir semua kota besar di Indonesia akan tampak aneh jika dimusim hujan tidak terjadi banjir.

(2)

Desain Mesin Pengangkut Sampah… Ahmad Yusran Aminy

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Berdasarkan hal tersebut, maka kami tertarik untuk membuat sebuah mesin yang dapat membantu mengatasi masalah pemerintah dalam hal penanganan sampah pada sungai, yaitu dengan mendesain mesin pengangkut sampah yang dapat ditempel pada perahu dan mudah untuk dioperasikan. Oleh karena dana penelitian yang disiapkan dalam penelitian ini terbatas maka desain mesin pengangkut sampah ini didesain dalam kapasitas angkut yang kecil.

Prinsip Kerja Alat

Mesin pengankut sampah pada sungai menggunakan bucket conveyor sebagai pengangkut sampah yang mengapung di atas permukaan sungai. Sampah yang terangkut diangkat ke atas dan dibuang ke conveyor yang posisinya melintang di bawah posisi bucket conveyor, selanjutnya conveyer membawa sampah pada wadah penampung di tepi sungai.

Belt Conveyor

Belt Conveyor pada dasarnya mernpakan peralatan yang cukup sederhana. Alat tersebut terdiri dari sabuk yang

tahan terhadap pengangkutan benda padat. Sabuk yang digunakan pada Belt conveyor ini dapat dibuat dari berbagai jenis bahan misalnya dari karet, plastik, kulit ataupun logam yang tergantung dari jenis dan sifat bahan yang akan diangkut. Untuk mengangkut bahan -bahan yang panas, sabuk yang digunakan terbuat dari logam yang tahan terhadap panas. (Thayab, Awaluddin. 2004)

Daya yang dibutuhkan untuk memutar belt conveyor 𝑁 = 𝐹𝑐 (𝐿+𝑡𝑓)(𝑄+3.6 ×𝑞𝑏𝑒𝑙𝑡×𝑣𝑏)

367

Dimana;

Fc = Faktor gesekan L = jarak lintasan (m)

tf = konstanta gesekan yang dinyatakan dalam meter Q = kapasitas (ton/jam)

qbelt = massa persatuan panjang akibat belt conveyor (kg/m)

vb = kecepatan belt (m/s)

Poros

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam dalam transmisi itu dipegang oleh poros. Poros digunakan untuk meneruskan daya. Dalam perencanaan alat pembersih sungai poros yang akan digunakan adalah jenis spindle. Poros transmisi yang relative pendek, seperti poros utama mesin perkakas, di mana beben utamanya adalah puntiran, di sebut spindle. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti (Sularso, 1991).

Poros Dengan Beban Puntir

Jika poros yang akan direncanakan tidak mendapat beban lain kecuali torsi, maka diameter poros tersebut dapat lebih kecil dari pada yang dibayangkan. Meskipun demikian, jika diperkirakan akan terjadi beban berupa lenturan, takikan atau tekanan, maka dengan adanya pembebanan tersebut perlu diperhitungkan dalam faktor keamanan yang diambil.

Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah fc,maka daya rencana Pd sebagai patokan (Sularso, 1991).

Pd = ƒc P (kW)

Jika momen puntir (momen rencana) adalah T (kg.mm) (Sularso, 1991) maka: 𝑃𝑑= (𝑇 1000⁄ )(2𝜋𝑛1⁄20) 102 (kW) Sehingga: 𝑇 = 9,74 𝑥 105 𝑃𝑑 𝑛1 (kg.cm)

(3)

PROSIDING 20 12© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Bila momen rencana T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros ds (mm) maka tegangan geser τ (kg/mm2_{) yang terjadi (Sularso, 1991) adalah:}

𝜏 = 𝑇 (𝜋𝑑𝑠3/16)=

5,1𝑇

𝑑𝑠3 (kg/mm 2₎

Selanjutnya perlu ditinjau jika poros tersebut diberi alur pasak atau dibuat bertangga, Karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekerasan permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukkan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga sebesar 1,3-3,0 (Sularso, 1991).

Dari hal-hal diatas maka besarnya τa dapat dihitung dengan 𝜏𝑎= 𝜎𝐵 / (𝑆ƒ1 𝑥 𝑆ƒ2) (kg/mm2)

Dari persamaan diatas diperoleh rumus untuk menghitung diameter poros ds (Sularso, 1991) sebagai berikut: 𝑑𝑠= [

5,1

𝜏𝑎𝐾, 𝐶, 𝑇]

1/3_(mm)

Poros Dengan Beban Lentur Murni

Sebagai contoh gandar dari kereta tambang dan kereta rel tidak dibebani dengan puntiran melainkan mendapat pembebanan lentur saja. Jika beban pada satu gandar didapatkan sebagai ½ dari berat kendaraan dengan muatan maksimum dikurangi berat gandar dan roda

σa ≥ 𝑀₁ 𝑍 = 𝑀₁ (𝜋 32)𝑑𝑠 3 = 10,2 𝑀₁ 𝑑_𝑠3 (𝑘𝑔/𝑚𝑚 2₎ 𝑑𝑠= [ 10,2 𝜎𝑎 𝑀1] 1/3 (mm)

Rumus perencanaan gandar diberikan dalam JIS E4501. M1 = (j – g) W/4 (kg.mm) M2 = αv M1 (kg.mm) P = αL W (Kg) Qo = P (h/j) (Kg) Ro = P (h + r)/g (Kg) M3 = Pr + Q0 (a + l) – R0 [(a + l) – (j – g)/2] Dari hal-hal tersebut diatas maka dapat disimpulkan

𝑑𝑠≥ [ 10,2 𝜎_𝑤𝑏 𝑚 (𝑀1+ 𝑀2+ 𝑀3] 1/3 (mm) 𝜎𝑏= [ 10,2𝑚 (𝑀₁+𝑀₂+𝑀₃ 𝑑𝑠3 ] (kg/mm 2₎ 𝑛 = 𝜎𝑤𝑏 𝜎_𝑏 ≥ 1(kg/mm 2₎

Poros Dengan Beban Lentur Dan Puntir

Poros pada umumnya meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi dan rantai. Dengan demikian poros tersebut mendapat beban puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros akan terjadi tegangan geser τ = (T/Zp) karena momen puntir T dan tegangan σ = (M/Z) karena momen lentur.

Untuk bahan yang liat seperti poros dapat dipakai teori tegangan geser maksimum (Sularso, 1991).

𝜏𝑚𝑎𝑥 = √𝜎2_+4𝜏2

2

Pada poros yang pejal dengan penampang bulat, σ = 32/πds3 dan τ = 16T/πds3 sehingga 𝜏𝑚𝑎𝑥 = (5,1/𝑑𝑠3)√𝑀2+ 𝑇2

(4)

Desain Mesin Pengangkut Sampah… Ahmad Yusran Aminy

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Dengan mengingat macam bahan, sifat beban ASME menganjurkan suatu rumus untuk menghitung diameter poros secara sederhana dimana sudah dimasukkan pengaruh kelelahan karena beban berulang (Sularso, 1991).

𝜏𝑚𝑎𝑥= (5,1/𝑑𝑠3) √(𝐾𝑚𝑀)2+ (𝐾1𝑇)2

Ada suatu cara perhitungan yang popular dimana dicari lebih dahulu momen puntir ekivalen yang diperoleh dengan teori tegangan normal maksimum. Selanjutnya diameter poros ditentukan dengan menganggap bahwa kedua momen diatas seolah-olah dibebankan pada poros secara terpisah. Dari kedua hasil perhitungan ini kemudian dipilih harga diameter yang terbesar. Namun demikian pemakaian rumus ASME lebih dianjurkan dari pada metoda ini (Sularso, 1991).

𝑑𝑠≥ [(5,1 / 𝜏𝑎)√(𝐾𝑚𝑀)2+ (𝐾𝑡𝑇)2] 1 3 (m)

Jika ds adalah diameter poros (mm), θ defleksi puntiran (o), l panjang poros (mm), T momen puntir (kg.mm), dan G modulus geser(kg/mm2_{) (Sularso, 1991) maka:}

𝜃 = 584 𝑇𝑙 𝐺𝑑_𝑠4(ᵒ))

Dalam hal baja G = 8,3 x 103_(kg/mm2_{). Perhitungan θmenurut rumus diatas silakukan untuk memeriksa harga} yang diperoleh masih dibawah batas harga yang diperbolehkan untuk pemakaian yang bersangkutan. Bila θ dibatasi sampai 0,25o_{untuk setiap meter panjang poros, maka dapat diperoleh persamaan (Sularso, 1991)} berikut:

𝑑𝑠 = ≥ 4,1 √𝑇4 (mm)

Kekakuan poros terhadap lenturan juga perlu diperiksa. Bila poros baja ditumpu oleh bantalan yang tipis atau bantalan yang mapan sendiri, maka lenturan poros y (mm) dapat ditentukan (Sularso, 1991) sebagai berikut: 𝑦 = 3,23 𝑥 10−4 𝐹𝑙12𝑙22

𝑑_𝑠4𝑙 (mm)

Dimana ds = diameter poros (mm), l = jarak antar bantalan penumpu (mm), F = beban (kg), l1 dan l2 = jarak dari bantalan yang bersangkutan ketitik pembebanan. Bila suatu poros panjang ditumpu secara kaku dengan bantalan atau dengan cara lain, maka lenturannya dapat dinyatakan dengan rumus (Sularso, 1991) sebagai berikut:

𝑦 = 3,23 𝑥 10−4 𝐹𝑙13𝑙23 𝑑𝑠4𝑙3 (mm)

Untuk poros putaran tinggi, putaran kritis sangat penting untuk diperhitungkan pada mesin yang dibuat secara baik, putaran kerja didekat atau diatas putaran kritis sangat berbahaya. Untuk keamanan dapat diambil pedoman secara umum bahwa putaran kerja poros maksimum tidak boleh melebihi 80% putaran kritisnya (Sularso,

1991).

Menurut Sularso (1991) bahwa jika berat beban tersebut dinyatakan dengan W (kg), jarak antara bantalan 1(mm) dan diameter poros yang seragam ds (mm), serta penumpunya terdiri atas bantalan tipis atau mapan ssendiri, maka putaran kritis poros tersebut Nc (rpm) adalah:

𝑁𝑐= 52700 𝑑𝑠2 𝑙1𝑙2

√𝑙

𝑊 (𝑟𝑝𝑚)

Jika bantalan cukup panjang dan poros ditumpu secara kaku, maka putaran kritisnya (Sularso, 1991) adalah:

𝑁𝑐= 52700 𝑑_𝑠2𝑙 𝑙1𝑙2√

𝑙

(5)

PROSIDING 20 12© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Bila terdapat benda berputar pada satu poros, maka dihitung lebih dahulu putaran-putaran kritis dari masing-masing benda tersebut. Maka putaran kritis keseluruhan dari sistem Nc0 (Sularso, 1991) adalah:

1 𝑁_𝑐02 = 1 𝑁_𝑐12 + 1 𝑁_𝑐22 + 1 𝑁_𝑐32 +

Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang mampu menumpu poros bebeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umur.

Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh system akan menurun atau tak dapat bekerja secara semestinya.

Yang akan dipilih untuk perancangan mesin pengumpul gabah adalah bantalan gelinding. Bantalan gelinding seperti yang terlihat pada gambar 10 mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur, elemen seperti bola atau rol dipasang diantara cincin luar dan cincin dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut, bola atau rol akan membuat gerakan gelinding sehingga gerakan diantaranya akan jauh lebih kecil.

Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi dalam bentuk dan ukuran merupakan keharusan. Karena luas bidang kontak antara bola atau rol dengan cincinnya sangat kecil maka besarnya beban persatuan luas atau tekanannya menjadi sangat tinggi. Dengan demikian bahan yang dipakai harus mempunyai ketahanan dan kekerasan yang tinggi (Sularso, 1991).

METODOLOGI PENELITIAN

Waktu dan Tempat.

Perancangan alat dilaksanakan pada bulan Agustus s/d Oktober 2012 bertempat di Laboratorium Teknologi Mekanik Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

Alat dan Bahan

1. Alat

a. Mesin bubut untuk membuat poros. b. Mesin sekrap untuk membuat alur poros. c. Mesin bor untuk membuat lubang d. Gerinda ( tangan dan duduk)

e. Gergaji besi untuk memotong material

f. Kikir untuk mertakan dan memperbesar lubang g. Mistar/meteran sebagai alat ukur

h. Kunci Pas, ( satu set ) 2. Bahan a. Lembaran Acrylic b. Motor penggerak c. Puli d. Sabuk e. Bantalan f. Aluminium Box g. Mur dan baut h. Mur dan baut i. Pilox

(6)

Desain Mesin Pengangkut Sampah… Ahmad Yusran Aminy

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

PEMBAHASAN

Hasil Penelitian

Pada perencanaan alat ini terdiri dari dua komponen utama yaitu Bucket Conveyor dan Belt Conveor. Adapun perencanaan dan pemilihan elemen mesin yang akan dihitung yaitu daya motor, poros, transmisi roda gigi dan rantai.

Perencanaan Bucket Conveyor

Dalam perencanaan alat ini, digunakan Bucket Conveyor sebagai alat pengangkut sampah yang terapung pada permukaan sungai dengan panjang rangka bucket conveyor 58 cm dan lebar rangka bucket conveyor 60 cm, dengan sudut kemiringan menanjak β sebesar 68o_{. kecepatan putaran yang diinginkan pada bucket conveyor}

nconv = 120 rpm. dengan kapasitas Q = 900 Kg/jam.

 Dimensi bucket

Material timba pengangkut sampah (bucket) terbuat dari plastik berbentuk setengah lingkaran. Volume bucket = 𝜋 . 𝑟2. 𝐿𝑏 2 Dimana; Lb = 58 cm d = 5,08 cm V = 3,14 . 2,54 2_{. 58} 2 = 587,48 cm3

Berdasarkan volume bucket maka didapat kapasitas yang mampu diangkut sekitar 100 gram tiap bucketnya untuk beragam sampah yang terapung. Dimana jumlah bucket pada coveyor sebanyak (9 buah), berat tiap bucket (120 gram).

Bucket yang terisi sampah saat beroperasi: 5 buah Bucket yang kosong : 4 buah

Jumlah bucket Jb = 9 buah

Maka dapat dihitung beban dari bucket

Wbuc = Bi . (Wb + Ws) + Bk (Wb) Dimana:

Bi = jumlah bucket yang berisi sampah Bk = jumlah bucket yang kosong Wb = berat bucket

Ws = berat sampah per bucket Wbuc = 5(120+100)+4(120) = 1580 gram

= 1,580 kg

 Perhitungan daya yang dibutuhkan untuk memutar Bucket Conveyor Kecepatan rantai penggerak bucket

𝑣𝑟=

𝑝 . 𝑧𝑏𝑢𝑐 . 𝑛𝑏𝑢𝑐

1000 𝑥 60 (𝑚/𝑠) Dimana:

p = jarak bagi rantai (12,7 mm) zbuc = Jumlah gigi sporket (16)

nbuc = Putaran sporket yang diinginkan (120 rpm)

𝑣𝑟=

12,7 . 16 .120 1000 𝑥 60 = 0,41 m/s

Massa material elevator (Am) Am =

𝑄 . 𝑡

(7)

PROSIDING 20 12© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

= 0,9 . 0,54

0,41 . 3600 . 1000

= 0,329 kg

Jumlah bucket yang terisi Massa material tiap bucket Ab = 𝐴𝑚 𝐽_𝑏 = 0,329 9 = 0,036 kg

Tarikan dinyatakan dalam Newton St = 𝛽 . 𝐴_𝑏 𝐵𝑠 = 86 . 0,036 0,0152 = 203,68 N

Total massa pada bucket At = Jb . 2 . Wb

= (9 . 2 . 0,1) = 1,8 kg

Estimasi massa bucket dan rantai Abr = At . 2

= 1,8 . 2 = 3,6 kg

Tarikan mula-mula rantai dinyatakan dalam newton Sm = [(9,81 . Am + St) . f1] + 0,5 (9,81 . Abr . f1)

= [(9,81 . 0,329 + 203,68) . 1] + 0,5 . (9,81 . 3,6 . 1) = 206,91 + 35,32

= 242,23 N

Faktor keamanan untuk aplikasi 12. Batas kekuatan rantai Cs = Abr . Sf

= 242,23 . 12 = 2906,76 N = 2,906 kN  Poros transmisi

Pada umumnya poros meneruskan daya melalui rantai yang dpasangkan sprocket di kedua ujungnya. Dengan demikian poros tersebut mendapat beban puntir dan beban lentur. Maka perlu diperhitungkan dalam faktor keamanan yang diambil. Hal ini untuk menentukan diameter poros yang akan direncanakan.

Pd = P x fc P = 0,032 Kw

fc = 1,5 (dipilih) Pd = 0,032 x 1,5 = 0,048 Diameter poros (Sularso, 1991) adalah:

𝑑 = [5,1 𝜏 𝐾𝑡𝐶𝑏𝑇]

1/3

Dimana: bahan poros ST 42 dengan tegangan puntir (τp) σu = 42 kg/mm2 𝜏𝑝= 42 𝑆𝑓1𝑆𝑓2 kg/cm 2_{, Sf} 1 = 6, Sf2 = 2 𝜏𝑝= 42 6 .2 = 3,5 kg/mm 2

Cb = 1,2 – 2,3 diperkirakan akan menjadi beban lentur (Sularso, 1991)

= 1,5 ……….. (dipilih)

Kt = 1,0 – 1,5 jika terjadi sedikit tumbukan atau kejutan (Sularso, 1991)

= 1,2 ……… (dipilih) Didapat:

𝑇 = 9,74 𝑥 105_{𝑥 𝑃𝑑 / 𝑛} 𝑏𝑢𝑐

(8)

Desain Mesin Pengangkut Sampah… Ahmad Yusran Aminy

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Dengan nbuc = putaran poros bucket conveyor (120 rpm) 𝑇 = 9,74 𝑥 105_{𝑥 0,048 / 120} = 389,6 (𝑘𝑔𝑚𝑚) 𝑑 = √5,1 × 1,5 × 1,2 × 389,6 3,5 3 𝑑 = √3576,528 3,5 3 d = 10,07 mm

d = 12, 5 cm = 1/2 inch …….. (disesuaikan ukuran pasaran)

 Pemilihan bantalan

Untuk pemilihan bantalan mengacu pada diameter poros dan beban tarik rantai. Dimana diameter poros yang direncanakan = 12,5 mm, dan besarnya gaya yang terjadi pada bucket conveyor = 4,96 kg m/s2

Dari data diatas maka dipilih bantalan gelinding tipe jenis terbuka, No. 6201. Dimana,

d = 12 mm D = 32 mm B = 10 mm

Kapasitas nominal dinamis spesifik = 535 kg Kapasitas nominal statis spesifik = 305 kg  Pemilihan Rantai Penghantar Bucket

Daya motor yand direncanakan sebesar 0,032 KW, putaran yang diinginkan pada poros conveyor sebesar 120 (rpm) perencanaan Jarak sumbu sprocket adalah 580 (mm). Dipilih rantai rol no. 40, jumlah gigi sporket kecil yang direncanakan 16

Pd = P x fc P = 0,032 Kw

fc = 1,0 (dipilih)

Pd = 0,032 x 1,0 = 0,032 Kw

Kecepatan rantai penghantar bucket v (m/s): 𝑣𝑟= 𝑝 . 𝑧𝑏𝑢𝑐 . 𝑛𝑏𝑢𝑐 1000 𝑥 60 Dimana: p = 12,7 mm zbuc = 16 nbuc = 120 rpm 𝑣𝑟= 12,7 . 16 .120 1000 𝑥 60 = 0,41 m/s

Beban rencana rantai penghantar (Fr) 𝐹𝑟 =102 . 𝑃𝑑

𝑣𝑟

[𝑘𝑔]

Dimana, Pd adalah daya rencana sebesar 0,032 kW dan vr adalah kecepatan rencana.

Sehingga : 𝐹𝑟 =102 . 0,032 0,41 = 7,96 𝐾𝑔 Faktor keamanan (Sf): 𝑆𝑓= 𝐵𝑎𝑡𝑎𝑠 𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑟𝑒𝑛𝑐𝑎𝑛𝑎 𝑆𝑓= 1950 7,96 = 244,97 6 < 244,97 baik.

Jika Fu adalah beban maksimum yang diizinkan , maka Fr < Fu = ( 7,96 kg < 300 kg), yang berarti rantai sangat aman terhadap beban putus.

(9)

PROSIDING 20 12© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Selanjutnya menghitung panjang rantai (Sularso, Elemen Mesin, Hal: 197) 𝐿𝑝 = 𝑧1+ 𝑧2 2 + 2𝐶𝑃+ [(𝑧2− 𝑧1)/6,28]² 𝐶𝑝 Di mana

Lp : Panjang rantai, dinyatakan dalam jumlah mata rantai

z1 : jumlah gigi sprocket kecil

z2 : jumlah gigi sprocket besar

Cp : jarak sumbu poros, dinyatakan dalam jumlah mata rantai (dapat berupa bilangan pecahan)

Cp =

𝐶 𝑝 Dimana:

C = jarak sumbu poros (mm)

p = jarak bagi rantai (pitch) (mm)

𝐿𝑝 = 16 + 20 2 + 2 580 12,7+ [(20 − 16)/6,28]² 580 12,7 ⁄ 𝐿𝑝 = 18 + 91,34 + 0,0089 𝐿𝑝 = 109,35 ≈ 110 L = 110, No. 40

Untuk mengakurasi jarak sumbu poros, (Sularso, Elemen Mesin, Hal: 198) 𝐶𝑝= 1 4 {(𝐿 − 𝑧1+ 𝑧2 2 ) + √(𝐿 − 𝑧1+ 𝑧2 2 ) 2 − 2 9,86 (𝑧2− 𝑧1) 2_} 𝐶𝑝= 1 4 {(110 − 16 + 20 2 ) + √(110 − 16 + 20 2 ) 2 − 2 9,86 (20 − 16) 2_} Cp = 1 4 { 92+ √8464 − 3,25} 𝐶𝑝 = 45,995 C = Cp × p C = 45,995 × 12,7 C = 584,14 (mm)

Nomor rantai No. 40, rangkaian tunggal, 110 mata rantai. Jarak sumbu sprocket 584,14 (mm), Jumlah gigi sprocket 16 dan 20.

 Pemilihan Motor Penggerak Bucket conveyor

Berdasarkan hasil perhitungan, daya yang dibutuhkan untuk memutar bucket conveyor sebesar 0,032 kW dan putaran yang diinginkan 120 rpm, maka dipilih motor jenis DC dengan daya 0,072 Kw dengan putaran 1600 rpm (disesuaikan dengan yang ada di pasaran), karena putaran motor lebih besar dari yang direncanakan maka putaran motor di reduksi hingga 120 rpm.

 Perhitungan Transmisi Roda Gigi dan Rantai Transmisi roda gigi

Daya motor 0,072 kW. dengan putaran motor 1600 rpm, dan akan direduksi dengan roda gigi menjadi. Dipilih roda gigi kecil dengan z1=14 , dan roda gigi besar dengan z2 = 66 . d1 = 110 mm dan d2 = 25, jarak sumbu poros a = 67,5 mm.

Maka dapat diketahui perbandingan antara jumlah gigi pada roda gigi dan pinyon:

i = z2/ z1 = 66/14 ≈ 5 Daya rencana Pd = P x fc P = 0,072 Kw fc = 1,0 (dipilih) Pd = 0,072 x 1,0 = 0,072 Kw

(10)

Desain Mesin Pengangkut Sampah… Ahmad Yusran Aminy

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Menghitung diameter lingkaran jarak bagi sementara 1“ = 2a/(1 + i) d1“ = 2 × 67,5/(1 + 5) d1“ = 22,5 (mm) d2“ = 2a × i/(1 + i) d2“ = 2× 67,5 × 5/(1 + 5) d2“ = 112,5 (mm) pemilihan modul, m = 1,5, αo = 20 z1 ≈ 22,5/1,5 = 15 z2 ≈112,5/1,5 = 75 perbandingan 75 : 15 (1 : 5)

i = z2/ z1 = 75/15 = 5, roda gigi standar

Menghitung diameter lingkaran jarak bagi dan jarak sumbu  Diameter lingkaran jarak bagi

d01 = m × z1 d01 = 1,5 × 15 d01 = 22,5 (mm) d02 = m × z2 d02 = 1,5 × 75 d02 = 112,5 (mm)  Kecepatan keliling v = 𝜋 × 𝑑01 × 𝑛1 60 ×1000 v = 𝜋 × 22,5 × 1600 60 ×1000 v = 1,88 m/s

Karena kecepatannya kurang dari 20 m/s maka dapat dihitung faktor dinamisnya

fv = 3 3+1,88 fv = 0,61  Gaya tangensial Ft = 102+𝑃𝑑 𝑣 Ft = 102+0,072 1,88 Ft = 54,29 (kg)

 Kekatan tarik, kekerasan permukaan, dan tegangan lentur Pinyon:

Kekuatan tarik S35C adalah: B1 = 52 (kgmm2₎ Kekerasan permukaan sisi gigi: HB1= 187 (rata-rata)

Tegangan lentur yang diizinkan, S35C : a1 = 26 (kg/mm2)

Roda gigi besar:

Kekuatan tarik FC30 adalah: B2 = 30 (kgmm2₎ Kekerasan permukaan sisi gigi: HB2= 215 (rata-rata)

Tegangan lentur yang diizinkan, FC30 : a2 = 13 (kg/mm2)

Besi cor kh = 0,188 (kg/mm2) F’H = fv × kh × d01 2 × 𝑧2 𝑧1+ 𝑧2 F’H = 0,61 × 0,188× 22,5× 2 × 75 15 + 75 F’H = 4,3 (kg/mm)

Jadi harga minimum F’min adalah 4,3 kg/mm terhadap F’H

Sehingga dapat dihitung lebar b

b = Ft/ F’min

b = 54,29 / 4,3 ≈ 12,62 mm

(11)

PROSIDING 20 12© HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

 Transmisi Rantai

Daya motor yang direncanakan sebesar 0,072 KW, dengan putaran yang telah direduksi dengan roda gigi menjadi 370 (rpm) dan akan direduksi kembali menjadi 120 (rpm) dengan menggunakan rantai rol. Jarak sumbu sprocket adalah 150 (mm) digunakan untuk memutar bucket conveyor. Dipilih rantai rol no. 25, jumlah gigi sporket kecil 12

Data yang didapat P = 0,072 kW, nrg = 370

i = nrg/nbuc = 370/120 = 3,08 ≈ C = 150

fc = 1,0

Pd = 0,072 × 1,0 = 0,072 (kW)

Kecepatan rantai transmisi v tb : 𝑣𝑟𝑡= 𝑝 . 𝑧𝑟𝑡 . 𝑛𝑟𝑡 1000 𝑥 60 Dimana: p = 6,35 (mm) zrt = 12 nrt = 370 𝑣𝑟𝑡= 6,35 . 12 .370 1000 𝑥 60 = 0,4699 m/s

Beban rencana rantai penghantar (Fr) 𝐹𝑟 =102 . 𝑃𝑑

𝑣𝑟𝑡

[𝑘𝑔]

Dimana, Pd adalah daya rencana sebesar 0,072 kW dan vrt adalah kecepatan rencana.

Sehingga : 𝐹𝑟 =102 . 0,072 0,4699 = 15,63 𝐾𝑔 Faktor keamanan (Sf): 𝑆𝑓= 𝐵𝑎𝑡𝑎𝑠 𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑟𝑒𝑛𝑐𝑎𝑛𝑎 𝑆𝑓= 480 15,63= 30,71 6 < 30,71 baik.

Jika Fu adalah beban maksimum yang diizinkan , maka Fr < Fu = (15,63 kg < 70 kg), yang berarti rantai aman terhadap beban putus.

Selanjutnya menghitung panjang rantai (Sularso, Elemen Mesin, Hal: 197) 𝐿𝑝 = 𝑧1+ 𝑧2 2 + 2𝐶𝑃+ [(𝑧2− 𝑧1)/6,28]² 𝐶𝑝 Dimana

Cp =

𝐶 𝑝 Dimana:

𝐿𝑝 = 12 + 32 2 + 2 120 6,35+ [(32 − 12)/6,28]² 120 6,35 ⁄ 𝐿𝑝 = 22 + 37,795 + 0,54 𝐿𝑝 = 60,335 ≈ 61 L = 61, No. 25

(12)

Desain Mesin Pengangkut Sampah… Ahmad Yusran Aminy

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Nomor rantai No. 25, rangkaian tunggal, 61 mata rantai. Jarak sumbu sprocket 122,17 (mm) Jumlah gigi sprocket 12 dan 32.

Perencanaan Belt Conveyor

 Kecepatan belt conveyor 𝑣𝑏=

𝑑𝑖𝑑 . 𝑛𝑏𝑒

1000 𝑥 60 (𝑚/𝑠) Dimana:

did = Diameter idler (6 cm)

nbe = Putaran belt conveyor yang diinginkan (800 rpm)

𝑣𝑏=

50 . 800 1000 𝑥 60 = 0,667 m/s

 Perhitungan massa per satuan panjang akibat belt conveyor adalah: qbelt = 1,1 . B . (δ.i + δ1 + δ2)

= 1,1 . 0,15 . ((1,25 . 2) + 1,5 + 1) qbBVelt = 0,825 kg/m

 Daya yang dibutuhkan untuk memutar belt conveyor 𝑁 = 𝐹𝑐 (𝐿 + 𝑡𝑓)(𝑄 + 3.6 × 𝑞𝑏𝑒𝑙𝑡× 𝑣𝑏) 367 𝑁 = 0,0225(0,57 + 60)(0,9 + 3.6 × 0,825 × 0,667) 367 𝑁 = 3,92 367 𝑁 = 0,011 𝑘𝑊

 Perencanaan Poros Belt Conveyor

Pada umumnya poros meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi dan rantai. Dengan demikian poros tersebut mendapat beban puntir dan beban lentur. Pada perencanaan ini digunakan transmisi rantai untuk meneruskan daya dari motor penggerak ke bucket conveyor.

Pd = P x fc P = 0,013 Kw

fc = 1,5 (dipilih)

Pd = 0,013 x 1,5 = 0,0195

Diameter poros (Sularso, 1991) adalah: 𝑑 = [5,1

𝜏 𝐾𝑡𝐶𝑏𝑇] 1/3

Dimana: bahan poros St 42 dengan tegangan punter (τp) σu = 42 kg/mm2 𝜏𝑝= 42 𝑆𝑓1𝑆𝑓2 kg/cm 2_{, Sf} 1 = 6, Sf2 = 2

(13)

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

𝜏𝑝= 42

6 .2 = 3,5 kg/cm 2

Cb = 1,2 – 2,3 diperkirakan akan menjadi beban lentur (Sularso, 1991)

= 2,0 ……….. (dipilih)

Kt = 1,0 – 1,5 jika terjadi sedikit tumbukan atau kejutan (Sularso, 1991)

= 1,5 ……… (dipilih) T = 9,74 × 105 _×P d/n1 T = 9,74 × 105 _×0,0195/800 𝑇 = 23,74 (𝑘𝑔𝑚𝑚) 𝑑 = √5,1 . 2,0 . 1,5 . 23,74 350 3 𝑑 = √363,222 3,5 3 d = 4,7 mm d = 1,25 cm………..(disesuaikan)  Pemilihan bantalan

Untuk pemilihan bantalan mengacu pada diameter poros dan beban tarik rantai. Dimana diameter poros yang direncanakan = 12,5 mm, dan besarnya gaya yang terjadi pada bucket conveyor = 4,96 kg m/s2

Dari data diatas maka dipilih bantalan gelinding tipe jenis terbuka, No. 6201. Dimana,

d = 12 mm D = 32 mm B = 10 mm

Kapasitas nominal dinamis spesifik = 535 kg Kapasitas nominal statis spesifik = 305 kg  Pemilihan Motor Penggerak Belt Conveyor

Berdasarkan hasil perhitungan, daya yang dibutuhkan untuk memutar belt conveyor sebesar 0,013 kW dan putaran yang diinginkan 800 rpm, maka dipilih motor jenis DC dengan daya 0,08 Kw dengan putaran 1600 rpm (disesuaikan dengan yang ada di pasaran), karena putaran motor lebih besar dari yang direncanakan maka putaran motor di reduksi hingga 800 rpm.

 Pemilihan Rantai Sebagai Transmisi Belt Conveyor

Daya motor yang digunakan sebesar 0,08 (kW), dengan putaran motor 1980 (rpm). Tingkat berikutnya menjadi 800 (rpm) dengan menggunakan rantai rol. Jarak sumbu sprocket adalah 150 (mm) digunakan untuk memutar bucket conveyor. Dipilih rantai rol no. 25, jumlah gigi sporket kecil 15.

Data yang didapat

P = 0,08 kW, n1 = 1980

i = n1/n2 = 1980/800 = 2,475 ≈ C = 150

fc = 1,0

Pd = 0,08 × 1,0 = 0,08 (kW)

Kecepatan rantai penghantar bucket vr : 𝑣𝑟=

𝑝 . 𝑧𝑏𝑢𝑐 . 𝑛𝑏𝑢𝑐 1000 𝑥 60 Dimana:

p = jarak bagi rantai (mm) zbuc = Jumlah gigi sporket

nbuc = Putaran sporket

𝑣𝑟=

6,35 .12 .1980

1000 𝑥 60 = 2,515 m/s Beban rencana rantai penghantar (Fr) 𝐹𝑟 =102 . 𝑃𝑑

𝑣𝑟

[𝑘𝑔]

(14)

Desain Mesin Pengangkut Sampah… Ahmad Yusran Aminy

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

Sehingga : 𝐹𝑟 =102 . 0,08 2,515 = 3,24 𝐾𝑔 Faktor keamanan (Sf): 𝑆𝑓= 𝐵𝑎𝑡𝑎𝑠 𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑟𝑒𝑛𝑐𝑎𝑛𝑎 𝑆𝑓= 1950 3,24 = 601,85 6 < 601,85 (baik)

Jika Fu adalah beban maksimum yang diizinkan , maka Fr < Fu = (3,24 kg < 300 kg), yang berarti rantai aman terhadap beban putus.

Selanjutnya menghitung panjang rantai (Sularso, Elemen Mesin, Hal: 197) 𝐿𝑝 = 𝑧1+ 𝑧2 2 + 2𝐶𝑃+ [(𝑧2− 𝑧1)/6,28]² 𝐶𝑝 Dimana:

Cp =

𝐶 𝑝 Dimana:

𝐿𝑝 = 12 + 32 2 + 2 150 6,35+ [(32 − 12)/6,28]² 150 6,35 ⁄ 𝐿𝑝 = 22 + 37,795 + 0,388 𝐿𝑝 = 60,183 ≈ 60 L = 69, No. 25

Nomor rantai No. 25, rangkaian tunggal, 60 mata rantai. Jarak sumbu sprocket 118,93 (mm) Jumlah gigi sprocket 12 dan 32.

SIMPULAN

Dari hasil perencanaan maka dapat disimpulkan sebagai berikut:

 Dapat dihasilkan sebuah rancang bangun mesin pengangkut sampah pada sungai untuk membantu pemerintah dalam hal penanganan sampah pada sungai yang menimbulkan polemik banjir tiap tahun.  Mesin Pengangkut Sampah pada sungai merupakan alat yang bekerja mengangkut sampah yang terapung

(15)

Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

Perkapalan

Sipil

pada pintu air dan menggunakan bucket conveyer sebagai pengangkut sampah yang terapung pada permukaan sungai yang dilengkapi belt conveyer sebagai pembawah sampah ketempat yang telah disediakan.

DAFTAR PUSTAKA

Ferdinand, L, Singers, dan Andrew Pytel.1981. Sterngth Of Material. MGH Singapure.

G. Niemann, dan Gustav. 1997. Elemen Mesin (Terjemahan). Jilid I. Penerbit Erlangga, Jakarta. Indartono, S. Karakteristik Produksi Hingga Performasi Mesin. http:/www.beritaiptek.com.

Jac. Stolk, .C. Kros dan Hendrasin, Abdul Rahman.A. 1993. Elemen Mesin (Terjemahan). Penerbit Erlangga, Jakarta.

Jensen, dan Chenoweth, dan Darwin Sebayang. 1991. Kekuatan Bahan Terapan (Terjemahan). Penerbit Erlangga, Jakarta.

Kiykatsu, Suga dan Sularso. 1997. Dasar Perencanaan Elemen Mesin (Terjemahan). Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta.

Mohd. Taib Sutan Sa’ti. 1996. Politeknik Manufaktur Bandung. Penerbit PT. Bale. Bandung. Perkembangan Kebutuhan Bahan Bakar Solar di Indonesia. 16 maret 2008. Kompas.

Suryadarma Prayoga. 2005. Teknologi Pengolahan Produk Akhir Jarak Pagar dan Prospek Ekonominya. Diskusi Panel Pengembangan Jarak Pagar Sebagai Sumber Energi, Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Bogor. Bogor.

Toshie Okumura, dan Wiryosumarso, H. 1985. Teknologi Pengelasan Logam. Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta.

Waluyo M. Slamet. 1996.”Aerodinamika (Seri Teknik Penerbangan)”. Edisi Pertama. Penerbit Andi. Yogyakarta.

White Frank M, 1991,”Viscous Fluid Flow”.Second Edition, McGraw-Hill Book Company, New York. White Frank M, 1994. “Fluid Mechanics”.Third Edition, McGraw-Hill Book Company, New York.

(16)