PERANCANGAN SISTEM TRANSMISI PADA MESIN PENCACAH LIMBAH
PLASTIK TIPE SHREDDER
Megi Fauzi Ilhamsyaha, Kardimanb, Iwan Nugraha Gustiarc (a,b,c,)
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang JL. H. S. Ronggowaluyo Telukjambe Timur Telp. (0267) 641177 Ext. 305-Karawang 41361
*E-mail: [email protected]
Abstract
In making plastic waste machine shredder, it is necessary to design the transmission system, with the goal of making it easier to make the output needed to the community, especially in household production. The transmission system used in shredder machines is to use a reducer gearbox which will be distributed on the drive shaft. In order for the transmission to be calculated as expected, enough power is needed to drive the machine. In this case, of course, special calculations are needed to find accurate data so that the shredder machine can work as expected. Power on electric motors, of course, there are many types on the market. In the end, it is necessary to determine the specifications of the electric motor which is suitable for this shredder machine. The transmission system is obtained from the results of precise calculations and analysis to produce output for shaft rotation. The transmission system or commonly referred to as the gearbox must determine the ratio which will produce the expected output rotation. Based on the analysis of the planning and calculations that have been carried out on this shredder type plastic waste chopping machine with reference to the research objectives, the power data required for the shredder type plastic waste chopping machine is 1.3 kW so a motor with a capacity of 1.5 kW is needed. The rotation of the motor takes 1400 rpm with a 1:20 gearbox (reducer) to produce an output of 70 rpm which is then distributed through the sprocket and chain with a 1: 2 ratio by producing an output rotation of the blade shaft of 35 rpm. And the transmission system on this machine uses a chain and sprocket
Keywords: transmission system; chopping machine; rotation; power Abstrak
Pada pembuatan mesin pencacah limbah plastik diperlukan adanya perancangan pada sistem transmisinya, dengan tujuan agar memudahkan dalam membuat output yang dibutuhkan di masyarakat khususnya pada produksi rumah tangga. Pada sistem transmisi yang digunakan pada mesin pencacah adalah dengan menggunakan gearbox reducer yang nantinya akan didistrbusikan pada poros penggerak. Agar transmisinya dapat dihitung sesuai dengan yang diharapkan diperlukan daya yang cukup untuk menggerakan mesin tersebut. Dalam hal ini tentunya diperlukan perhitungan khusus untuk mencari data yang akurat agar mesin pencacah tersebut dapat bekerja dengan yang diharapkan. Daya pada motor listrik tentunya banyak jenis-jenis yang ada di pasaran. Pada akhirnya diharuskan untuk menentukan spesifikasi motor listrik yang cocok untuk diterapkan pada mesin pencacah plastik ini. Sistem transmisi didapatkan dari hasil perhitungan dan analisa yang tepat sehingga menghasilkan output untuk putaran poros. Sistem transmisi atau biasa disebut dengan gearbox harus ditentukan perbandingan yang nantinya akan mengeluarkan putaran output yang diharapkan. Berdasarkan dari analisa perencanaan dan perhitungan yang telah dilakukan pada mesin pencacah limbah plastik tipe shredder ini dengan merujuk pada tujuan penelitian, dapat diambil data daya yang dibutuhkan untuk mesin pencacah limbah plastik tipe shredder adalah 1.3 kW jadi diperlukan motor yang kapasitas 1,5 kW. Putaran pada motor dibutuhkan 1400 rpm dengan gearbox (reducer) 1:20 sehingga menghasilkan output 70 rpm yang kemudian didistribusikan melalui sproket dan rantai dengan rasio 1:2 dengan menghasilkan putaran output pada poros pisau sebesar 35 rpm. Dan sistem transmisi pada mesin ini menggunakan rantai dan sproket.
1. PENDAHULUAN
Transmisi merupakan elemen mesin yang sering digunakan pada pembuatan mesin pencacah plastik. Mesin pencacah plastik banyak jenisnya tergantung pisau yang digunakan pada mesin tersebut. Macam-macam mesin pencacah plastik salah satunya adalah tipe crusher, tipe shredder, tipe slidier dan lain-lain. Perbedaan dari tipe-tipe ini dibedakan berdasarkan jenis pisau, pisau yang lebih efektif agar dapat menghancurkan menjadi ukuran kecil adalah tipe shredder. Mesin pencacah plastik sangat diperlukan di Indonesia dikarenakan banyak sekali produksi sampah plastik di Indonesia. Indonesia merupakan salah satu penghasil sampah plastik terbesar di dunia karena penggunaannya yang sangat banyak di masyarakat.
Hal inti yang harus ditentukan sebelum dirancangnya alat tersebut yaitu dengan menentukan sistem transmisinya. Pada sistem transmisi yang digunakan pada mesin pencacah adalah dengan menggunakan gearbox reducer yang nantinya akan didistrbusikan pada poros penggerak. Agar transmisinya dapat dihitung sesuai dengan yang diharapkan diperlukan daya yang cukup untuk menggerakan mesin tersebut. [1]
Dalam hal ini tentunya diperlukan perhitungan khusus untuk mencari data yang akurat agar mesin pencacah tersebut dapat bekerja dengan yang diharapkan. Daya pada motor listrik tentunya banyak jenis-jenis yang ada di pasaran. Pada penelitian ini akan ditentukan spesifikasi motor listrik yang cocok untuk diterapkan pada mesin pencacah plastik ini. Penentuan spesifikasi motor listrik, daya, dan putarannya didasarkan pada perhitungan elemen mesin yang terkait dengan masalah transmisi. Dengan seperti itu akan lebih mudah didapatkan hasil perhitungan dan analisa yang tepat sehingga menghasilkan output untuk putaran poros. Sistem transmisi atau biasa disebut dengan gearbox harus ditentukan perbandingan yang nantinya akan mengeluarkan putaran output yang diharapkan.
Tentunya dalam sistem transmisi sangat berkaitan dengan penyambung atau alat untuk mendistribusikan putaran tersebut. Dalam hal ini terdapat dua pilihan yaitu dapat menggunakan gear dan rantai atau menggunakan belt dan pulley. Pada mesin yang kita rancang ini akan menggunakan sprocket dan rantai dikarenakan efisiensi dan harga yang sangat cocok untuk diterapkan pada mesin ini. Akan tetapi dalam pelaksanaannya kita harus bisa menghitung dan menganalisis sistem transmisi tersebut agar bisa diterapkan pada mesin pencacah plastik ini. [5] Beberapa penelitian tentang perancangan sistem transmisi mesin pencacah limbah plastik, Wildan Rizal F. A., (2016) meneliti tentang perencanaan dan perhitungan transmisi pada mesin pengaduk tipe horizontal berkapasitas 60 Kg/Jam. Pada penelitian ini penulis memilih motor dengan spesifikasi daya 0,5 HP, honda gx-120 dengan spesifikasi daya 1,9 HP pada putaran 2000 rpm. Dengan menggunakan pulley dan belt tipe A, dan output yang dihasilkan reducer sebesar 100 rpm dengan rasio reducer 1:20. [2]
Mohamad Yamin, dkk. (2008) meneliti tentang perancangan mesin pencacah sampah tipe crusher, dengan menggunakan daya motor sebesar 5 KW dan putaran mesin (N1) sebesar 2000 rpm. Output putaran yang diperlukan (N2) sebesar 1500 rpm, menggunakan pulley dan V-belt. [3]
Berdasarkan uraian di atas maka perlu dilakuan penelitian untuk merencanakan transmisi untuk mesin pencacah plastik tipe shredder ini. Tujuan dari penelitian ini agar dapat menentukan spesifikasi dari motor listrik, daya ynng dibutuhkan, dan sistem transmisi yang dipakai untuk mesin pencacah limah plastik tersebut agar dapat digunakan untuk industri rumahan ataupun industri pabrikasi..Untuk mendapatkan data tentang kekuatan angka hambat panas dari komposit dengan penambahan bahan-bahan lainnya agar mendapatkan komposit yang kuat dan baik,agar pemanfaatan komposit sekam padi ini bisa berguna untuk kebutuhan,baik yang sederhana seperti alat-alat rumah tangga sampai sektor industri.
2. MATERIAL DAN METODE PENELITIAN
2.1 Material
Dalam perancangan transmisi daya dengan menggunakan sistem gear dan rantai ini yang ditentukan pertama kali adalah motor listrik, motor listrik yang dipakai harus memiliki daya yang lebih besar dari daya yang ada pada poros pisau utama [4]. Kemudian pada perancangan transmisi daya dengan sistem gear dan rantai ini jenis gear yang dipilih adalah gear dengan jenis kandungan besi 50 % dan alumunium 50 % dikarenakan jenis bahan gear ini sudah memenuhi standart dan harga yang relatif murah, dan selanjutnya menentukan rantai, pada perancangan transmisi daya dengan sistem gear dan rantai ini jenis rantai yang dipilih adalah rantai menurut Standar India (IS:2403-1991) dengan spesifikasi yang ada pada mesin ini. Dari kriteria material yang cocok untuk pembuatan rantai ini menurut situs azom adalah dengan jenis kandungan AISI 1050 Carbon Steel Forging [7]. Pada sistem transmisi mesin pencacah limbah plastik ini digunakan juga gearbox (reducer) agar mempermudah dalam penurunan putarannya sehingga mendapatkan putaran yang diinginkan.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Perhitungan
1. Perencanaan putaran poros pencacah
Dikarenakan transmisi pada mesin pencacah ini menggunakan rantai dan sproket. Maka untuk mencari putaran poros penggerak atau pisau pencacah dapat dicari dengan rumus berikut ini: [6,8]
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Karena pada mesin penggerak ini sudah dipasang reducer dengan rasio 1:20 maka:
Maka putaran untuk poros pisau adalah:
2. Perencanaan daya motor
Untuk memperoleh daya motor yang dibutuhkan, langkah awal dalam hal tersebut adalah dengan mencari gaya potong dan torsinya agar kemudian dapat mencari daya yang dibutuhkan poros. Setelah didapat daya yang dibutuhkan poros kemudian mencari daya pada kedua roda gigi kemudian setelah itu mencari daya motor. [9,10] 3. Gaya pencacahan
Gaya pencacahan yang bekerja pada pencacah sampah plastik terjadi pada saat gaya tekan pisau pada sampah plastik. Gaya tersebut sudah dihitung memalui percobaan dengan melakukan simulasi pada berat maksimal hopper sebesar 25,3 kg, maka gaya yang terjadi pada saat proses pencacahan dapat diketahui dengan perhitumgam sebagai berikut:
( ) ( )
( ⁄ )
Maka untuk nilai gaya pencacahan adalah:
Pada spesifikasi motor listrik yang direncanakan didapat:
( )
Rasio kecepatan rantai:
Tabel 1. Jumlah gigi (teeth) pada pinion untuk rasio kecepatan
Dari tabel 1, untuk rantai roll, jumlah gigi pada pinion (T1) untuk VR = 2 adalah 27 gigi diambil jadi 20
gigi. Maka jumlah gigi pada gear (sproket terbesar) adalah:
( ) ( )
4. Daya yang dibutuhkan poros
Untuk mencari daya poros sebelumnya harus diketahui dahulu torsi dan omega ( ) nya terlebih dahulu, untuk mencari torsi bisa didapat dengan rumus berikut:
( ) ( ) ( )
Maka Torsi nya adalah:
Untuk mencari omega dengan rumus berikut:
( ⁄ ) ( ) Type of chain
Number of theeth at velocity ratio
1 2 3 4 5 6 Roller 31 27 25 23 21 17 Silent 40 35 31 27 23 19
Maka kecepatan sudut pada poros pisau dengan putaran yang direncanakan 35 rpm adalah: ⁄
Kemudian untuk mencari daya poros adalah:
5. Daya yang dibutuhkan roda gigi pinion
Untuk mencari daya pada roda gigi pinion adalah:
( ) ( ) ( )
Maka untuk nilai torsi nya adalah:
Untuk mencari kecepatan sudutnya menggunakan putaran 70 rpm. Maka nilai kecepatan sudutnya adalah:
⁄
Kemudian untuk mencari daya nya adalah:
6. Daya yang dibutuhkan roda gigi gear
Untuk mencari daya pada roda gigi gear adalah:
( )
( ) ( )
Untuk mencari kecepatan sudutnya menggunakan putaran 35 rpm. Maka nilai kecepatan sudutnya adalah:
⁄
Kemudian untuk mencari daya nya adalah:
7. Daya yang dibutuhkan motor
Untuk mencari daya motor terhadap poros sama seperti mencari daya poros sebelumnya yaitu:
( )
( ) ( )
Maka untuk nilai torsi nya adalah:
Untuk mencari kecepatan sudutnya menggunakan rpm motor yang direncanakan 1400 rpm. Maka nilai kecepatan sudutnya adalah:
⁄
Kemudian untuk mencari daya motornya adalah:
Jadi daya motor adalah , sehingga motor yang akan digunakan dengan daya 1,5 atau 2 HP.
8. Rasio kecepatan rantai
Dari tabel 1 untuk rantai roll, jumlah gigi pada pinion (T1) untuk VR = 2 adalah 27 gigi diambil jadi 20
gigi. Maka jumlah gigi pada gear (sproket terbesar) adalah: [6,10]
( ) ( ) 9. Desain daya
Pada desain daya ada nilai faktor sebagai berikut:
( ) ( ) ( )
Tabel 2. Nilai (angka) daya untuk rantai roller sederhana
Tabel 3. Karakteristik untuk rantai roll menurut IS: 2403-1991
Speed of smaller sprocket or pinion (rpm) Power (kW) 06 B 08 B 10 B 12 B 16 B 100 0.25 0.64 1.18 2.01 4.83 200 0.47 1.18 2.19 3.75 8.94 300 0.61 1.70 3.15 5.43 13.06 500 1.09 2.72 5.01 8.53 20.57 700 1.48 3.66 6.71 11.63 27.73 1000 2.03 5.09 8.97 15.65 34.89 1400 2.73 6.81 11.67 18.15 38.47 1800 3.44 8.10 13.03 19.85 - 2000 3.80 8.67 13.49 20.57 - ISO Chain number Pitch (p) mm Roller diameter (d1) mm Maximum Width between inner plates (b1) mm Maximum Transverse pitch (p1) mm
Breaking load (kN) Minimum
Simple Duplex Triplex
05 B 8.00 5.00 3.00 5.64 4.4 7.8 11.1 06 B 9.525 6.35 5.72 10.24 8.9 16.9 24.9 08 B 12.70 8.51 7.75 13.92 17.8 31.1 44.5 10 B 15.875 10.16 9.65 16.59 22.2 44.5 66.7
Dari tabel 2, hubungan kecepatan pinion 70 rpm (< 100 rpm) daya yang ditransmisikan untuk rantai no 08 adalah 2.01 kW per helai. Jadi sebuah rantai no 08 dapat digunakan untuk mentransmisikan daya yang dibutuhkan. Dari tabel 3, dapat diperoleh:
( )
10. Diameter lingkar pitch pada pinion (sproket kecil)
( ) ( )
11. Diameter lingkar pitch pada gear
( ) (
)
12. Kecepatan linier pitch dari pinion
⁄ 13. Beban Rantai
Tabel 4. Faktor keamanan (n) untuk bush roller dan silent chain
12 B 19.05 12.07 11.68 19.46 28.9 57.8 86.7 16 B 25.4 15.88 17.02 31.88 42.3 84.5 126.8 20 B 31.75 19.05 19.56 36.45 64.5 129 193.5 24 B 38.10 25.40 25.40 48.36 97.9 195.7 293.6 28 B 44.45 27.94 30.99 59.56 129 258 387 32 B 50.80 29.21 30.99 68.55 169 338 507.10 40 B 63.50 39.37 38.10 72.29 262.4 524.9 787.3
Pada tabel 2, yang mana sama dengan 7. Jarak pusat minimum antara pinion dan gear adalah 28 kali pitch. Jadi:
Untuk mencegah kekendoran dalam rantai, nilai jarak pusat diturunkan sebesar 2 sampai 5 mm. Jadi:
14. Jumlah link rantai
[ ] [ ] 15. Panjang rantai 4. KESIMPULAN
Berdasarkan dari analisa perencanaan dan perhitungan yang telah dilakukan pada mesin pencacah limbah plastik tipe shredder ini dengan merujuk pada tujuan penelitian, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Daya yang dibutuhkan untuk mesin pencacah limbah plastik tipe shredder adalah 1.3 kW jadi diperlukan motor yang kapasitas 1,5 kW.
2. Putaran pada motor dibutuhkan 1400 rpm dengan gearbox (reducer) 1:20 sehingga menghasilkan output 70 rpm yang kemudian didistribusikan melalui sproket dan rantai dengan rasio 1:2 dengan menghasilkan putaran output pada poros pisau sebesar 35 rpm.
3. Sistem transmisi pada mesin ini menggunakan rantai dan sproket dengan spesifikasi:
( )
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah memberi dukungan dalam perancangan system transmisi mesin pencacah limbah plastik ini khususnya dosen pembimbing dan rekan-rekan teknik mesin Univesitas Singaperbangsa Karawang.
Type of chain
Type of chain
Number of theeth at velocity ratio
50 200 400 600 800 1000 1200 1600 2000 Bush roller chain 12 – 15 7 7.8 8.55 9.35 10.2 11 11.7 13.2 14.8 20 – 25 7 8.2 9.35 10.3 11.7 12.9 14 16.3 - 30 - 35 7 8.55 10.2 13.2 14.8 16.3 19.5 - - Silent chain 12.7 – 15.87 20 22.2 24.4 28.7 29.0 31.0 33.4 37.8 42.0 19.05 – 25.4 20 23.4 26.7 30.0 33.4 36.8 40.0 46.5 53.5
6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Iqbal Damaris Pattaya. 2018. Perancangan Transmisi Daya pada Mesin Pencacah Tongkol Jagung Kapasitas 100 Kg/Jam Dengan Sistem Gear dan Rantai. Universitas Nusantara. Kediri.
[2] Wildan Rizal F. A.. 2016. Perencanaan dan Perhitungan Transmisi pada Mesin Pengaduk Tipe Horizontal Berkapasitas 60 Kg/Jam. ITS. Surabaya.
[3] Mohammad Yamin, dkk. 2008. Perancangan Mesin Pencacah Sampah Tipe Crusher. Universitas Gunadarma.
[4] M. Rozak Ardiyanto, Xander Salahudin, S.T., M.Eng., Ir.Sri Widodo, M.Eng. (2017). Analisis Mesin Pemipih Melinjo Menggunakan Motor Listrik ½ HP Dengan Variasi Kecepatan Putaran. Jurnal Wahana Ilmuan, 3(1), 161-168.
[5] Rahmat Hidayat Boli, Abdul Makhsud, Mahmuddin Tahir. (2018). Analisis Daya Output dan Efisiensi Kincir Air Sudu Miring yang Bekerja pada Saluran Horizontal. Jurnal Gojise, 1(2), 1-7.
[6] Kiyokatsu Suga, Sularso 1997, “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin,” Jakarta.
[7] Rizal Hanifi, Marno, Kardiman, Eri Widianto. (2019).Rancang Bangun Mesin Hotpress untuk Pembuatan Papan Komposit Berbasis Limbah Sekam Padi dan Plastik HDPE. Jurnal Gojise, 2(1), 38-44.
[8] Chusnul Azhari, Diki Maulana, "perancangan mesin pencacah plastik tipe crusher kapasitas 50 kg/jam," ISU TEKNOLOGI STT MANDALA , vol. 13, no. 2, pp. 7-14, 2018.
[9] Setio Nugroho, perencanaan mesin pencacah botol plastik bekas dengan kapasitas 18kg/jam, padang: Politeknik Negeri Padang, 2016.
[10] Joseph E. Shigley, Larry D. Mitchell, perencanaan teknik mesin edisi keempat jilid 2, Jakarta: Erlangga, 1986.
