BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PENDAHULUAN
Pada bab ini akan dijelaskan beberapa penelitian tentang mesin pencacah plastik, definisi sampah plastik, jenis-jenis sampah plastik, cara penanggulangan sampah platik itu sendiri, serta penjelasan mengenai penggunaan dan tujuan metodologi VDI 2206.
2.2 DEFINISI SAMPAH
Sampah adalah buangan yang dihasilkan dari suatu proses produksi baik industri maupun domestik (rumah tangga). Sementara didalam UU No 18 Tahun 2008 tentang Pengelolaan Sampah, disebutkan sampah adalah sisa kegiatan sehari hari manusia atau proses alam yang berbentuk padat atau semi padat berupa zat organik atau anorganik bersifat dapat terurai atau tidak dapat terurai yang dianggap sudah tidak berguna lagi dan dibuang kelingkungan.
Menurut (Ashidiqy, 2009) Sebenernya sampah banyak penggolongannya, tetapi umumnya masyarakat mengenal ada 3 jenis yaitu :
2.2.1 Sampah Organik
Yaitu sampah yang mudah membusuk atau sampah yang dapat terurai oleh aktifitas organisme pembusuk. Organisme pembususknya adalah cacing. Bahan yang mudah terurai seperti makanan, sayuran, daunan kering dan sebagainya menjadi kompos.
2.2.2 Sampah Anorganik
Adalah sampah yang tidak mudah membusuk atau sampah yang sulit terurai seperti plastik, botol, dan gelas minuman dan sebagainya yang membutuhkan waktu yang lama untuk terurai.
2.2.3 Sampah Bahan Berbahaya Dan Beracun (B3)
Adalah limbah dari bahan-bahan berbahaya dan beracun seperti limbah rumah sakit, limbah pabrik dan lain-lain.
Dari data di atas bisa menjelaskan bahwa kesadaran pemisahan sampah di DKI Jakarta masih sangat kecil. Jadi harus ada pemahaman tentang penanggulangan sampah yang ada di lingkungan masyarakat.
Gambar 2.1 Hierarki Sampah
Sesuai hierarki sampah sebenarnya kita mengarahkan masyarakat ke pencegahan (Preventation), tetapi dikarenakan kurangnya kesadaran masyarakat terhadap hierarki limbah, mengakibatkan banyaknya masyarakat yang langsung membuang limbah atau sampah begitu saja kea lam. Tujuan hierarki sampah adalah untuk mengambil keuntungan maksimum dari produk-produk praktis dan untuk menghasilkan jumlah minimum limbah (Wikipedia, 2017)
Maka dari itu harus memberi penjelasan tentang Prinsip 4R, karena pada dasarnya 4R adalah pengembangan dari hierarki sampah, maka dengan cara ini dapat menimbulkan pemahaman kenapa sampah itu harus dimanfaatkan semaksimal mungkin.
Apa saja 4R itu :
Gambar 2.2 4R Picture Sumber : (Mulyono, 2016) a. Replace (mengganti) :
Gantilah barang – barang yang dapat di pergunakan dalam jangka lama dan tahan lama serta yang terpenting adalah ramah lingkungan.
Contoh :
Mengganti penggunaan kantong plastik dengan kantong plastik biodegradable, karena kantong palstik bahan ini lebih mudah terurai.
Membawa botol minum dari rumah atau menggunakan botol yang bisa digunakan berulang kali.
Menghindari menggunakan styrofoam, lebih baik membawa kotak makan sendiri untuk tempat makan yang akan kita beli.
b. Reduce (mengurangi)
Supaya tidak menghasilkan banyak sampah, maka kita pun bisa meminimalisir pemakaian benda – benda yang sekali pakai.
Contoh :
Ketika berbelanja sebaiknya membawa tas belanja sendiri dari rumah sehingga tidak perlu menggunakan kantong plastik.
Jangan sering membeli minuman botol karena jika minuman sudah habis maka botolnya hanya menambah sampah, lebih baik membawa botol air dari rumah. Menggunakan barang yang bisa di isi ulang.
c. Reuse (menggunakan kembali)
Merupakan sebuah aktifitas mengelola sampah dengan menggunakan kembali. Jika kita memanfaatkan benda – benda yang tidak terpakai kembali, maka sampah pun akan berkurang.
Contoh :
Membiasakan tidak membuang sampah kantong plastik habis berbelanja, karena bisa digunakan kembali.
Menggunakan kaleng bekas menjadi tempat pensil atau pot bunga. Menggunakan baju bekas untuk kain lap atau pel.
d. Recycle (Mendaur Ulang)
Recycle sendiri merupakan upaya pengurangan sampah dengan cara mendaur ulang. Dalam hal ini kita harus bisa membedakan sampah organik dan anorganik. Untuk mendaur ulang sampah anorganik sendiri bisa dengan mengumpulkan barang – barang seperti botol plastik bekas minuman, majalah, kertas bekas maupun kaleng bekas. Contoh :
Dengan cara menghancurkan sampah botol kemudian di olah kembali menjadi bahan baku kembali.
Seperti sekarang sudah ada bank sampah di DKI Jakarta sebagai tempat mengumpulkan sampah anorganik.
Telah diuraikan desain dan fabrikasi mesin daur ulang plastik yang meminimalkan keterbatasan yang sudah ada (impor) ke skala yang lebih besar dan luas pemanfaatannya serta pada saat yang sama memastikan pengelolaan sampah yang lebih efektif, (Ugoamadi C.C, Ihesiulor O.K.,2011)
Termasuk perhitungan bagian gaya-gaya dan daya transmisi, termasuk desain gigi, shaft, pemilihan bantalan, motor, kopling dan analisis ekonomi telah diuraikan dengan detail (Hammed, O. et al, 2015). Fokus pada perhitungan elemen-elemen mesin seperti belt,shaft ,etc,juga perhitungan daya motor, torsi serta gaya yang diperlukan untuk menghancurkan objeknya ,seperti plastik. (Kshirsaga, N.V., et al, 2014)
Sebuah mesin portabel untuk melayani berbagai masalah seperti bergerak dari satu tempat ke tempat lain , tidak memerlukan ruang lebih besar dibandingkan dengan mesin yang besar .Hal ini juga membantu masyarakat untuk memulai bisnis kecil (Hande S.A., et al, 2015)
Mata pisau yang berputar umumnya digunakan untuk memotong menjadi potongan-potongan kecil. pisau dipasang di daerah pinggiran yang sempit untuk mempertahankan kesenjangan antara pisau dan hasilkan pemotongan yang dinginkan. pergerakan dua mata pisau berdekatan dengan model tumpang tindih selama memotong. (Shih, J.A., et al, 2004)
Metode pembuangan sampah yang dibuang di mana limbah seperti larut dalam tempat tertentu dan membusuk. limbah yang dibuang membutuhkan waktu lebih untuk menurunkan dan juga membuat pencemaran lingkungan .Mesin penghancur limbah plastik bertujuan untuk mengurangi limbah dan mengubahnya menjadi yang lebih berguna. (Nithyananth, S. et al, 2014) Menjelaskan tiga dasar desain low-speed (kadang kadang disebut geser) shredders yang telah berevolusi bervariasi untuk memenuhi syarat syarat permohonan untuk menghancurkan jenis limbah plastik(Hill, M.R.,-)
2.3 JENIS – JENIS SAMPAH PLASTIK
Sebagian besar negara memiliki skema daur ulang yang dapat dengan mudah mendaur ulang plastik dengan nomor 1#, 2#, 5# dan 6#. Plastik dengan nomor 3#, 4# dan 7# juga lebih sulit untuk didaur ulang. beberapa ahli kesehatan percaya ada juga beberapa kekhawatiran tentang bocornya kandungan kimia dari plastik kontainer dengan nomor 3, 6 dan 7. Kandungan kimia yang dapat mencemari makanan atau minuman jika digunakan dalam waktu yang lama atau untuk menyimpan air panas. Plastik dengan nomor 1, 2, 4 dan 5 masih aman untuk berisi makanan dan minuman.
Salah satu bahan kimia yang dicemaskan oleh beberapa ahli adalah dalam plastik dengan nomor 7 yaitu bisphenol A (BPA). Beberapa ilmuwan telah mengklaim BPA dapat menjadi hormon disruptor dan mengakibatkan penyakit seperti kanker dan buruknya perkembangan anak.
2.3.1 PETE / PET / polyethylene terephthalate.
Gambar 2.3 PET /PETE / polyethylene terephthalate Sumber : (Syamsir, 2016)
Plastik jenis ini banyak digunakan sebagai botol minuman seperti air mineral, minuman bersoda , botol kecap dan saos. jenis ini bening , atau transparan . jenis plastik PET ini akan penyok pada suhu yang tinggi. sangat disarankan jangan menggunakan jenis plastik ini sampai berulang-ulang. Logo dari plastik ini adalah sebuah segitiga dengan angka nomer satu ditengahnya.
2.3.2 HDPE / high density polyethylene
Gambar 2.4 HDPE/ high density polyethylene Sumber : (Syamsir, 2016)
Warnanya putih susu pekat, jenis ini banyak digunakan sebagai pembungkus susu. logo dari plastik ini adalah sebuah segitiga dengan kode huruf nomer 2 di tengahnya.
2.3.3 PVC / polyvinyl chloride
Gambar 2.5 PVC/ polyvinyl chloride Sumber : (Syamsir,2016)
Jenis plastik ini banyak digunakan sebagai pembungkus makanan, dan kandungan utama dari jenis pvc ini adalah DEHA. ini juga berbahaya bagi kesehtan ginjal, mengganggu kerja hati. jadi jangan sekali klai memanaskan makanan jika makanan itu masih terbungkus oleh pvc. sedangkan simbol dari jenis plastik ini adalah sebuah segitiga yang diberi huruf angka 3.
2.3.4 LDPE / Low Density Polyethylene
Gambar 2.6 LDPE/ Low Density Polyethylene Sumber : (Syamsir, 2016)
Banyak makanan yang menggunakan jenis LDPE ini, dan salah satu sifat utama dari plastik ini adalah lembek tapi kuat. jenis LDPE ini sangat gampang untuk didaur ulang. sedangkan logo atau simbol dari jenis plastik ini adalah sebuah segitiga dengan kode huruf angka 4 .
2.3.5 PP / polypropylene
Gambar 2.7 Polypropylene Sumber : (Syamsir, 2016)
Warnanya transparan tapi tidak jernih atau sekilas akan tampak seperti berawan, ini banyak ditemukan sebagai pembungkus minuman , dan jenis ini sangat aman untuk digunakan. symbol dari plastik ini adalah berupa segitiga dengan angka 5 ditengahnya.
2.3.6 PS / polystyrene
Gambar 2.8 Polystyrene Sumber : (Syamsir, 2016)
Jenis PS ini merupakan bahan pembuatan styrofom. jika digunakan sebagai pembungkus makanan disarankan hanya untuk sekali pakai saja. bahan ini banyak ditemukan pada gelas styrofom yang hanya sekali pakai . mengingat akan bahaya dari plastik jenis ini cukup berbahaya sebaiknya kita menghindari untuk menggunakannya. Dan bahaya yang paling besar adalah mengganggu kesehatan otak dan menggangu sistem reproduksi pada wanita.
2.3.7 Other (O)
Gambar 2.9 Other Sumber : (Syamsir, 2016)
Ini adalah plastik selain dari yang telah disebutkan diatas, biasanya berjenis Polycarbonate. bahan jenis plastik ini akan menghasilkan Bisphenol-A. resiko dari bisphenol -A ini akan merusak sistem hormon pada tubuh manusia.
2.4 PENANGGULANGAN SAMPAH
Dari penjelasan diatas kita sudah bisa mengetahui bagaimana cara yang tepat untuk melakukan penanggulangan sampah, ada beberapa cara untuk melakukan penangulangan sampah.
2.4.1 Diolah Menjadi Pupuk
Pengolahan ini dilakukan untuk sampah yang mudah terurai atau biasanya digunakan untuk sampah jenis organik.
2.4.2 Pembakaran
Pengolahan ini dilakukan pada sampah yang sulit terurai atau perlu waktu yang lama untuk terurai maka dari itu cara membersihkannya adalah dengan cara
membakarnya, biasanya di gunakan untuk sampah anorganik, cara ini sangat tidak disarankan dikarenakan dapat menimbulkan pemanasan global.
2.4.3 Daur Ulang
Pengolahan ini dilakukan pada sampah yang sulit terurai juga tetapi cara daur ulang adalah cara yang menggunakan keahlian atau menggunakan alat untuk mendaur ulang kembali sampah anorganik.
2.4.4 Bank Sampah
Penanggulangan sampah ini adalah suatu sistem pengolahan sampah kering secara kolektif yang mendorong masyarakat untuk berperan secara aktif di dalamnya. Sistem ini akan menampung dan memilah dan menyalurkan sampah bernilai ekonomi pada pasar sehingga masyarakat mendapat keuntungan ekonomi dari menabung sampah.
Dari kajian di atas penanggulangan sampah sudah dilakukan oleh Provinsi DKI Jakarta, Bank sampah DKI Jakarta sudah mencapai 374 tempat yang tersebar diseluruh DKI Jakarta sejak tahun 2008, jumlah ini akan terus bertambah lebih banyak pada tiap tahunnya.
Gambar 2.10 Peta Bank Sampah DKI Jakarta Sumber : (Google Map, 2008)
Tetapi dikarenakan sampah plastik yang sudah dikumpulkan pada bank sampah tidak diolah kembali, sehingga harga jualnya sangat rendah. Maka dari itu dalam tugas akhir ini penulis akan membuat alat penghancur sampah plastik untuk menaikan nilai ekonomi dari barang bekas yang akan dijual oleh bank sampah.
Penulis akan menganalisa dan menghitung tentang perancangan dan konstruksi mesin pencacah plastik skala kecil bagi pengabdian masyarakat khususnya bagi para ibu – ibu pengelola bank sampah, UMKM dan masyarakat umum. Disini penulis melakukan perancangan dan menentukan desain serta konstruksi yang paling tepat untuk alat penghancur samph plastik.
Tabel 2.1 Perbandingan Harga Sampah Yang Sudah Diolah
HARGA SAMPAH PLASTIK 2016
NAMA BELUM DI OLAH SUDAH DI OLAH HASIL PERALON 900 12000 AQUA BOTOL 2200 13000 MAINAN 500 10000
Evaluasi dan validasi hasil penganalisaan dan perhitungan desain mesin ini dilakukan dengan mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI). Beberapa penelitian dan fabrikasi tentang alat penghancur sampah plastik baik skala besar maupun menengah telah banyak diuraikan oleh para peneliti baik skala nasional maupun skala internasional, juga tentang fabrikasinya. Perhitungan pembagian gaya – gaya dan daya transmisi termasuk desain pisau, pemilihan motor penggerak.
2.5 DEFINISI DAYA
Dalam fisika, daya adalah kecepatan melakukan kerja. Daya sama dengan jumlah energi yang dihabiskan per satuan waktu. Dalam sistem SI, satuan daya adalah joule per detik (J/s), atau watt untuk menghormati James Watt, penemu mesin uap abad ke-18. Daya adalah besaran skalar. Integral daya terhadap waktu mendefinisikan kerja yang dilakukan. Karena integral tergantung lintasan dari gaya dan torsi, maka perhitungan kerja tergantung lintasan. (Wikipedia, 2017)
Sebagai konsep fisika dasar, daya membutuhkan perubahan pada benda dan waktu yang spesifik ketika perubahan muncul. Hal ini berbeda dengan konsep kerja, yang hanya mengukur perubahan kondisi benda. Misal, kerja yang dilakukan seseorang adalah sama ketika mengangkat beban ke atas tidak peduli ia lari atau berjalan, namun dibutuhkan daya lebih besar untuk berlari karena kerja dilakukan pada waktu yang lebih singkat.
Daya keluaran motor listrik adalah hasil perkalian antara torsi yang dihasilkan motor dengan kecepatan sudut dari tangkai keluarannya. Daya pada kendaraan bergerak adalah hasil kali gaya traksi roda dengan kecepatan kendaraan. Kecepatan di mana bohlam lampu mengubah energi listrik menjadi cahaya dan panas diukur dalam watt—semakin tinggi nilainya, maka dibutuhkan energi listrik per satuan waktu yang makin banyak.
2.6 RUMUS DAN SATUAN DAYA
Dalam Fisika, Daya disimbolkan dengan Persamaan Berikut :
(2.1)
Dari Persamaan diatas maka kita juga dapat mengubah rumus daya menjadi:
(2.2)
atau
(2.3)
Hasil tersebut didapatkan karena Rumus Daya (P) = Gaya (F) dikali Jarak (s) dibagi Waktu (t)
Dan Rumus Kecepatan (v) = jarak (s) dibagi waktu (t) Dimana :
P = Daya ( satuannya J/s atau Watt ) W = Usaha ( Satuannya Joule [ J ] ) t = Waktu ( satuannya sekon [ s ] ) F = Gaya (Satuannya Newton [ N ] ) s = Jarak (satuannya Meter [ m ] )
v = Kecepatan (satuannya Meter / Sekon [ m/s ] )
2.7 DEFINISI GAYA
Gaya adalah tarikan atau dorongan yang terjadi terhadap suatu benda. Gaya dapat menimbulkan perubahan posisi, gerak atau perubahan bentuk pada benda. Gaya termasuk ke dalam besaran Vektor, karena memiliki nilai dan arah. Sebuah Gaya disimbolkan dengan huruf F (Force) dan Satuan Gaya dalam SI (Satuan Internasional) adalah Newton, disingkat dengan N. Pengukuran gaya dapat dilakukan dengan alat yang disebut dinamometer atau neraca pegas. Untuk melakukan sebuah gaya diperlukan usaha (Tenaga), semakin besar gaya yang hendak dilakukan, maka semakin besar pula Usaha (tenaga) yang harus dikeluarkan. (Hadi, A., 2015)
2.8 SIFAT – SIFAT GAYA
Berdasarkan penjelasan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa gaya memiliki beberapa sifat berikut :
1. Gaya dapat mengubah arah gerak benda 2. Gaya dapat mengubah bentuk benda
3. Gaya dapat mengubah posisi benda dengan cara menggerakkan atau memindahkannya
2.9 RUMUS DAN SATUAN GAYA
Gaya dirumuskan dengan tiga rumusan dasar yang menjelaskan kaitan gaya dengan gerak benda. Tiga Rumusan dasar ini adalah HUKUM NEWTON 1, 2, dan 3.
2.9.1 Hukum Newton 1
Jika Resultan (Penjumlahan atau pengurangan gaya) yang bekerja pada benda sama dengan nol, maka benda yang semula diam akan tetap diam, dan benda yang bergerak lurus beraturan akan tetap bergerak lurus beraturan.
Jadi Rumus Hukum Newton 1 adalah :
(2.4)
Dimana :
∑F = Resultan Gaya (kg/M/s2)
2.9.2 Hukum Newton 2
Percepatan (Perubahan dari kecepatan) gerak benda selalu berbanding lurus dengan resultan gaya yang bekerja pada suatu benda dan selalu berbanding terbalik dengan massa benda.
Jadi Rumus Hukum Newton 2 adalah :
Dimana :
∑F = resultan gaya (Kg m/s2) m = Massa Benda (Kg) a = percepatan (m/s2) 2.9.3 Hukum Newton 3
Setiap Aksi akan menimbulkan reaksi, artinya Jika Suatu benda mengerjakan gaya terhadap benda kedua makan, benda kedua akan membalas gaya dari benda pertama dengan arah yang berlawanan.
Jadi Rumus Hukum Newton 3 adalah :
∑FAKSI = -∑FREAKSI (2.6)
2.10 MENGHITUNG PUTARAN POROS PISAU
Dengan mengetahui putaran pada motor maka dapat ditentukan putaran pada pisau yang dapat diketahui dengan persamaan berikut :
Gambar 2.11 Transmisi belt dan pulley Dapat dirumuskan sebagai berikut :
(2.7) Sehingga : (2.8)
2.11 ANALISA GAYA DAN TORSI
Sebelum pembuatan mesin dilakukan percobaan awal mengetahui besarnya gaya potong pada peralon. Percobaan dilakukan dengan metode seperti pada gambar berikut:
F
1 2 3
Gambar 2.12 Uji potong sampah peralon Dimana :
1. Pisau pemotong
2. Bahan yang dipotong atau peralon 3. Timbangan
Metode percobaan :
Pemotongan sampah plastik pada peren canaan mesin akan dilakukan secara acak, untuk mengetahui gaya potong yang paling besar, dilakukan percobaan pada sampah pipa pralon yang memiliki luas bidang paling besar, spesifikasinya yaitu dimeter 50 mm dan panjang mm. Percobaan dilakukan dengan metode seperti pada gambar berikut:
Tabel 2.2 Tabel uji potong peralon
Bahan yang diuji
Gaya potong (Kgf) Pipa peralon 2,5 Pipa peralon 2,4 Pipa peralon 2,45 Pipa peralon 2,6 Pipa peralon 2,55 rata-rata 2,5
Dari data diatas, diambil gaya potong rata-rata sebesar 2,5 kgf untuk luasan ( 50), sehingga terhitung :
Maka :
W = m.g (2.9)
Sehingga gaya geser (Ft) pada pisau adalah : M pisau = 0
W. Lp - Fk cm = 0 (2.10) Pisau yang digunakan untuk memotong sampah plastik dalam perencanaan mesin sebanyak 5 pisau untuk dua kali potong, sehingga dapat dihitung besarnya gaya potong untuk 5 pisau menggunakan rumus :
Fpotong = Fk . z (2.11)
2.12 ANALISA DAYA
Daya yang dibutuhkan mesin pencacah sampah plastik dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu :
1. Daya pemotongan sampah plastik 2. Daya momen inersia
2.13 MENENTUKAN KECEPATAN PISAU
Menentukan kecepatan keliling, pisau dapat dihitung dengan cara sebagai berikut : Lp
R (dpp)
P
(2.12)
2.14 DAYA PEMOTONGAN
Setelah didapatkan gaya potong dan kecepatan keliling pisau, daya pemotongan dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
Ppot = Fp . vp (2.13)
2.15 MOMEN INERSIA 2.15.1 Momen Inersia Pisau
Menentukan momen inersia pada pisau dihitung dengan cara sebagai berikut :
(2.14)
2.15.2 Momen Inersia Poros
Menentukan momen inersia pada poros dihitung dengan cara sebagai berikut :
(2.15)
2.16 KECEPATAN SUDUT
Setelah memperoleh momen inersia pada poros dan pisau maka kecepatan sudut yang dihasilkan dapat ditentukan sebagai berikut :
(2.16)
2.17 PERCEPATAN SUDUT
Setelah memperoleh kecepatan sudut maka percepatan sudut yang dihasilkan dapat ditentukan sebagai berikut :
Dimana :
(2.18)
(2.19)
2.18 TORSI
Setelah memperoleh percepatan sudut maka torsi masing-masing momen dapat ditentukan sebagai berikut :
2.18.1 Torsi Pisau
(2.20)
2.18.2 Torsi Poros
(2.21)
2.19 MENGHITUNG DAYA TOTAL YANG DIBUTUHKAN Daya inersia total yang dibutuhkan adalah :
P
lt =P
Ipi +P
Ipo+ P
pot (2.22)2.20 METODOLOGI DESAIN MENGGUNAKAN VDI 2206
Metode desain VDI 2206 merupakan metologi desain mekatronika yang didasari pada pendekatan desain untuk menghasilkan sinergi pada mesin. Perancangan yang di gagas oleh Persatuan Insinyur Jerman (Verein Deutsher Ingenieure/VDI) yang di jabarkan oleh Prof. Dr. Magdy M. Abdelhameed. Metode mekatronika adalah sinergi dalam integrasi mekanik, listrik dan sistem komputer dengan sistem informasi untuk desain dan membuat produk proses. Sinergi yang dihasilkan oleh kombinasi yang tepat dari parameter, produk akhir bisa lebih baik daripada sekedar jumlah dari bagian – bagianya.
2.21 TUJUAN METODE VDI 2206
Efektifitas merupakan salah satu syarat utama dalam merancang suatu produk. Keinginan pemesan, situasi pasar dan perkembangan teknologi harus diperhatikan untuk bisa menghasilkan rancangan yang baik serta sesuai dengan kebutuhan dan keinginan pemesan. Ketiga hal tersebut dapat diatasi dengan metode VDI 2206. Metode 2206 bertujuan untuk memudahkan seseorang perancang merumuskan dan mengarahkan berbagai varian desain yang ada karena dalam metode tersebut ide-ide yang ada disusun secara efisien dan sistematis. (Magdy, 2014).
