ii
REKAYASA MIXER PEMBUAT PUPUK
ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI
Disusun Oleh :
FAISYAL ANDRI AMRULLAH I 8106025
Proyek Akhir ini telah disetujui untuk diajukan dihadapan Tim Penguji Tugas Akhir Program Studi D-III Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Pembimbing I Pembimbing II
Dr.Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 1971013 199702 1 001
iii
ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI
Disusun oleh :Nama : Faisyal Andri A NIM : I 8106025
Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada :
Hari : Tanggal :
No Nama
1. Dr.Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 1971013 199702 1 001
( ) 2. Eko Prasetya Budiana, ST., MT
NIP. 19710926 1999031 002
( ) 3. Eko Surojo ST.,MT
NIP. 196904112000031006
( ) 4. Bambang Kusharjanta,ST.,MT
19691116199702 1 001
( )
Mengetahui, Disahkan,
Ketua Program D-III Teknik Koordinator Proyek Akhir
Fakultas Teknik UNS Fakultas Teknik UNS
iv
HALAMAN MOTTO
Manusia sepantasnya ber usaha dan ber doa, tetapi Tuhan yang menentukan.
Apa yang kita cita-citakan tidak akan ter wujud tanpa disertai tekad dan usaha yang ker as.
Tidak ada suatu r encana tidak dapat ter wujud kala kita punya keyakinan dan mengubah car a pandang kita semua itu dapat ter wujud karena tekad
semangat dan keyakinan.
Tiada sesuatu yang paling indah di dunia ini keculai keber hasilan.
Kegagalan mer upakan sebuah pr oses menuju keber hasilan.
v
Sebuah hasil karya yang kami buat demi menggapai sebuah cita-cita, yang ingin ku-persembahkan kepada:
Allah SWT, karena dengan rahmad serta hidayah-Nya saya dapat
melaksanakan `Tugas Akhir’ dengan baik serta dapat menyelesaikan laporan ini
dengan lancar
Kedua Orang Tua yang aku sayangi yang telah memberi dorongan moril maupun meteril serta semangat yang tinggi sehingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Kakak dan ade`-ade`ku yang aku sayangi, ayo kejar cita-citamu.
My love yang aku cintai dan sayangi yang selalu mendukungku dalam suka maupun duka, siang maupun malam.
D III Produksi dan Otomotif angkatan 06’ yang masih tertinggal, jangan patah
semangat dan berjuang demi masa depan.
Ade’-ade’ angkatanku, tingkatkan mutu dan kualitas diri, jangan pernah
vi
Faisyal Andri A, 2010, REKAYASA MIXER PEMBUATAN PUPUK ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI, Program study diploma III Mesin Produksi, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Pondok pesantren Abdurrahman Bin Auf di klaten mempunyai peternakan sapi cukup banyak, sehingga menghasilkan kotoran yang banyak. Kotoran ini dikumpulkan dan digunakan untuk pemembuatan biogas. Sisa kotoran hasil biogas dimanfaatkan untuk pembuatan pupuk pertanian. Proyek Akhir ini bertujuan untuk merencanakan, membuat, dan menguji mesin mixer sebelum pelletisasi untuk keperluan homogenisasi pupuk kotoran sapi.
Metode dalam perancangan mesin ini adalah studi pustaka dan pengujian alat. Alat ini memiliki bagian utama yaitu tabung pengaduk bersudu. Untuk mentransmisikan daya dari motor ke r educer menuju ke poros melalui puli, V-belt, juga gear dan rantai. Proses pembuatannya melalui beberapa tahapan yaitu pemotongan, pembubutan, pengelasan, pelubangan dan perakitan komponen.
vii
Puji syukur kehadirat Allah SWT. yang memberikan limpahan rahmat, karunia dan hidayah-Nya, sehingga laporan Proyek Akhir dengan judul REKAYASA MIXER PEMBUATAN PUPUK ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI ini dapat terselesaikan dengan baik tanpa halangan suatu apapun. Proyek Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan kelulusan bagi mahasiswa DIII Teknik Mesin Produksi Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Dalam laporan ini, penulis menyampaikan banyak terima kasih atas bantuan semua pihak, sehingga laporan ini dapat disusun. Penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Zainal Arifin, ST.,MT Selaku ketua program DIII Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret.
2. Bapak Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT. Selaku pembimbing Proyek Akhir I. 3. Bapak Eko Prasetya Budiana, ST., MT Selaku pembimbing Proyek Akhir II. 4. Bapak Jaka Sulistya Budi, ST. Selaku koordinator proyek akhir.
5. Bapak dan Ibu di rumah atas segala bentuk dukungan dan doanya. 6. Rekan-rekan mahasiswa D III Produksi dan Otomotif angkatan 2006 . 7. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari dalam penulisan laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari pembaca sangat dinantikan. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi pembaca bagi pada umumnya. Amin.
Surakarta, Januari 2010
viii
HALAMAN JUDUL...ii
HALAMAN PERSETUJUAN... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iii
HALAMAN MOTTO ... iv
PERSEMBAHAN ... v
ABSTRAKSI... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR NOTASI ... xii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah... 2
1.4. Tujuan Proyek Akhir ... 2
1.5. Manfaat Proyek Akhir ... 2
1.6. Metode Pemecahan Masalah ... 3
BAB II DASAR TEORI... 4
2.1. Puli dan Sabuk... 4
2.2. Bantalan... 8
2.3. Poros... 9
2.4. Statika... 12
2.5. Proses Pengelasan ... 14
2.6. Proses Permesinan... 16
2.7. Pemilihan Mur dan Baut ... 29
BAB III ANALISA PERHITUNGAN... 22
3.1. Prinsip Kerja... 22
3.2. Perhitungan dan Analisis ... 23
ix
3.3. Perencanaan Poros: ... 30
3.4. Perhitungan Rangka ... 37
3.5. Perencanaan Mur dan Baut ... 42
3.5.1 Baut Pada Dudukan Motor ... 42
3.5.2 Baut Pada DudukanReduce ... 45
3.6. Perencanaan Bantalan ... 47
3.7. Perhitungan Las... 48
BAB IV PROSES PRODUKSI... 51
4.1. Pembuatan poros ... 51
4.2. Waktu Permesinan ... 52
4.3. Membuat rangka... 55
4.4. Proses pengecatan ... 56
4.5. Perakitan... 56
4.6. Estimasi Biaya... 57
4.7. Perawatan Mesin ... 59
BAB V PENUTUP... 61
5.1. Kesimpulan……….. 61
x
Gambar 2.1 Gambar sabuk dan sudut kontak puli(Khurmi dan Gupta, 2002) ... 5
Gambar 2.2. Jenis-jenis bantalan gelinding (Sularso dan suga, 1978)... 9
Gambar 2.3. Sketsa prinsip statika kesetimbangan (Popov, 1996) ... 12
Gambar 2.4. Sketsa gaya dalam (Popov, 1996) ... 13
Gambar 2.5. Sketsa reaksi tumpuan rol (Popov, 1996)... 14
Gambar 2.6. Sketsa reaksi tumpuan sendi (Popov, 1996)... 14
Gambar 2.7. Sketsa reaksi tumpuan jepit (Popov, 1996t ... 15
Gambar 3.1. Sketsa mesin rekayasa Mixer ... 22
Gambar 3.2. Skema pembebanan pada poros ... 31
Gambar 3.3. Potongan yang dianalisa ... 32
Gambar 3.4.Potongan X-X (C- A) ... 32
Gambar 3.5. Potongan Y-Y (A-D) ... 33
Gambar 3.6.Potongan A-A (B-E)... 34
Gambar 3.7.Potongan Z-Z (B-D) ... 34
Gambar 3.8.Diagram Gaya Normal ... 35
Gambar 3.9.Diagram Gaya Geser ... 35
Gambar 3.10.Diagram Momen Lentur ... 36
Gambar 3.11 Pembebanan pada salah satu rangka ... 36
Gambar 3.12. Analisa Pembebanan salah satu rangka... 37
Gambar 3.13.Diagram gaya geser (A-E-B)... 37
Gambar 3.14 Diagram momen lentur (A-E-B) ... 38
Gambar 3.15 Diagram gaya pada rangka ... 38
Gambar 3.16 Diagram gaya normal ... 39
Gambar 3.17 Diagram pembebanan pada batang A-C... 39
Gambar 3.18 SFD batang A-C ... 40
Gambar 3.19 NFD batang A-C ... 40
Gambar 3.20 BMD batang A-C ... 40
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Kecepatan pahat HSS (mm/menit)...62
Tabel 4.2. Kecepatan pemakanan pahat (mm/rev) ... 52
Tabel 4.3. Daftar harga komponen mesin ... 57
Tabel 4.4. Daftar harga komponen cat ... 58
xii
A = luas penampang (mm2).
b = tebal roda gigi (mm).
d = diameter (mm).
Dp = diameter puli besar (m)
F = gaya (N).
i = jumlah langkah pemakanan.
L = panjang pembubutan (mm).
l = jarak (mm).
M = momen (kg.m).
m = modul (mm).
Me = momen ekivalen (kg.m).
N,n = kecepatan putaran (rpm).
P = daya motor (watt).
r = jari-jari (mm).
s = kecepatan pemakanan (mm/rev).
T = torsi (kg.m).
Te = torsi ekivalen (kg.m).
Tc = Tegangan sentrifugal (N)
= Sudut kontak puli (rad)
TP = jumlah gigi pinion.
v = kecepatan (m/s). d
P = daya motor (watt)
WA = beban aksial pada gigi (N).
WT = beban tangensial pada gigi (N).
y’ = faktor pinion.
z = jumlah gigi pahat frais.
= sudut kemiringan gigi (derajat). σ = tegangan tekan (N/mm2).
w
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Berdasarkan peninjauan di lapangan pada Pondok Pesantren Abdurrahman Bin Auf yang memiliki luas lahan kurang lebih mencapai lima hektar mempunyai beberapa unit usaha, diantaranya peternakan ayam, dan peternakan sapi. Pondok Pesantren berkapasitas 120 orang santri ini memiliki sekitar 4.000 ekor ayam dan 100 ekor sapi yang dipisahkan dalam empat kandang ayam dan dua kandang sapi. Dengan jumlah sapi mencapai 100 ekor, volume kotoran yang dihasilkan sekitar 2.360 kg/hari. Kotoran ini dikumpulkan dan digunakan untuk membuat
biogas. Sisa kotoran setelah dibuat biogas digunakan untuk pupuk pertanian. Sebagian pupuk ini digunakan sendiri dan yang lain dijual.
Penggunaan pupuk ini masih dalam bentuk serbuk, sehingga menimbulkan beberapa masalah antara lain: pemerataan pupuk dalam bentuk ini dirasa kurang begitu mudah dan berdebu. Permasalahan pemerataan dan berdebu ini dapat diatasi dengan mengolahnya menjadi pellet. Pembuatan pellet membutuhkan teknologi dan mesin-mesin tepat guna.
1.2. Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam proyek akhir ini adalah bagaimana merancang, membuat, dan menguji mixer dengan tabung yang berputar dengan penggerak motor bensin yang sederhana dan efektif. Masalah yang akan diteliti meliputi:
1. Cara kerja mesin.
2. Pemilihan bahan dalam proses pembuatan komponen mesin. 3. Analisa perhitungan mesin.
4. Perkiraan perhitungan biaya. 5. Pembuatan mesin.
6. Pengujian campuran kotoran sapi dengan tetes tebu.
1.3. Batasan Masalah
Batasan masalah pada proyek akhir ini adalah:
1. Perhitungan dibatasi hanya pada komponen mesin yang meliputi: perhitungan putaran rantai, roda gigi, poros, bantalan, kekuatan rangka, dan kekuatan las.
2. Daya motor yang digunakan 5,5 HP. 3. Kapasitas volume tabung adalah 40 Kg
1.4. Tujuan Proyek Akhir
Tujuan dari proyek akhir ini adalah supaya mahasiswa dapat merancang,membuat, dan menguji mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi untuk dimanfaatkan sebagai usaha yang berguna.
1.5. Manfaat Proyek Akhir
Proyek akhir ini mempunyai manfaat sebagai berikut : 1) Secara Teoritis
2) Secara Praktis
Mahasiswa dapat menerapkan ilmu yang diperoleh selama kuliah khususnya dalam bidang mata kuliah kerja bangku dan plat, permesinan, mekanika teknik, elektronika, dan elemen mesin serta mengetahui karakteristik setiap komponen yang digunakan beserta cara kerjanya.
1.6. Metode Pemecahan Masalah
Dalam penyusunan laporan ini penulis mengunakan beberapa metode untuk merancang rekayasa mixer pembuatan pupuk
organik limbah kotoran sapi antara lain: a.Studi pustaka.
Yaitu data diperoleh dengan merujuk pada beberapa literatur sesuai dengan permasalahan yang dibahas.
b.Pengujian alat.
BAB II
DASAR TEORI
Untuk melakukan perhitungan pada komponen mesin ini diperlukan dasar-dasar perhitungan yang sudah menjadi standar internasional. Perhitungan ini akan memperkecil ketidaksesuaian dari material maupun komponen mesin. Hal-hal yang berkaitan dengan perancangan mesin ini meliputi:
2.1 Puli dan Sabuk
Puli merupakan salah satu elemen dalam mesin yang mereduksi putaran dari motor bensin menuju r educer, ini juga berfungsi sebagai kopling putaran motor bensin dengan r educer. Puli dapat terbuat dari besi cor, baja cor, baja pres, atau aluminium (Khurmi dan Gupta, 2002) .
Sabuk berfungsi sebagai alat yang meneruskan daya dari satu poros ke poros yang lain melalui dua puli dengan kecepatan rotasi sama maupun berbeda. Tipe sabuk antara lain: sabuk flat, sabuk V, dan sabuk cir cular. Faktor-faktor dalam perencanaan sabuk (Khurmi dan Gupta, 2002) :
1. Perbandingan kecepatan
Perbandingan antara kecepatan puli penggerak dengan puli pengikut ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 2002) :
2 1
1 2
D D N N
...……..( 2.1 )
dengan:
D1 = Diameter puli penggerak (mm)
D2 = Diameter puli pengikut (mm)
N1 = Kecepatan puli penggerak (rpm)
T1 c
T2
DP1 Dp2
Gambar 2.1. Panjang sabuk dan sudut kontak pada sabuk terbuka (Khurmi dan Gupta, 2002)
2. Perhitungan panjang sabuk
Perhitungan panjang sabuk ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978) :
L = 2C + π/2 ( Dp + dp ) + ¼c ( Dp – dp )² ...( 2.2 ) dengan:
L = Panjang sabuk ( cm ) C = Jarak sumbu poros ( m ) Dp = Diameter puli besar ( m ) dp = Diameter puli kecil ( m ) 3. Jarak antara kedua poros
Perhitungan jarak kedua poros ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978) :
C = b + √b² - 8 ( Dp – dp )² ...( 2.3 ) 8
dimana :
b = 2h – 3,14 ( Dp – dp ) ...( 2.4 ) 4. Sudut singgung sabuk dan puli
Perhitungan sudut singgung sabuk dan puli ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 2002) :
sin α =
X r r1 2
dengan :
α = Sudut singgung sabuk dan puli ( ˚ ) R = Jari-jari puli besar ( m )
r = Jari-jari puli kecil ( m ) 5. Sudut kontak puli
Perhitungan sudut kontak puli ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 2002) :
= ( 180 + 2.α ) π/180 ...( 2.6 )
= Sudut kontak puli ( ˚ ) 6. Kecepatan sabuk
Perhitungan kecepatan sabuk ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 2002) :
V = 60
. .dn
( m/s ) ...( 2.7 )
dengan :
d = Diameter puli roll ( m ) n = Putaran roll ( rpm ) 7. Gaya sentrifugal
Perhitungan gaya sentrifugal ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 2002) :
Tc = m . ( V )² ... ( 2.8 ) dengan :
Tc = Tegangan sentrifugal m = Massa sabuk ( kg/m )
V = Kecepatan keliling sabuk ( m ) 8. Besarnya gaya yang bekerja pada sabuk V
Perhitungan gaya gaya yang bekerja pada sabuk V ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 2002) :
2,3 log
Tc T
Tc T
t t
2 1
...( 2.9 )
1 t
T = Tegangan total sisi kencang (N) 2
t
= Koefisien geser antara sabuk dan puli
= Sudut kontak puli (rad)
9. Perhitungan Penggunaan Jumlah Sabuk
Perhitungan penggunaan jumlah sabuk ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 2002) :
Ps = (T1 – T2 ) . V...( 2.10 ) P = Ps : daya yang ditransmisikan sabuk ( watt )
1
T = F1 : gaya tegang sabuk sisi kencang ( kg ) 2
T = F2 : gaya tegang sabuk sisi kendor ( kg ) V = Kecepatan linier ( m/s )
10.Jumlah Sabuk Yang Diperlukan
Perhitungan jumlah sabuk yang diperlukan ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978):
N = s d
P P
... ……( 2.11 ) Dengan :
d
P : Daya motor (watt) s
P : Daya yang ditransmisikan sabuk (watt)
11.Menentukan banyaknya gigi spr ocket
Perhitungan untuk menentukan banyaknya gigi spr oket ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978):
2 1 . 1 2
n Z n
Z ... ( 2.12 ) dengan :
2
Z = Jumlah gigi spr ocket pada poros I (penggerak) 1
Z = Jumlah gigi spr ocket pada poros II (yang digerakkan) 1
n = Putaran pada poros I (rpm) 2
n = Putaran pada poros II (rpm
Menentukan Diameter Jarak Bagi Spr ocket
1
0/ 180
sin Z
p
dp ...( 2.13 )
2
0/ 180
sin Z
p
Dp ... ( 2.14 ) dengan :
dp = Diameter lingkaran jarak bagi spr ocket poros I (mm) Dp = Diameter lingkaran jarak bagi spr ocket poros II (mm) P = Jarak bagi rantai (mm)
2
Z = Jumlah gigi sprocket pada poros I
1
Z = Jumlah gigi sprocket pada poros II 2.2Bantalan
Bantalan adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros yang berbeban dan mengurangi gesekan pada poros, sehingga putaran poros dapat berlangsung secara halus. Pelumas digunakan untuk mengurangi panas yang dihasilkan dari gesekan tersebut. Secara garis besar bantalan dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis yaitu (Sularso dan Suga, 1987):
1. Bantalan Luncur
Pada bantalan ini terjadi gesekan antara poros dengan bantalan yang dapat menimbulkan panas yang besar sehingga untuk mengatasi hal tersebut diberikan lapisan pelumas antara poros dengan bantalan (Sularso dan Suga, 1987).
2. Bantalan Gelinding
Pada bantalan gelinding ini terjadi gesekan antara bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding, sehingga gesekan yang terjadi menjadi lebih kecil. Berdasarkan arah beban terhadap poros bantalan dibagi menjadi 3 macam yaitu (Sularso dan Suga, 1987): 1. Bantalan radial
Pada bantalan ini arah beban adalah tegak lurus dengan sumbu poros. 2. Bantalan aksial
3. Bantalan gelinding khusus
Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros.
Gambar 2.2. Jenis-jenis bantalan gelinding (Sularso dan Suga, 1978)
2.3 Poros
Poros merupakan bagian yang berputar, dimana terpasang elemen pemindah gaya, seperti roda gigi, bantalan dan lain-lain. Poros bisa menerima beban-beban tarikan, lenturan, tekan atau puntiran yang bekerja sendiri-sendiri maupun gabungan satu dengan yang lainnya. Kata poros mencakup beberapa variasi seperti shaft atau axle (as). Shaft merupakan poros yang berputar dimana akan menerima beban puntir, lenturan atau puntiran yang bekerja sendiri maupun secara gabungan. Sedangkan axle (as) merupakan poros yang diam atau berputar yang tidak menerima beban puntir (Khurmi dan Gupta, 2002).
Untuk merencanakan suatu poros maka perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1987):
1. Kekuatan Poros.
Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau gabungan antara puntir dan lentur, juga ada poros yang mendapatkan beban tarik atau tekan. Oleh karena itu, suatu poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-beban di atas.
2. Kekakuan Poros.
Meskipun suatu poros mempunyai kekuatan cukup tetapi jika lenturan puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian atau getaran dan suara, karena itu disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani poros tersebut.
3. Korosi.
Baja tahan korosi dipilih untuk poros. Bila terjadi kontak fluida yang korosif maka perlu diadakan perlindungan terhadap poros supaya tidak terjadi korosi yang dapat menyebabkan kekuatan poros menjadi berkurang.
4. Bahan Poros.
Poros untuk mesin biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan finishing, baja konstruksi mesin yang dihasilkan dari ingot
yang di ”cill” (baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilikon dan dicor,
kadar karbon terjamin). Meskipun demikian, bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang. Poros-poros untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan terhadap keausan.
N x x P x T 2 60
... (2.15)
Keterangan :
T = Torsi maksimum yang terjadi (kg.m). P = Daya motor (W).
N = Kecepatan putaran poros (rpm). 2. Torsi ekivalen
Te M2 T2 ... (2. 16) Diameter poros :
3 . 16 s e x T x d
... (2. 17)
Keterangan :
Te = Torsi ekivalen (kg.m).
T = Torsi maksimum yang terjadi (kg.m).
M = Momen maksimum yang terjadi (kg.m).
s = Tegangan geser maksimum yang terjadi (kg/cm2).
d = Diameter poros (cm). 3. Momen ekivalen
Me =
2 2 2 1 T M
M ...( 2.18 )
Diameter poros : 3 32 b e x M x d
...( 2.19 )
Keterangan :
Me = Momen ekivalen (kg.m).
Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang statika dari suatu beban terhadap gaya-gaya dan juga beban yang mungkin ada pada bahan tersebut. Dalam ilmu statika keberadaan gaya-gaya yang mempengaruhi sistem menjadi suatu obyek tinjauan utama dan meliputi gaya luar dan gaya dalam. Gaya luar adalah gaya yang diakibatkan oleh beban yang berasal dari luar sistem yang pada umumnya menciptakan kestabilan konstruksi.
Gambar 2.3. Sketsa prinsip statika kesetimbangan ( Popov, 1996 ) Jenis bebannya dibagi menjadi:
1. Beban dinamis adalah beban sementara dan dapat dipindahkan pada konstruksi.
2. Beban statis adalah beban yang tetap dan tidak dapat dipindahkan pada konstruksi.
3. Beban terpusat adalah beban yang bekerja pada suatu titik.
4. Beban terbagi adalah beban yang terbagi merata sama pada setiap satuan luas.
5. Beban terbagi variasi adalah beban yang tidak sama besarnya tiap satuan luas.
6. Beban momen adalah hasil gaya dengan jarak antara gaya dengan titik yang ditinjau.
7. Beban torsi adalah beban akibat puntiran. Beban Reaksi
Gambar 2.4. Sketsa gaya dalam ( Popov, 1996 )
Gaya dalam dapat dibedakan menjadi :
1. Gaya normal (nor mal for ce) adalah gaya yang bekerja sejajar sumbu batang.
2. Gaya lintang/geser (shear ing force) adalah gaya yeng bekerja tegak lurus sumbu batang.
3. Momen lentur (bending momen).
Persamaan kesetimbangannya adalah (Popov, 1996):
- Σ F = 0 atau Σ Fx = 0
Σ Fy = 0 (tidak ada gaya resultan yang bekerja pada suatu benda)
- Σ M = 0 atau Σ Mx = 0
Σ My = 0 (tidak ada resultan momen yang bekerja pada suatu
benda) 4. Reaksi.
Reaksi adalah gaya lawan yang timbul akibat adanya beban. Reaksi sendiri terdiri dari :
1. Momen.
(M)= F x s ...(2.20) di mana :
S = Jarak (mm). 2. Torsi.
3. Gaya. 5. Tumpuan
Dalam ilmu statika, tumpuan dibagi atas: 1. Tumpuan roll/penghubung.
Tumpuan ini dapat menahan gaya pada arah tegak lurus penumpu, biasanya penumpu ini disimbolkan dengan.
Gambar 2.5. Sketsa reaksi tumpuan rol (Popov, 1996 ) 2. Tumpuan sendi.
Tumpuan ini dapat menahan gaya dalam segala arah.
Gambar 2.6. Sketsa reaksi tumpuan sendi (Popov, 1996) 3. Tumpuan jepit.
Tumpuan ini dapat menahan gaya dalam segala arah dan dapat menahan momen.
Gambar 2.7. Sketsa reaksi tumpuan jepit (Popov, 1996) Reaksi
Reaksi
Momen
Reaksi
4. Diagram gaya dalam.
Diagram gaya dalam adalah diagram yang menggambarkan besarnya gaya dalam yang terjadi pada suatu konstruksi. Sedang macam-macam diagram gaya dalam itu sendiri adalah sebagai berikut (Popov, 1996) :
1. Diagr am gaya nor mal (NF D), diagram yang menggambarkan besarnya gaya normal yang terjadi pada suatu konstruksi.
2. Diagr am gaya geser (SF D), diagram yang menggambarkan besarnya gaya geser yang terjadi pada suatu konstruksi.
3. Diagr am moment (BMD), diagram yang menggambarkan besarnya momen lentur yang terjadi pada suatu konstruksi.
2.5 Proses Pengelasan
Dalam proses pengelasan rangka, jenis las yang digunakan adalah las listrik DC dengan pertimbangan akan mendapatkan sambungan las yang kuat. Pada dasarnya instalasi pengelasan busur logam terdiri dari bagian–bagian penting sebagai berikut (Kenyon, 1985):
1. Sumber daya, yang bisa berupa arus bolak balik (ac) atau arus searah (dc). 2. Kabel timbel las dan pemegang elektroda.
3. Kabel balik las (bukan timbel hubungan ke tanah) dan penjepit. 4. Hubungan ke tanah.
Fungsi lapisan elektroda dapat diringkaskan sebagai berikut :
1. Menyediakan suatu perisai yang melindungi gas sekeliling busur api dan logam cair.
2. Membuat busur api stabil dan mudah dikontrol.
3. Mengisi kembali setiap kekurangan yang disebabkan oksidasi elemen– elemen tertentu dari genangan las selama pengelasan dan menjamin las mempunyai sifat–sifat mekanis yang memuaskan.
5. Membantu mengontrol (bersama–sama dengan arus las) ukuran dan frekuensi tetesan logam cair.
6. Memungkinkan dipergunakannya posisi yang berbeda.
Dalam las listrik, panas yang akan digunakan untuk mencairkan logam diperoleh dari busur listrik yang timbul antara benda kerja yang dilas dan kawat logam yang disebut elektroda. Elektroda ini terpasang pada pegangan atau holder las dan didekatkan pada benda kerja hingga busur listrik terjadi. Karena busur listrik itu, maka timbul panas dengan temperatur maksimal 3450oC yang dapat mencairkan logam (Kenyon, 1985).
1. Sambungan las
Ada beberapa jenis sambungan las, yaitu:
Butt join
Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang yang sama.
Lap join
Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang yang pararel.
Edge join
Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang paparel, tetapi sambungan las dilakukan pada ujungnya.
T- join
Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas tegak lurus satu sama lain.
Cor ner join
Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas tegak lurus satu sama lain.
2. Memilih besarnya arus
datar dan horisontal. Angka keempat adalah menyatakan jenis selaput elektroda dan jenis arus (Kenyon, 1985).
Besar arus listrik harus sesuai dengan elektroda, bila arus listrik terlalu kecil, maka:
- Pengelasan sukar dilaksanakan. - Busur listrik tidak stabil.
- Panas yang terjadi tidak cukup untuk melelehkan elektroda dan benda kerja.
- Hasil pengelasan atau rigi-rigi las tidak rata dan penetrasi kurang dalam.
Apabila arus terlalu besar maka: - Elektroda mencair terlalu cepat.
- Hasil pengelasan atau rigi-rigi las menjadi lebih besar permukaannya dan penetrasi terlalu dalam.
2.6 Proses Permesinan
Proses permesinan adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengerjakan elemen-elemen mesin, yang meliputi proses kerja mesin dan waktu pemasangan. Pada umumnya mesin-mesin perkakas mempunyai bagian utama sebagai berikut (Scharkus dan Jutz, 1996):
1. Motor penggerak (sumber tenaga).
2. Kotak transmisi (roda-roda gigi pengatur putaran). 3. Pemegang benda kerja.
4. Pemegang pahat/alat potong.
Macam-macam gerak yang terdapat pada mesin perkakas sebagai berikut (Scharkus dan Jutz, 1996) :
1. Gerak utama (gerak pengirisan).
Adalah gerak yang menyebabkan mengirisnya alat pengiris pada benda kerja. Gerak utama dapat dibagi :
Gerak utama berputar
Mesin perkakas dengan gerak utama berputar biasanya mempunyai gerak pemakanan yang kontinyu.
Gerak utama lurus
Misalnya pada mesin sekrap.
Mesin perkakas dengan gerak utama lurus biasanya mempunyai gerak pemakanan yang periodik.
2. Gerak pemakanan.
Gerak yang memindahkan benda kerja atau pahat tegak lurus pada gerak utama.
3. Gerak penyetelan.
Menyetel atau mengatur tebal tipisnya pemakanan, mengatur dalamnya pahat masuk dalam benda kerja
Adapun macam-macam mesin perkakas yang digunakan antar lain:
Mesin bubut
Prinsip kerja mesin mesin bubut adalah benda kerja yang berputar dan pahat yang menyayat baik memanjang maupun melintang. Benda kerja yang dapat dikerjakan pada mesin bubut adalah benda kerja yang silindris, sedangkan macam-macam pekerjaan yang dapat dikerjakan dengan mesin ini adalah antara lain (Scharkus dan Jutz, 1996):
- pembubutan memanjang dan melintang - pengeboran
- pembubutan dalam atau memperbesar lubang - membubut ulir luar dan dalam
Perhitungan waktu kerja mesin bubut adalah: 1. Kecepatan pemotongan (v).
V= π.D.N ...(2.21) dimana :
D = Diameter banda kerja (mm). N = Kecepatan putaran (rpm). 2. Pemakanan memanjang
n =
d v
. 1000 .
...(2.22)
Tm =
n S
L
r.
...(2.23) Dimana :
Tm = Waktu permesinan memanjang (menit) L = Panjang pemakanan (mm)
S = Pemakanan (mm/put) N = Putaran mesin (rpm) d = Diameter benda kerja (mm) v = Kecepatan pemakanan (m/menit) 3. Pada pembubutan melintang
waktu permesinan yang dibutuhkan pada waktu pembubutan melitang adalah :
Tm =
n S
r
r.
... (2.24) Dimana :
r = Jari-jari bahan (mm)
Mesin Bor
Mesin bor digunakan untuk membuat lubang (dr iling) serta memperbesar lubang (bor ing) pada benda kerja. Jenis mesin bor adalah sebagai berikut (Scharkus dan Jutz, 1996):
1. Mesin bor tembak 2. Mesin bor vertikal 3. Mesin bor horisontal
Tm =
n x S
L
r
...(2.25)
n =
d x x v
1000
...(2.26)
L = l + 0,3 x d...(2.27) `Dimana:
d = Diameter pelubangan (mm)
2.7 Pemilihan Mur dan Baut
Pemilihan mur dan baut merupakan pengikat yang sangat penting. Untuk mencegah kecelakaan, atau kerusakan pada mesin, pemilihan baut dan mur sebagai alat pengikat harus dilakukan secara teliti dan direncanakan dengan matang di lapangan. Tegangan maksium pada baut dihitung dengan persamaan di bawah ini (Khurmi dan Gupta, 1980):
σ maks =
A F
... (2.28)
=
4 2
d x
F
Bila tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan geser dan tarik bahan, maka penggunaan mur-baut aman. Baut berbentuk panjang bulat berulir, mempunyai fungsi antara lain (Khurmi dan Gupta, 2002):
Sebagai pengikat
Baut sebagai pengikat dan pemasang yang banyak digunakan ialah ulir profil segitiga (dengan pengencangan searah putaran jarum jam). Baut pemasangan untuk bagian-bagian yang berputar dibuat ulir berlawanan dengan arah putaran dari bagian yang berputar, sehingga tidak akan terlepas pada saat berputar.
Sebagai pemindah tenaga
Contoh ulir sebagian pemindah tenaga adalah dongkrak ulir, transportir mesin bubut, berbagai alat pengendali pada mesin-mesin. Batang ulir seperti ini disebut ulir tenaga (power scr ew).
max =
n x d x
F
c 2 4
...(2.29)
Dimana :
max = Tegangan geser maksimum (N/mm2) F = Beban yang diterima (N)
BAB III
ANALISA PERHITUNGAN
[image:33.596.176.458.193.465.2]3.1. Prinsip Kerja
Gambar 3.1 Sketsa mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk
Mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi sistem pemasukan dengan dituang ke dalam drum dengan gerakan utama berputar. Gaya putar ini disebabkan karena adanya putaran dari motor diesel. Motor diesel dipasang pada kerangka dan diberi gear, kemudian dipasangkan couple yang terdapat tuas sebagai kopling antar mesin diesel dengan r educer. Putaran r educer dari gear dilanjutkan ke rantai yang berhubungan dengan gear besar yang terpasang pada satu poros yang berhubungan dengan dengan drum. Setelah motor diesel dihidupkan (dalam keadaan on), maka drum akan berputar. Karena adanya
bagian drum terdapat sudu sebagai jari–jari yang melintang. Pada bagian poros terdapat dua buah bear ing yang menopang drum.
Rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi memiliki lubang masukan pada drum setengah lingkaran, pada bagian pintu terdapat pengunci. Kotoran sapi dimasukkan ke dalam drum, sedang perbandingan tetes tebu dengan air yaitu 60% untuk air dan 40% untuk tetes tebu. Setelah selesai maka pintu masukan ditutup dan mesin dihidupkan, selama mesin diesel hidup drum bisa dihentikan putarannya untuk menuangkan campuran tetes tebu dengan menarik tuas koplingnya yang terpasang pada rangka. Jika tetes tebu sudah tercampur dengan kotoran sapi maka mesin bisa dimatikan
Bagian-bagian utama dari mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi sistem putaran drum antara lain:
a.Elemen yang berputar : gear , rantai, poros dan drum. b. Elemen yang diam : bear ing
c.Penggerak : motor listrik.
d.Bagian pendukung : rangka, r educer, dudukan dan lain-lain.
Cara kerja mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi sistem pencampur dengan putaran drum antara lain:
1.Memasukkan kotoran sapi
2.Menuangkan campuran tetes tebu
3.Setelah bahan dimasukkan mesin dinyalakan dengan menarik tuas 4.Setelah 20 menit mesin dimatikan dengan menekan tombol off.
3.2.Perhitungan dan Analisis
3.2.1. Menentukan Putaran Poros Motor
Daya dari bahan bakar untuk motor diesel = 4.103 W
Kebutuhan Bahan bakar = 1 liter
Asumsi campuran tetes tebu yang dibutuhkan = 108 liter/hari Kebutuhan mixer kotoran sapi = 1.440 kg/har i
Panjang poros = 1.250 mm
Diameter drum = 550 mm
Tinggi drum = 800 mm
3.2.2. Perencanaan reduksi putaran Putaran motor (N1) = 2.000 rpm
Puli 1 (D1) = 60 mm r1 = 30 mm Puli 2 (D2) = 114 mm r2 = 57 mm Jarak puli 1dan 2 = 210 mm
Reducer = 30 : 1
Putaran puli 2 (N2) = 2
1 1
D D x N
=
114 60 000 .
2 x
= 1.052,6 rpm Putaran spr oket (N3) =
r educer an
Per banding N1
= 30
6 , 052 . 1
= 30,1 rpm
Sudut kontak puli 1 dan 2 : Sin α =
1 1 2
X r
r
= 210
30 57
Sin α = 0,12
α
= 6,8°
θ = (180 - 2 α ) 180
= ( 180 – 2 x 6,8 ) 180
= 2,90 rad
Panjang sabuk antara puli motor dengan puli 2 ( L1) L1 = (r1+r2) + 2X1+
1 2 1
X r
r 2
= 3,14( 30+57 ) + 2 x 210 +
21057 30 2
= 719,18 mm
Sesuai dengan data analisa menunjukan bahwa untuk transmisi ini mengunakan sabuk tipe A yang mempunyai data sbb :
1. Lebar (b ) = 13 mm 2. Tebal ( t ) = 8 mm 3. Berat = 1,06 N/m Kecepatan linier puli1 dan 2 :
v =
60 1 1 14 ,
3 xD xN
= 60 ) ( 000 . 2 ) ( 60 14 ,
3 x mm x r pm
= 6,28 m/dt
Direncanakan sabuk yang digunakan adalah sabuk – V tipe A untuk sabuk – V tipe A, m= 0, 106 (Kg/m)...(Khurmi dan Gupta, 2002) Gaya sentrifugal ( Tc )
Tc = m . v ²
= 0,106 (Kg/m) x 6,28² (m/dt) ² = 4,18 ( N )
Direncanakan bahan puli dari besi cor dan sabuk dari karet sehingga koefisien geseknya ( µ = 0,3 ) . . . ..(Khurmi dan Gupta, 2002)
Besarnya gaya yang bekerja pada sabuk V : 2,3 log C t C t T T T T 2 1 = µ θ 2,3 log 18 , 4 18 , 4 2 1 t t T T
= 0,3 x 2,90
Log 18 , 4 18 , 4 2 1 t t T T = 0,38 18 , 4 18 , 4 2 1 t t T T = 2,38
Tt1 = [ 2,38.(Tt2 – 4,18)] + 4,18 ………...(1) Daya yang dihasilkan motor 5,5 Hp
1Hp = 746 watt
P = 5,5Hp x 746 watt = 4103 (Watt) P = (Tt1 Tt2 ) x v
4103 watt = (Tt1 Tt2) x 6,28 2
1 Tt
Tt = 653,3 1
Tt = 653,3+Tt2………..……… (2)
Disubstitusikan persamaan 2 ke 1
[ 2,38.(Tt2 – 4,18)] + 4,18 = 653,3 +Tt2
2,38Tt2 – 9,95 + 4,18 = 653,3+ Tt2
1,38 Tt2 = 659,07 Tt2 = 477,6 ( N )
Maka Tt1 = 653,3 + 477,6 = 1.130,9 ( N )
1
= 1.130,9 N – 4,18N = 1.126,72 N
2
T = Tt2 – Tc
= 477,6 N – 4,18N = 473,42 N
Daya yang ditransmisikan sabuk (Ps)
v T
T ).
( Ps 1 2 Dengan :
Ps = P = Daya yang ditransmisikan sabuk ( Watt ) :
1
T Gaya sabuk sisi kencang = 1.126,72 N :
2
T Gaya sabuk sisi kendor = 473,42 N v = kecepatan linier = 6,28 (m/dt)
Ps = (1.126,72 N) – (473,42 N ) x 6,28 (m/dt) Ps = 4.102,72 (Watt)
Dengan demikian sabuk yang diperlukan ( N ) adalah : N = s d P P N = ) ( 72 , 102 . 4 ) ( 103 . 4 Watt Watt
N = 1,00 1 buah
Jadi jumlah sabuk yang dibutuhkan dalam merencanakan mesin ini adalah 1 buah
3.2.3. Perhitungan Rantai dan sprocket Perhitungan rantai r educer ke poros drum Direncanakan :
1
Z = 11 1
n 30,1 (rpm)
2
Z 17
Dipilih rantai 50 dengan jarak bagi
Jumlah gigi (Z2) = 2 1 2 1 n n Z Z i 2 Z = 2 1 1 n Z x n 17 = 2 11 ) ( 1 , 30 n x Rpm 2
n = 19,47 (Rpm)
Diameter jarak bagi spr ocket :
1 0 180 sin Z p dp = 11 180 sin ) ( 875 , 15 0 mm
= 56,7 (mm)
2 0 180 sin Z p Dp = 17 180 sin ) ( 875 , 15 0 mm
= 88,2 (mm)
Kecepatan rantai :
1000 60 1 1 x n x Z x p
vD
= 15,875 (mm) x 11 x 30,1 (Rpm) x
) ( 000 . 1 60 mm meter x dt menit
= 0,0876 (m/dt)
Gaya yang terjadi pada satu rantai :
D
v Pd x
F102 (Kg)
dimana Fc = 1,9 ………...( Sularso dan Suga, 1997) Pd = Fc x N
= 1,9 x 30,1 = 57,19 w = 0,057 kw F =
v Pd x 102 = 0876 , 0 057 , 0 102x
= 66,4 Kg
Panjang rantai :
Direncanakan jarak sumbu poros ( C ) adalah 235 mm C = Cp.p
Cp = p C = ) ( 875 , 15 ) ( 235 mm mm = 14,8
Panjang rantai yang diperlukan ( Lp ) :
Lp =
Cp Z Z Cp Z
Z1 2 2 1 /6,282
2 2
Lp =
8 , 14 28 , 6 / 17 11 8 , 14 2 2 17 11 2 x
= 43,6 43 buah mata rantai Jarak sumbu poros
Cp =
29 28,9
41
Cp = 14,5 (mm)
3.2.4. Perencanaan poros
Diasumsikan bahan poros yang digunakan adalah ST 42 dengan B= 420N/mm2
Putaran poros tabung rencana (N) = 30,1 rpm Daya yang di transmisikan (P) = 4.102,72 watt Torsi yang ditransmisikan poros
T =
N x P
2 60
=
1 , 30 2
60 72 , 102 . 4
x
=
189 2 , 163 . 246
= 1.302,5 Nm = 1.302.500 Nmm
Panjang poros = 1.250 mm Beban pada poros :
Berat tabung + poros = 11 kg
Berat kotoran sapi dan tabung = 55 kg C
F = berat gear & rantai + Gaya yang memutar poros (F) = 3 + 66,4 kg
= 69,4 kg
Gambar 3.2 Reaksi gaya dalam
∑ Fy = 0
69,4kg + 27,5kg + 27,5kg – RAV – RBV = 0
124,4 kg = RAV + RBV
∑MA = 0
69,4 kg x 100 mm + 27,5 kg x 100mm + 27,5kg x 1000 – RBV x 1.100 = 0
6940 kg.mm + 2.750 kg.mm + 27.500 kg.mm – RBV x 1100mm = 0 37190 kg .mm = RBV x 1.100
RBV = 33,80 kg
RAV + RBV = 124,4 kg RAV + 33,80 kg = 124,4 kg
RAV = 90,5 kg
Gambar 3.3 Potongan yang dianalisa
Potongan X – X ( C ke A )
Gambar 3.4 Potongan X – X ( C ke A ) Nx = 0
Titik A ( X = 100 )
A
N = 0
A
V = - 69,4 Kg
A
M = - 69,4 x 100 = - 6.940 kg.mm
Titik C ( X = 0 )
C
N = 0
C
V = - 69,4 kg
C
M = 0
[image:44.596.161.446.63.415.2]Potongan y – y ( A - D )
Gambar 3.5 Potongan y – y ( A - D ) Nx = 0
Vx = - 69,4 + 90,5 = 159,9 kg Mx = - 69,4 x 100 + 90,5 x ( X-100 )
Titik A ( X = 0 )
A
N = 0
A
V = 159,9 kg
A
M = - 69,4 x 100 + 90,5 x 0 = - 6940 kg.mm
Titik D ( X = 200 )
D
N = 0
D
V = 159,9 kg
D
Potongan A – A kanan ( B – E )
Gambar 3.6 Potongan A – A kanan ( B – E )
Nx = 0
Vx = 33,80 kg Mx = 33,80 x X Titik B ( X = 0 )
B
N = 0
B
V = 33,80 kg
B
M = 33,80 x 0 = 0
Titik E ( X = 100 )
E
N = 0
E
V = 33,80 kg
E
M = 33,80 x 100 = 3.380 kg.mm
[image:45.596.259.419.132.221.2]Potongan Z – Z kanan ( B – D )
Gambar 3.7 Potongan Z – Z kanan ( B – D ) Nx = 0
Vx = 3.3,80 - 27,5 = 6,3 kg
Titik E ( X = 0 )
E
N = 0
E
V = 6,3 kg
E
M = -27,5x0+3.3,80.100 = 3.380 kg.mm
Titik D ( X = 1000)
D
N = 0
D
V = 6,3 kg
D
M = - 27,5 x 900 + 33,80.1000 = 9.050 kg.mm
[image:46.596.142.503.42.730.2]Diagram gaya dalam yang ada pada batang a. Diagram gaya normal ( NF D )
Gambar 3.8 Diagram gaya normal
b. Diagram Gaya Geser ( SF D )
Gambar 3.9 Diagram gaya geser
[image:46.596.172.490.541.693.2]c. Diagram momen lentur ( BMD )
Gambar 3.10 Diagram momen lentur
Bahan poros utama (horisontal) dari ST 42 Sehingga :
- Tegangan tarik (
σ
t) = 420 N/mm2 - Tegangan geser ( ) =sf
= 8 420
= 52,5 Nmm2 - Momen maksimal poros ( M ) = 9050 Nmm
Dari tabel 14.2 (Khurmi, R.S., 2002, hal : 474) mengenai poros berputar dengan beban kontinyu dan tetap diperoleh :
Faktor keamanan momen ( Km ) = 1,5 Faktor keamanan torsi ( Kt ) = 1
Momen ekivalen ( Me ) : Diameter poros
Tegangan Lentur ijin =
Keamanan Faktor
geser Tegangan
= 12 250
= 20,8 N/mm2
M = 32
. b . d3
d = 3 .
. 32
b
M
= 3
8 , 20 . 14 , 3
2723 . 32
= 11,15 mm
Dari perhitungan yang didapat maka untuk mendapatkan poros dengan kekuatan yang baik maka dipilih poros dengan diameter 24 mm
3.2.6. Perhitungan rangka
Berat drum + poros = 15 kg
Berat kotoran sapi maksimal = 40 kg
Berat gear + rantai = 3 kg
Gambar 3.11 Pembebanan pada salah satu rangka
Gambar 3.12 Diagram pembebanan pada salah satu rangka
MA = 0 P x 4,5 – RBV x 9 = 0 290 x 4,5 – RBV x 9 = 0 1.305 – RBV x 9 = 0
RBV =
9 305 . 1
RBV = 145 N
MB = 0 AVR x 9 – P x 4,5 = 0 AV
R x 9 – 290 x 4.5 = 0 AV
R x 9 – 1.305 = 0 AV
Momen lentur di titik E ME = RAV x X
= 145 N x 4,5 = 652,5 N
[image:50.596.253.379.219.323.2]Diagram gaya geser ( SFD )
Gambar 3.13 Diagram gaya geser ( A - E - B )
[image:50.596.282.378.393.496.2]Diagram momen lentur (BMD)
Gambar 3.14 Diagram momen lentur ( A – E – B )
[image:50.596.253.410.548.732.2]F =
90 , 0 145N Cos
Rav
= 161,1 N Rah = F Sin
= 161,1 x 0,42 = 67,66 N Dimana F =F1
Rcv = Cos x 1
F
= 0,90 x 161,1 N = 144,99
[image:51.596.289.385.382.568.2]Rch = F1 x Cos = 161,1 x 0,42 = 67,66
Gambar 3.16 Diagram gaya normal
F1 = Rav x Cos = 145 N x 0,42 = 60,9 N F2 = Rav x Cos
Mc = F x X = 60,9 x 99 = 6.029,1 Nmm
Gambar 3.17 Diagram pembebanan pada batang A-C
Gambar 3.18 SFD batang A-C
dapat diketahui besar momen maksimum rangka adalah 6.029,1 Nmm. Sehingga dari data tersebut akan ditentukan :
1. Tegangan tarik yang terjadi max =
I y M.
= 4
10 05 , 9
9 , 10 1 , 029 . 6
x x
= 0,726 N/mm2
2. Tegangan tarik ijin bahan b =
Sf
= 8 370
= 46,25 N/mm2
Sehingga didapat max < b ( rangka aman digunakan ) 3.3. Perencanaan Mur dan Baut
Dalam perencanaan mesin mixer dengan tenaga motor ini mur dan baut digunakan untuk merangkai beberapa elemen mesin diantaranya :
1. Baut pada dudukan rangka motor, untuk mengunci posisi motor. 2. Baut pada dudukan rangka r educer, untuk mengunci posisi r educer. 3. Baut pengunci rangka dengan rumah bantalan.
4. Baut pengunci sambungan (klem) dengan rangka. 3.4. Baut pada dudukan motor
Baut yang digunakan adalah M10 sebanyak 4 buah, terbuat dari baja ST 37 yang menopang beban (P) sebesar 150 N. dari lampiran diketahui mengenai baut M10 antara lain sebagai berikut :
1. Diameter mayor (d) = 12 mm 2. Diameter minor (dc) = 9,85 mm 3. Tegangan tarik () = 370 N/mm2 4. Tegangan geser ( ) = 0,18 x
5. Faktor keamanan ( sf ) = 6
6. W = 2(T1 + T2)
= 2 (1.502,25 + 631,15 ) = 2 ( 2.133,4 )
= 4.266,8 N Kekuatan baut berdasarkan perhitungan tegangan tarik
a. Tegangan tarik ijin ( t)
t = sf = 6 370
= 61,67 N /mm2 b. Tegangan geser ijin ( t)
t=
sf = 6 6 , 66 = 11,1 N /mm2
c. Beban geser langsung yang diterima baut
Ws =
n W
=
4 4.266,8
= 1.066,7 N
d. Beban tarik yang terjadi akibat gaya tarik sabuk, beban tarik maksimal terjadi pada baut 3 dan 4.
Wt =
2
2 2 12
2 L L
L x L x W =
2 2
8 15 2 8 6 4.266,8 x x = 578 4 , 806 , 204e. Diasumsikan beban tarik dan geser yang diterima baut ekivalen - Beban tarik ekivalen Wte =
2 4 2
2 1
s t
t W W
W
=
354,34 354,342 4 1.066,72
21
x
= 1.258,48N - Beban geser ekivalen Wse =
2 2
4 2 1 s t W W
=
354,342 4 1.0662
21
x
=1.081,3 N
f. Tegangan tarik (b a u t) dan tegangan geser (b a u t) yang terjadi - Tegangan tarik
b a u t
=
2 4xdc
Wte = 2 858 , 9 4 1.258,48 x
= 16,49 N /mm2
Tegangan tarik pada baut b a u t< tegangan tarik ijin t maka baut aman
- Tegangan geser b a u t
=
2 4 xd
Wse = 2 12 4 1.081,3 x
= 9,56 N /mm2
3.5. Baut pada dudukan reducer
Baut yang digunakan adalah M12 sebanyak 4 buah, terbuat dari baja ST 37 yang menopang beban (P) sebesar 100 N. dari lampiran diketahui mengenai baut M12 antara lain sebagai berikut :
1. Diameter mayor (d) = 12 mm 2. Diameter minor (dc) = 9,85 mm 3. Tegangan tarik ( ) = 370 N/mm2 4. Faktor keamanan ( sf ) = 6
5. Tegangan geser ( ) = 0,18 x = 0,18 x 370 = 66,6 N/mm2
6. W = 2(T1 + T2)
= 2 (1.502,25 + 631,15 ) = 4.266,8 N
Kekuatan baut berdasarkan perhitungan tegangan tarik a. Tegangan tarik ijin (t)
t
=
sf
=
6
370 2
mm N
= 61,67 N /mm2
b. Tegangan geser ijin ( t)
t =
sf
=
6 6 ,
66 2
mm N
= 11,1 N /mm2
c. Beban geser langsung yang diterima baut Ws =
n W
=
4 4.266,8
d. Beban tarik yang terjadi akibat gaya tarik sabuk, beban tarik maksimal terjadi pada baut 3 dan 4.
Wt =
2
2 2 1
2
2 L L
L x L x W =
2 2
5 , 1 5 , 9 2 5 , 1 75 , 8 4.266,8 x x = 23 75 , 001 . 56=2.434,86 N
e. Diasumsikan beban tarik dan geser yang diterima baut ekivalen - Beban tarik ekivalen Wte =
2 2
4 2
1
s t
t W W
W
=
2.434,86 2.434,86 2 4 1.006,72
21
x
= 2.836,06 N
- Beban geser ekivalen Wse =
2 2
4 2 1 s t W W =
2.434,862 4 1.006,72
21
x
=1.247,4 N
f. Tegangan tarik (b a u t) geser (b a u t) yang terjadi pada baut a. Tegangan tarik b a u t =
2 4xdc
Wte = 2 858 , 9 4 06 , 836 . 2 x
= 37,18 N /mm2
Tegangan tarik pada baut b a u t< tegangan tarik ijin t maka baut aman
b. Tegangan geser b a u t = 2 4 xd
Wse
=
2 12 4 1.247,4
x
= 11 N /mm2
Tegangan geser pada baut b a u t < tegangan geser ijin t maka baut aman. 3.6. Perencanaan Bantalan
Perencanaan bantalan pada mesin mixer ini berfungsi untuk menyangga poros, maka diperlukan analisa bantalan yang sesuai.
Diketahui :
1. Nomor bantalan yang digunakan = 205 2. Beban dasar static (Co) = 7.100 N 3. Beban dinamik (C) = 11.000 N 4. Kecepatan putar (N) = 19,47 rpm Bantalan B
Beban radial (WR) Sama dengan RBV = 27,23 N Beban radial ekivalen (We)
- Beban radial ekivalen statis (We)
Faktor radial (X) = 0,6
Faktor aksial (Y) = 0,5
Faktor keamanan (KS) = 1
Beban aksial (WA) = 0
We = ( X . WR + Y . WA ) . KS = ( 0,6 . 27,23+ 0,5 . 0 ) . 1
= 16,33 N
- Beban radial ekivalen dinamis (We)
Faktor radial (X) = 1
Faktor aksial (Y) = 0
Faktor keamanan (KS) = 1
Faktor putaran (V) = 1 ( semua jenis bantalan )
Beban aksial (WA) = 0
We = ( X . V . WR + Y . WA ) . KS
= 27,23 N
Jadi bantalan yang digunakan aman karena We < 11.000 N Bantalan C
Beban radial (WR) Sama dengan RAV = 30,77 N Beban radial ekivalen (We)
- Beban radial ekivalen statis (We)
Faktor radial (X) = 0,6
Faktor aksial (Y) = 0,5
Faktor keamanan (KS) = 1
Beban aksial (WA) = 0
We = ( X . WR + Y . WA ) . KS = ( 0,6 . 30,77 + 0,5 . 0 ) . 1
= 18,46 N
- Beban radial ekivalen dinamis (We)
Faktor radial (X) = 1
Faktor aksial (Y) = 0
Faktor keamanan (KS) = 1
Faktor putaran (V) = 1 ( semua jenis bantalan )
Beban aksial (WA) = 0
We = ( X . V . WR + Y . WA ) . KS = ( 1 . 1 . 30,77 + 0 . 0 ) . 1
= 30,77 N
Jadi bantalan yang digunakan aman karena We < 11.000 N
3.7. Perhitungan Las
Perhitungan Las Sambungan las yang dilakukan adalah sambungan las jenis sudut ( fillet ) dan las temu (butt)
Sambungan pada rangka utama menggunakan baja profil L (50 mm x 50mm x 4 mm)
h = 4 mm
l = 50 mm b = 46 mm W = 29 kg
Tegangan geser ijin pada pengelasan ( s) = 350 kg/cm2 Tegangan geser pada sambungan las
s = hl W 707 , 0 s = 50 . 4 . 707 , 0 29 s
= 0,20 kg/mm2
= 20 kg /cm2
Section modulus
Z = t
6 . 4lb b2
= 4 6 46 46 . 50 . 4 2
= 0,19 kg /mm2 = 19 kg /cm2
Tegangan geser maxsimum
s
max =
2
1 2 2
) ( 4 s b
= 2
1 2 2
) 20 ( 4 19
= 2 1
. 44,28
= 22,14 kg/cm2
s
BAB IV
PROSES PRODUKSI
4.1. Pembuatan Poros
[image:62.596.125.501.235.319.2]Dari perencanaan di atas poros mesin mixer memiliki panjang (Lo) = 1.250 mm, diameter (do) sebesar 24 mm, dan Bahan dari jenis baja ST-42.
Gambar 4.1 Poros transmisi
Pengerjaan poros sepanjang (Lo) = 1.250 mm diameter (do) = 24 mm bahan poros ST-37. Bahan dibubut dari diameter mula – mula (do) = 24 mm, menjadi dimeter (d1) = 22 mm dengan panjang (L2) = 50 mm, dan (d2) = 22 mm dengan panjang (L3) = 100 mm.
Proses kerja setelah dilakukan persiapan di atas adalah sebagai berikut. Bahan yang dipergunakan sebagai poros adalah baja ST 42 dengan kekuatan tarik sebesar 250 N/mm2. Poros dibubut dengan mesin bubut. Kecepatan pemakanan disesuaikan dengan benda kerja. Beberapa hal yang perlu dipersiapkan dalam proses pembubutan adalah :
1. Alat ukur seperti jangka sorong.
2. Dial indicator untuk menentukan titik pusat.
3. Pahat yang digunakan adalah pahat HSS untuk baja dengan kecepatan tinggi.
4. Kunci–kunci untuk penyetelan chuck dan pahat. 5. Penitik.
6. Center drill.
Tabel 4.1 Kecepatan pahat HSS (mm/menit)
Bahan benda kerja Bubut kasar Bubut halus Bubut ulir
Baja mesin 27 30 11
Baja perkakas 21 27 9
Besi tuang 18 24 8
Perunggu 27 30 8
alumunium 61 93 18
Tabel 4.2 Kecepatan pemakanan pahat (mm/rev)
Bahan benda kerja Bubut kasar Bubut halus
Baja mesin 0,25 – 0,50 0,07 – 0,25
Besi tuang 0,25 – 0,50 0,07 – 0,25
Baja perkakas 0,40 – 0,65 0,13 – 0,30
Perunggu 0,40 – 0,65 0,07 – 0,25
Langkah-langkah pembubutan:
1. Proses pertama yakni pemasangan pahat, pahat dipasang secara benar dengan pengaturan letak ketinggian supaya center dengan bantuan kepala lepas pada bagian mesin bubut.
2. Pemasangan bahan poros pada chuck kepala tetap, dengan bantuan dial indicator kita dapat menentukan letak center yang tepat pada benda kerja, dibuat lubang kecil pada center sebagai pegangan kepala lepas. 3. Membubut benda kerja sampai ukuran yang diinginkan.
4. Setelah itu benda kerja yang sudah jadi dilepas. 4.2. Waktu Permesinan
Bahan poros dari ST-42 (do) = 24 mm
[image:63.596.105.519.273.382.2](L3) = 100 mm
Vc = 21 m/menit (HSS dengan σ < 45 kg/mm2) Sr = 0,25 mm/put
Waktu permesinan dengan mesin bubut, putaran yang terjadi : n = 1 . 1000 . d Vc = 22 . 000 . 21
= 303,99 rpm
Putaran yang digunakan adalah = 300 rpm (lampiran 9) Pembubutan muka
a. Waktu pembubutan muka : Tm = n x Sr I x L
dimana : t = 1 mm I =
t L L 0
I = 1 250 . 1 270 . 1
= 20 kali pemakanan Tm =
600 25 , 0 20 20 x x
= 2,66 menit
Waktu setting (ts) = 15 menit Waktu pengukuran (tu) = 5 menit Waktu total = Tm + ts + tu
= 2,66+ 15 + 5 =22,66 menit b. Pembubutan memanjang
Tm = n x Sr I x L
dimana: t = 1 mm I = t d d . 2 1 0 I = 1 . 2 22 24
= 1 = 1 kali pemakanan Tm1 =
600 25 , 0 1 50 x x = 0,33menit
Tm2 =
600 25 , 0 1 100 x x
= 0,66 menit
Tm = Tm1 + Tm2 = 0,33 + 0,66 = 0,99 menit
Waktu setting (ts) = 15 menit Waktu pengukuran (tu) = 5 menit Waktu total = Tm + ts + tu
= 0,99+ 15 + 5 =20,99 menit Total waktu pembubutan keseluruhan : = 22,66 + 20,99
4.3. Membuat Rangka
Bahan yang digunakan adalah :
[image:66.596.153.500.164.461.2]Besi profil L 50 x 50 x 4 bahan ST-37
Gambar 4.2. Konstruksi rangka Langkah Pengerjaan
Untuk tiang mesin:
Potong besi kanal siku 50 x 50 x 4 sepanjang 97 cm sebanyak 4buah, Untuk tiang penyangga kaki mesin:
Potong besi kanal siku 50 x 50 x 4 sepanjang 66 cm sebanyak 2buah
Potong besi kanal siku 50 x 50 x 4 sepanjang 110 cm sebanyak 2buah Untuk landasan tabung :
Potong besi kanal siku 50 x 50 x 4 sepanjang 9 cm sebanyak 2 buah, Untuk landasan motor dan r educer :
Potong besi kanal siku 40 x 40 x 4 sepanjang 26 cm sebanyak 6buah
Potong besi kanal siku 40 x 40 x 4 sepanjang 21 cm sebanyak 2 buah
Potong besi kanal siku 40 x 40 x 4 sepanjang 9 cm sebanyak 1 buah,
Potong besi kanal siku 40 x 40 x 4 sepanjang 5 cm sebanyak 4 buah,
4.4. Proses Pengecatan
Langkah pengerjaan dalam proses pengecatan yaitu :
1. Membersihkan seluruh permukaan benda dengan amplas dan air untuk menghilangkan korosi.
2. Pengamplasan dilakukan beberapa kali sampai permukaan benda luar dan dalam benar-benar bersih dari korosi.
3. Memberikan cat dasar ke seluruh bagian yang akan dicat.
4. Mengamplas kembali permukaan yang telah diberi cat dasar sampai benar-benar halus dan rata.
5. Melakukan pengecatan warna.
4.5. Perakitan
Perakitan merupakan tahap terakhir dalam proses perancangan dan pembuatan suatu mesin atau alat, dimana suatu cara atau tindakan untuk menempatkan dan memasang bagian-bagian dari suatu mesin yang digabung dari satu kesatuan menurut pasangannya, sehingga akan menjadi perakitan mesin yang siap digunakan sesuai dengan fungsi yang direncanakan.
Sebelum melakukan perakitan hendaknya memperhatikan beberapa hal sebagai berikut :
1. Komponen-komponen yang akan dirakit, telah selesai dikerjakan dan telah siap ukuran sesuai perencanaan.
2. Komponen-komponen standar t siap pakai ataupun dipasangkan. 3. Mengetahui jumlah yang akan dirakit dan mengetahui cara
pemasangannya.
4. Mengetahui tempat dan urutan pemasangan dari masing-masing komponen yang tersedia.
Komponen- komponen dari mesin ini adalah : 1. Rangka
2. Tabung 3. Motor listrik
4. Reducer
5. Puli 6. Sabuk
7. Mur dan baut 8. Bantalan
Langkah-langkah perakitan :
1. Menyiapkan rangka mesin yang telah dilas sesuai desain. 2. Memasang tabung pada dudukan
3. Memasang motor dan r educer pada dudukannya.
4. Mengencangkan pengunci (mur-baut) pada tabung, motor, dan
r educer .
5. Mesin pengaduk siap digunakan. 4.6. Tabel 5.1. Data hasil uji coba
No massa kotoran sapi ( Kg )
Massa campuran tetes
tebu ( Ltr )
Waktu ( menit )
Keterangan
1 20 1 5
Mesin dalam kondisi hidup
2 20 1,5 5
Mesin dalam kondisi hidup
jml 40 2,5 10
[image:68.596.116.527.459.691.2]4.7. Estimasi Biaya
Tabel 4.3. Daftar harga komponen mesin
BANYAK NAMA BARANG HARGA
1 Tong stainless 760.000
1 Lastok nikko 2,6 25.000
1 Engine multi pro 1.000.000
1 Reducer 1:30 300.000
1 Rantai rs 50 + kancingan 80.000
2 Besi L 50:50 x 5 145.000
2 Besi L 40:40 x 4 85.000
1 Flex couple 200.000
2 Spr oclet 80.000
2 Pillow Ǿ 22 125.000
1 Puli Ǿ 2,5" AI 25.000
1 Puli kompresor Ǿ 4" 30.000
2 V-belt A – 27 30.000
2 Kancing pintu 20.000
20 Baut + r ivet 50.000
1 Ember besar 30.000
1 Gayung 3.000
10 Tetes tebu 50.000
1 Tutup Drum 80.000
Transport 250.000
Jumlah
Tabel 4.4. Daftar harga komponen cat
No Komponen Jml Harga
( Rp/satuan )
Total harga (Rp) 1.
2. 3. 4. 5. 6. 7.
Amplas 1000 Amplas 400 Thiner ND
Dempul merk SanPolac Cat dasar
Cat merk Hamertone
Kuas 2”
2 2 3 1 1 1 1
2.000/lembar 2.000/lembar 12.500/liter
8.500/kaleng 30.000/kaleng 30.000/kaleng
5.000
4.000 4.000 37.500 8.500 30.000 30.000 5.000
Jumlah 119.000
Tabel 4.4. Daftar harga pengerjaan
Jenis pengerjaan Biaya
( Rp )
Pengelasan 140.000
Pengeboran 49.500
Pembubutan 55.000
Pemotongan 85.000
Pengecatan 37.500
Konsumsi 600.000
Biaya total pembuatan mesin Mixer Pengaduk Kotoran Sapi: Biaya komponen mesin Rp 3.368.000,00 Biaya komponen cat Rp 119.000,00
Biaya pengerjaan Rp 967.000,00
Total Rp 4.454.000,00
4.8. Perawatan Mesin
Perawatan merupakan suatu kegiatan atau pekerjaan yang dilakukan terhadap suatu alat, mesin atau sistem yang mempunyai tujuan antara lain :
1. Mencegah terjadinya kerusakan mesin pada saat dibutuhkan atau beroperasi.
2. Memperpanjang umur mesin.
3. Mengurangi kerusakan-kerusakan yang tidak di harapkan.
Perawatan yang baik dilakukan pada sebuah alat atau mesin adalah melakukan tahapan-tahapan perawatan. Hal ini berarti menggunakan sebuah siklus penjadwalan perawatan, yaitu :
1. Inspeksi (pemeriksaan). 2. Perbaikan kecil (small r epair).
3. Perbaikan total atau bongkar mesin (complete over houle).
Seperti pada industri manufaktur pada umumnya apabila tahap-tahap di atas terjadwal dan dilaksanakan dengan tertib, maka untuk prestasi tertinggi dan efektifitas mesin dapat tercapai dengan maksimal. Dalam mesin ini secara terperinci perawatan dapat dilakukan dengan meliputi :
1. Rangka dan baut.
Hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan perawatan antara lain :
Melakukan pembersihan terutama setelah penggunaan mesin.
Memeriksa baut-baut harus selalu dalam keadaan kencang dan kuat.
Mencegah terjadinya karat dan korosi pada baut.
Melakukan penggantian apabila kondisinya sudah tidak layak.
2. Motor.
Hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan perawatan antara lain :
Melakukan pembersihan terutama setelah penggunaan mesin.
Melakukan pemeriksaan secara rutin pada karburator.
Melakukan pemeriksaan oli secara rutin.. 3. Gear dan Rantai.
Hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan perawatan antara lain :
Melakukan pembarsihan pada gear dan rantai.
Pemberian pelumas pada gear dan rantai.
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Dari hasil pembuatan rekayasa mesin mixer kotoran sapi ini dapat disimpulkan sebagai berikut :
- Volume maksimal tabung adalah 40 cm2. - Kapasitas 120 kg/jam.
- Motor bensin yang digunakan memiliki daya 5,5 HP dan putaran 2.000 rpm.
- Total biaya untuk pembuatan 1 unit mesin ini adalah Rp. 4.454.000,00 5.2. Saran
- Perawatan dilakukan secara berkala.
- Untuk proses pengadukan diharapkan tidak melebihi kapasitas maksimal yang ditentukan.
- Membersihkan sisa-sisa kotoran sapi yang menempel pada drum dan poros menggunakan air setelah menggunakan mesin.
DAFTAR PUSTAKA
Khurmi,R.S. & Gupta, J.K. 2002. Machine Design. S. C Had & Company LTD. Ram Nagar-New Delhi.
Popov, 1996. Mekanika Teknik. Erlangga. Jakarta.
Sularso dan Suga, K., 1987, Dasar dan Pemilihan Elemen Mesin, Cetakan keenam, Pradnya Paramitha. Jakarta.
Scharkus dan Jutz, 1996, Wester mann Tables for the Metal Tr ade. Wiley Eastern Limited. New Delhi.
