Torsi kempa

BAB III TINJAUAN PUSTAKA

3.8. Pengkajian Poros dan Ulir

3.8.5. Torsi kempa

Torsi ialah kemampuan atau kekuatan sebuah poros untuk dapat memutar atau berputar. Pada saat pengupasan berondolan, ulir berperan dalam proses pemisahan oil dengan nut dan fiber. Kemampuan poros dan ulir untuk dapat memisahkannya ialah dengan memanfaatkan torsi kempa.Skema arah vektor torsi kempa dapat dilihat pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 arah vektor torsi kempa

Pada gambar 3.9 terlihat gaya yang ditimbulkan dari torsi kempa ialah kombinasi antara gaya normal dengan gaya gesek dikali dengan diameter sumbu, maka diasumsikan persamaan dengan^[8]:

Tk = 2.D.F_k(Nusyirwan, Vol 20, No 2, 2013 ) ... (3) Dimana :

Tk = Torsi kempa ( N.m ) D = Diameter (m)

F_k= Gaya Kempa (gaya normal + gaya gesek) ( N.m )

3.8.6 Gaya normal

Gaya normal ialah gaya yang disebabkan oleh massa sebuah benda terhadap gravitasi. Setiap benda yang memiliki massa maka akan memiliki gaya normal tersendiri^[13]. Arah vektor gaya normal didefinisikan sebagai diagram benda bebas dengan ilustrasi gaya normal dilihat pada gambar 3.10

Gambar 3.10 gaya normal

Dari gambar 3.10 dapat disimpulkan bahwa gaya normal merupakan perkalian antara massa benda dengan gaya gravitasi bumi dengan persamaan :

Fn = mg. g (Aip Sarifudin, Praktis Fisika hal 70 )... (4) dimana :

Mg= jumlah massa ulir dan poros (kg) g = gravitasi (m/s²)

3.8.7 Torsi gesek

Torsi gesek ialah Kemampuan sebuah benda berputar terhadap koefisien gesekan pada bidang material tertentu. Kemampuan ini dipengaruhi oleh gaya normal^[7].

Dengan persamaan :

T_gesek= µ . F_nV/n (Ismail, Elemen mesin II Hal 4)... (5) Dimana :

T_gesek= Torsi gesek (N.m)

µ = koefisien gesek kelapa sawit F_n = Gaya normal (N)

V = Kecepatan keliling (m/s) n = putaran ulir dan poros (Rpm)

3.8.8 Gaya gesek

Gaya gesek ialah hasil perkalian antara koefisien material terhadap gaya normal. Setiap benda memiliki gaya gesek masing - masing, hal ini tergantung pada koefisien gesek sebuah material dengan gaya normal yang terjadi^[13]. Untuk memahami arah gerak gaya gesek dapat dilihat pada gambar 3.11.

Gambar 3.11 Gaya gesek dua permukaan material

Dari gambar diatas dapat disimpulkan bahwa gaya gesek dipengaruhi oleh koefisien gesek antar material dengan gaya normalnya maka persamaan yang sesuai dengan gaya gesek ialah^[13]:

F_gs= µ . F_n(Sarifuddin, Fisika X hal 74) ... (6) Dimana :

µ = Koefisien gesek kelapa sawit (tabel koefisien gesek terlampir)^[14]

F_gs= Gaya gesek (N)

3.8.9 Total torsi

Total torsi ialah dimana penjumlahan semua total yang terjadi pada saat poros dan ulir bekerja.

Dengan persamaan :

T_total = Torsi poros total (T_p) + Torsi kempa (T_k) + Torsi gesek (T_gesek)

BAB IV

ANALISA BEBAN TORSI PADA POROS ULIR MESIN SCREW PRESS TYPE CB 20T/M/014

4.1 Poros Ulir

Poros ulir ialah komponen yang paling penting yang terdapat dalam mesin screw press, penggunaan poros ulir sebagai komponen pengepress buah yang masuk melalui digester sangat berpengaruh terhadap hasil rendemen baik itu minyak kasar (CO) maupun nut,fiber. Setiap mesin memiliki jenis poros ulir yang berbeda – beda tergantung produsen yang membuat dan juga spesifikasi yang diinginkan^[8].

Poros ulir berfungsi sebagai pengepress buah yang masuk melalui digester, daya yang berasal dari motor yang sedemikian rupa diolah melalui gearbox maupun gear drive yang akan ditransmisikan ke poros ulir, daya ini yang akan memilah minyak dan nut,fiber dengan memanfaatkan torsi yang ada.

Poros ulir yang digunakan oleh pabrik menggunakan jenis material baja carbon yang disuplay oleh PT.ASSAB Steel Indonesia dengan nomor material 705 dengan spesifikasi material terdapat pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Spesifikasi material ASSAB 705 No Elemen material Icon Metric

1 Carbon C 0.42 %

2 Chromium Cr 1.05 %

3 Iron Fe 97.33 %

4 Manganese Mn 0.75 %

5 Molybdenum Mo 0.20 %

6 Silicon Si 0.25 %

Material atau bahan yang digunakan oleh PT.ASSAB Indonesia hampir sama dengan bahan yang terkandung dalam material AISI/SAE 4140, DIN 42CrMo4, W.nr. 1.7225, BS 708M42, AFNOR 42CD4, JIS SCM4, SS 2244

4.2 Analisa Poros dan Ulir

Data yang diperoleh selama masa kerja praktek baik itu observasi langsung maupun melalui bantuan software mengenai poros ulir dimuat dalam tabel 4.2

Tabel 4.2 Dimensi Poros Ulir

no Variabel Simbol nilai Satuan Dalam mm

1 Massa jenis material ρ 7800 Kg/m3 0.0078 kg/mm3

2 Diameter poros d 0.13 m 130 mm

3 Panjang poros l 2.63 m 2630 mm

4 Putaran motor N 1478 rpm -

5 Panjang screw L 0.76 m 760 mm

6 Diameter screw d2 0.36 m 360 mm

7 Diameter poros screw D 0.16 mm 160 mm

8 Pitch screw Σ 0.21 mm 210 mm

9 Sudut screw Α 450 - -

10 Diameter pulley 1 d1 150 mm

11 Diameter pulley 2 d2 344 mm

Gambar poros ulir yang terdapat pada mesin screw press type CB 20T/M/014 terlihat pada Gambar 4.1, sebelah kiri merupakan poros ulir yang masih baru sedangkan sebelah kanan poros ulir yang telah terpasang pada mesin

Gambar 4.1 Poros Ulir

4.3 Perhitungan dan Pembahasan 4.3.1 Menghitung momen inersia

Untuk menentukan nilai besaran dari momen inersia maka digunakan persamaan 1dimana :

I =¹ 2 m.r²

Besarnya momen inersia poros dipengaruhi oleh massa dan jari-jari dari poros tersebut. Dimana massa poros dapat dihitung dengan persamaan :

m = ρ . v

Volume poros dihitung dengan menggunakan persamaan volume silinder :

V =^π

4d².l

=^3.14

4 . (0.13 m)². 2.63 m

= 0.03515 m³

Maka dapat dihitung besarnya massa poros m = ρ . v

= 7870 kg/m³x 0.03515 m³

= 276 kg

Sehingga dapat dihitung besarnya momen inersia poros I =¹

2 x (276kg) (0.065 m )²

= 8.97 kg.m²

4.3.2 Menghitung Percepatan Sudut

Untuk menentukan hasil percepatan sudut maka digunakan persamaan 2 dengan persamaan dimana :

a =^dw dt . r/s²

Untuk dapat menghitung besarnya percepatan sudut, hal utama yang harus diketahui adalah mencari besarnya kecepatan sudut dengan menggunakan persamaan dw = w₁–w₀maka :

dω

= .

^2.π.n2

60 –0

dimana n = putaran pulley pada gear drive maka : n2 =^{n1 . d1}

d2

=1478 rpm . 150 mm 344 mm

=^{221700 rpm}

344 = 645 rpm, sehingga :

= 2

.

3.14 .645 rpm

60 - 0

= 67.51 r/s–0

= 67.51 r/s

Reduksi gearbox 1 : 77 maka dapat diperoleh ω = 0.87 r/s

Untuk mendapatkan percepatan sudut, maka kita asumsikan perubahan kecepatan sudutnya. Range kecepatan penuh untuk putaran ambil secara acak hingga pada keadaan steady state :

Dengan menggunakan persamaan :

a =

^dw

dt

. r/s

²maka bisa ditentukan percepatan sudut dalam 8 detik sebelum keadaan stady state pada tabel tabel 4.3

Tabel 4.3 nilai percepatan sudut t0sampai t8

No Selang waktu (detik) ke t: a = r/s²

1 1 0.87

2 2 0.43

3 3 0.29

4 4 0.21

5 5 0.17

6 6 0.15

7 7 0.12

8 8 0.10

Maka Torsi maksimal ialah sama dengan torsi poros Tmak = T poros = I .a

= 8.97 kg.m². 0.21 r/s²

= 1.89 N.m

a = 0.21 r/s²(diambil pada saat detik ke 4 )

Besarnya main screw pada screw menentukan torsi poros karena berperan penting dalam tiap pressan, maka momen inersia pada main screw harus ditentukan dengan massa main screw = 138 kg dengan diameter main screw = 36 cm = 0.36 m dengan hitungan :

I =¹

2. m . d² I =¹

2 (276 kg + 138 kg) (0.36 m)²

= 26.82 kg.m²

Sehingga didapat torsi porosnya sebesar : Tp = 26.82 kg m². 1.89 N.m

= 50.70 N.m

Torsi Poros = (1.89 + 50.70) Nm

=52. 59N.m

4.3.3 Menghitung Gaya normal

Untuk menghitung gaya normal digunakan persamaan 3 dimana : Fn = mg. g

= 414 kg . 9.81 m/s²

= 4061.34 N

4.3.4 Menghitung Gaya Gesek

Gaya gesek didapat dengan menggunakan persamaan yang terdapat pada persamaan 4 yaitu :

F_gs= µ . F_n

F_gs= 0.27 . (4061.34) N

= 1096.56 N

4.3.5 Menghitung Torsi Gesek

Torsi gesek memiliki besaran dimana persamaan yang digunakan ialah persamaan 5 dimana :

Tgesek

=

^{µ . FnV}

n

V = ^{π.d2 .n} 60 v

n= ^{π. d}

60 maka :

=(3.14) . 0.36 m 60

= 0.0189 m Maka : Tgesek= ^.

Tgesek= (0.27) 4061.34 N . 0.0189 m

= 20.72 N.m

4.3.6 Menghitung Torsi Kempa

Untuk mendapatkan hasil dari torsi kempa maka digunakan persamaan 6 dimana :

Tk = 2.d2.Fk

Sedangkan untuk gaya pengempa yang dihasilkan oleh main screw dengan diameter screw 0.36 m adalah

Fk =

(

^Fn+ F_gs)

= ( 4061.34 N + 1096.56 N)

= 5157.9 N

Besarnya torsi pengempa dapat dicari dengan mengggunakan persamaan : Tk = 2.d2.Fk

= 2 x 0.36 m x 5157 N

= 3713 69 N.m

4.3.7 Menghitung Total Torsi

Torsi total didapat dari hasil penjumlah tiga macam torsi yang bersumber dari persamaan 7 dimana :

Total = Torsi poros total (T_p) + Torsi pengempa (T_p) + Torsi gesek (T_g)

= 52.59 N.m + 3713.69 N.m + 20.27 N.m

= 3786.55 N.m

Setelah menganalisa beban torsi didapat beberapa variabel torsi yang terjadi, maka dari variabel torsi yang berbeda dimuat kedalam Gambar 4.2. nilai grafik ini diambil saat mesin bekerja selama 4 detik sesuai dengan perhiungan percepatan sudutnya.

Gambar 4.2 Grafik perbandingan torsi didetik ke 4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Torsi Poros Torsi Kempa Torsi Gesek

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Setelah melakukan analisa pada poros ulir maka didapat hasil bahwa total torsi yang terjadi pada detik ke empat sebesar 3786.55 N.m dengan rincian : 1. Torsi poros sebesar 52.59 N.m

2. Torsi kempa 3713.69 N.m 3. Torsi gesek 20.27 N.m

Dari hasil yang didapat disimpulkan bahwa torsi terbesar terjadi pada torsi kempa sebesar 3713.69 N.m sedangkan terkecil terjadi pada torsi gesek sebesar 20.27 N.m

5.2 Saran

Dari pelaksanaan kerja praktek yang dilakukan, telah didapat hasil sesuai dengan rumusan masalah yng diinginkan maka dari itu bagi mahasiswa lain yang ingin mengembangkan hasil analisa ini diharapkan dapat memperoleh data –data yang lebih kompleks dan metode analisa yang lebih berkembang sehingga analisa –analisa yang terjadi terus berkembang secara dinamis.