7.BAB II DASAR TEORI MESIN ADONAN KERUPUK

commit to user 3

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian Mesin Pengaduk Adonan Kerupuk

Mesin pengaduk adonan kerupuk adalah mesin yang digunakan untuk proses pembuatan makanan ringan dengan hasil produk berupa kerupuk. Kerupuk merupakan makanan ringan yang terbuat dari campuran bahan baku yaitu tepung, rempah-rempah, air dan lain-lain. Mesin pengaduk ini digerakkan dengan cara otomatis yaitu dengan menggunakan motor yang dihubungkan dengan sabuk V dan pulley. Pada Gambar 2.1 Memperlihatkan salah satu dari jenis kerupuk yaitu kerupuk rambak.

Gambar 2.1 Kerupuk

Mesin pengaduk adonan kerupuk terdiri dari berbagai komponen diantaranya yaitu motor listrik, pulley, sabuk V, poros, pengaduk, pisau pemotong, bearing.

Pada Gambar 2.2 Memperlihatkan bentuk dari Mesin pengaduk adonan kerupuk.

Gambar 2.2 Mesin Pengaduk Adonan Kerupuk

commit to user

2.2 Sistem Transmisi

Sistem transmisi bertujuan untuk meneruskan daya dari sumber daya ke mesin pemakai daya, sehingga mesin pemakai daya tersebut bekerja menurut kebutuhan yang diinginkan. Pada perancangan suatu alat atau mesin harus mempunyai konsep perencanaan. Konsep perencanaan ini akan membahas dasar teori yang akan dijadikan pedoman dalam perancangan suatu alat. Pada perancangan sistem transmisi ini bagian elemen alat yang akan direncanakan atau diperhitungkan adalah:

1. Motor Listrik 2. Poros

3. Pulley 4. Sabuk V

2.2.1 Motor Listrik

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor adalah suatu komponen utama dari sebuah konstruksi pemesinan yang berfungsi sebagai penggerak. Gerakan yang dihasilkan oleh motor adalah sebuah putaran poros. Komponen lain yang dihubungkan dengan poros motor adalah pulley ataupun roda gigi yang kemudian dihubungkan dengan sabuk ataupun rantai. Menurut jenisnya motor terbagi menjadi 2 yaitu motor listrik dan motor bakar.

Motor listrik adalah motor yang berputar karena adanya sumber daya listrik yang menghidupkan stator electromotor. Sehingga,menyebabkan terjadinya medan magnet dan memicu rotor untuk berputar. Sumber tenaga dari motor listrik adalah listrik dari PLN.

Motor listrik banyak digunakan pada mesin industry maupun dirumah tangga karena cara pemakaiannya yang lebih mudah dibandingkan sumber tenaga motor bakar. Disamping itu, motor listrik juga memiliki putaran yang lebih stabil dibandingkan dengan motor bensin maupun motor diesel.

Motor listrik mempunyai dua tipe yaitu motor listrik 1 phase dan motor listrik 3 phase. Perbedaan antara motor listrik 1 phase dan 3 phase adalah pada lilitan motornya atau kumparan motor yang dihasilkan medan magnetnya.

commit to user

2.2.2 Daya Penggerak

Secara umum daya diartikan sebagai kemampuan yang dibutuhkan untuk melakukan kerja, yang dinyatakan dalam satuan Nm/s, Watt, ataupun HP. Untuk menentukan harga daya perlu memperhatikan beberapa hal yang mempengaruhinya, diantaranya adalah harga gaya, torsi, kecepatan putar dan berat yang bekerja pada mekanisme tersebut.

Berikut adalah rumus untuk mencari harga daya, gaya, torsi, kecepatan putar dan berat:

a. Mencari harga daya (P)

Berdasarkan besar usaha atau energi tiap satuan waktu, rumus daya adalah sebagai berikut:

P = ^W

t ... (2.1) Keterangan:

P = Daya (watt) W = Usaha (joule) t = Waktu (second)

(Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005)

Berdasarkan gaya yang bekerja dan kecepatan, maka daya dapat dihitung dengan rumus:

P = F.V ... (2.2) V = ω . r ... (2.3) ω = ^2.𝜋.𝑛

60 ... (2.4) Keterangan:

P = Daya (watt) F = gaya (N)

V = Kecepatan linier (m/s) ω = Kecepatan Sudut (rad/s) n = Kecepatan (rpm)

r = Jarak terhadap sumbu (m) (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005)

commit to user

Berdasarkan torsi yang bekerja maka persamaannya adalah:

P = T. ω ... (2.5) T = I. 𝛼 ... (2.6) Keterangan:

P = Daya (watt) T = Torsi (N.m)

ω = Kecepatan Sudut (rad/s) I = Momen Inersia (kg.m³) 𝛼 = Percepatan Sudut (rad/sec²)

(Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005)

Berdasarkan putaran poros, maka persamaannya adalah:

P =

^{2.𝜋.𝑛.𝑇}

60

... (2.7) Keterangan:

P = Daya (watt)

n = Putaran Poros (rpm) T = Torsi (kg.m)

(Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005) b. Mencari harga gaya (F)

Gaya adalah suatu kekuatan yang menyebabkan suatu benda dapat bergerak.

F = m.ɑ ... (2.8) Keterangan:

F = Gaya (N atau kg.m/s²) m = Massa (kg)

ɑ = Percepatan (9,81 m/s²) (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005) c. Mencari harga berat (W)

Berat suatu benda adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut.

W = m.g ... (2.9) Keterangan:

W = Berat (N atau kg.m/s²) m = Massa (kg)

commit to user g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s²) (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005) d. Mencari harga torsi (T)

Besarnya torsi adalah hasil perkalian antara gaya dengan jarak terhadap sumbu.

Seperti persamaan berikut:

T = F.r ... (2.10) Keterangan:

T = Torsi (N.m) F = Gaya (N)

r = Jarak terhadap sumbu (m) (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005)

2.2.3 Pulley

Pulley adalah bagian atau elemen mesin yang berfungsi mentransmisikan atau meneruskan tenaga dari poros satu ke poros lain memakai sabuk. Pulley digunakan untuk mereduksi kecepatan yang dihasilkan dari sumber daya yakni berasal dari motor listrik. Cara kerja pulley sering digunakan untuk mengubah arah gaya yang diberikan, mengirim gerak dan mengubah arah rotasi.

Diameter pulley yang digerakkan menggunakan persamaan:

D₂

=

^{𝑛1. D1}

𝑛² ... (2.11) Keterangan:

D1 = Diameter pulley penggerak (mm) D2 = Diameter pulley yang digerakkan (mm) n₁ = Putaran pulley penggerak (rpm)

n₂ = Putaran pulley yang digerakkan (rpm) (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005)

2.2.4 Sabuk V

Sabuk –V berfungsi sebagai alat yang meneruskan daya dari satu poros ke poros yang lain melalui dua puli dengan kecepatan rotasi sama maupun berbeda.

Jarak yang cukup jauh yang memisahkan antara dua buah poros mengakibatkan tidak memungkinkannya menggunakan transmisi langsung dengan roda gigi.

Sabuk-V terbuat dari kain dan tali dicetak dalam karet dan ditutup dengan kain serta

commit to user

karet seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3 Sabuk ini dibentuk trapesium dan dibuat tak berujung. Ini sangat cocok untuk penggerak pendek. Sudut yang termasuk untuk sabuk-V biasanya dari 30 ̊ sampai 40 ̊ .(Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005)

Gambar 2.3 Sabuk-V dan Alur-V pulley (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2005)

a. Bagian- bagian sabuk-V:

1. Fabric and rubber cover = Berfungsi sebagai pembungkus struktur dari sabuk –V.

2. Fabric = Berfungsi sebagai bahan pengikat struktur karet dan kawat.

3. Rubber = Berfungsi sebagai elastisitas dan agar tidak slip.

4. Cord = Berfungsi penguat agar sabuk-V tidak gampang putus.

Sabuk-V banyak digunakan karena sabuk-V sangat mudah dalam penangannya dan murah harganya. Selain itu sabuk-V juga memiliki keunggulan lain dimana sabuk-V akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah serta jika dibandingkan dengan transmisi-transmisi yang lain, sabuk-V juga memiliki kelemahan dimana sabuk-V dapat memungkinkan untuk terjadinya slip.

b. Bahan sabuk-V antara lain adalah berasal dari kawat, anyaman benang dan karet. Sabuk-V dibagi menjadi beberapa tipe yaitu:

1. Tipe standar: Dengan karakteristik tanda huruf A, B, C, D dan E.

2. Tipe Sempit: Dengan karakteristik symbol 3V, 5V dan 5L.

3. Tipe beban ringan: Dengan karekteristik tanda 3L, 4L dan 5L.

c. Kelebihan sabuk-V:

1. Slip lebih kecil dibandingkan flat belt

commit to user 2. Operasi lebih tenang

3. Mampu merendam kejutan saat start d. Kelemahan sabuk-V:

1. Tidak dapat digunakan pada jarak poros yang panjang 2. Umur lebih pendek dibandingkan flat belt

3. Konstruksi pulley lebih rumit dibandingkan pulley untuk flat belt e. Perhitungan pada sabuk:

Pada Gambar 2.4 Menunjukkan skema dari hubungan sabuk dan pulley pada sabuk terbuka.

Gambar 2.4 Skema hubungan sabuk dan pulley pada sabuk terbuka.(R.S Khurmi, 2005)

a) Menentukan panjang sabuk:

L =

𝜋 ( r₁ + 𝑟₂ ) + 2𝑥 +

^{(𝑟₁−𝑟₂)2}

𝑥 ... (2.12) Keterangan :

L = Panjang sabuk (mm) x = Jarak sumbu poros (mm) r₁ = Jari-jari poros kecil (mm) r₂ = Jari-jari poros besar (mm) (R.S Khurmi, 2005)

b) Kecepatan linier sabuk:

V

=

^{𝜋.D₁.𝑛}

60 ... (2.13)

commit to user Keterangan:

V = Kecepatan sabuk (m/s)

D1 = Diameter pulley penggerak (m) n = Putaran pulley penggerak (rpm) (R.S Khurmi, 2005)

c) Sudut kontak untuk sabuk terbuka:

Sin α = ^{𝑟₂ − 𝑟₁}

𝑥 ... (2.14) θ = (180 ̊ ˗ 2α) ^𝜋

180 Dimana:

θ = Sudut kontak (rad) r₁ = Jari-jari pulley kecil (mm) r₂ = Jari-jari pulley besar (mm)

x = Jarak antar poros (mm)

(R.S Khurmi, 2005)

d) Tarikan sisi kencang (T1) dan tarikan sisi kendor (T2) pada sabuk:

2,3 log ^𝑇₁

𝑇₂ = ^𝜇.𝜃

sin 𝛽 ... (2.15) Dimana:

T1 = Tarikan sisi kencang (N) T2 = Tarikan sisi kendor (N)

μ = Koefisien gesek untuk pulley dengan sabuk adalah 0.3 θ = Sudut kontak (rad)

(R.S Khurmi, 2005)

Sudut alur puli (β) diketahui dengan tabel pada buku Khurmi halaman 728 sebagaimana Tabel 2.1 Menunjukkan spesifikasi dan dimensi sabuk-V. Pada Tabel 2.2 Menunjukkan Dimensi standar dari puli alur V. Pada Tabel 2.3 Menunjukkan Panjang pitch standar sabuk-V. Pada Tabel 2.4 Menunjukkan massa jenis bahan sabuk. Dan pada Tabel 2.5 Menunjukkan koefisien gesek antara sabuk dan pulley.

commit to user

Tabel 2.1 Dimensi standar sabuk-V berdasarkan IS: 2494 – 1974 (R.S Khurmi, 2005)

Tabel 2.2 Dimensi standar dari puli alur V berdasarkan IS: 2494 – 1974 (R.S Khurmi, 2005)

Tabel 2.3 Panjang pitch standar sabuk-V menurut IS: 2494 – 1974 (R.S Khurmi, 2005)

commit to user

Untuk menentukan panjang sabuk sesuai dengan tabel 2.3., panjang picth yang diperoleh pada perhitungan ditambah dengan panjang; 36 mm (tipe A), 43 mm (tipe B), 56 mm (tipe C), 79 mm (tipe D) dan 92 mm (tipe E).

Tabel 2.4 Massa jenis bahan sabuk. (Khurmi, R.S., 2005)

Tabel 2.5 Koefisien gesek antara sabuk dan pulley. (khurmi, R.S., 2005)

e) Daya yang ditransmisikan oleh sabuk

persamaan daya yang dipindahkan oleh sabuk dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:

P = (T1 – T2) .V ... (2.16) Keterangan:

P = Daya yang dipindahkan oleh sabuk (W) T1 = Tegangan tight side sabuk (N)

T2 = Tegangan slack side sabuk (N)

commit to user V = Kecepatan sabuk (m/s)

(Khurmi, R.S., 2005)

2.2.5 Poros

Poros adalah salah satu elemen mesin yang berputar dengan bentuk batang dan umumnya berpenampang lingkaran. Berfungsi untuk meneruskan daya dari satu tempat ke tempat yang lain. Dalam penerapannya poros dikombinasikan dengan pulley, bearing, roda gigi dan elemen lainnya.

Adapun hal-hal penting yang perlu diperhatikan dalam perencanaan sebuah poros, yaitu:

a. Kekuatan poros

Poros transmisi mengalami beban punter atau lentur maka kekuatannya harus direncanakan sebelumnya agar cukup kuat dan mampu menahan beban.

b. Kekakuan poros

Lenturan yang dialami poros terlalu besar maka akan menyebabkan ketidaktelitian atau getaran dan suara. Oleh karena itu kekakuan poros juga perlu diperhatikan dan disuaikan dengan mesin.

c. Material poros

Poros biasa digunakan dalam putaran tinggi dan bebas. Poros terbuat dari baja paduan dengan proses pengerasan kulit sehingga tahan terhadap keausan.

Sekalipun demikian, baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya putaran tinggi dan pembebanan yang berat saja. Maka perlu dipertimbangkan pemilihan jenis heat treatment/perlakuan panas yang tepat untuk kekuatan maksimal.

Dalam perhitungan poros dapat diketahui dengan melihat dari pembebanan:

a) Torsi yang terjadi pada poros:

T =

^𝑃.60

2.𝜋.𝑛 ... (2.17) Keterangan:

T = Torsi pada poros (Nm) P = Daya (watt)

N = Putaran poros (rpm) (R.S Khurmi, 2005)

commit to user b) Momen yang terjadi pada poros:

M = F. L ... (2.18) Keterangan:

M = Momen (Nmm) F = Gaya yang terjadi (N) L = Jarak terhadap gaya (mm) (R.S Khurmi, 2005)

c) Torsi ekuivalen:

Te = √𝑀²+ 𝑇² ... (2.19) Dimana:

Te = Torsi Ekuivalen (Nmm)

M = Momen bending atau lentur (Nmm) T = Torsi (Nmm)

(R.S Khurmi, 2005) d) Diameter Poros:

D =

√

^{16 . 𝑇ℯ}

𝜋 . 𝜏𝑠

3 ... (2.20)

Dimana:

D = Diameter poros (mm)

𝜏

s = Tegangan geser maksimum (N/mm²) Te = Torsi Ekuivalen (Nmm)

(R.S Khurmi, 2005)

2.2.6 Bantalan

Bantalan adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros yang berbeban dan mengurangi gesekan pada poros, sehingga putaran poros dapat berlangsung secara halus. Untuk mengurangi panas yang dihasilkan dari gesekan tersebut diberi lapisan pelumas. Pelumas digunakan untuk memisahkan antara journal dengan bearing. Macam–macam pelumas antara lain: petroleum, tumbuhan- tumbuhan atau silicon.

commit to user

Secara garis besar bantalan dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis yaitu:

1. Bantalan Luncur

Pada bagian ini terjadi gesekan antara poros dengan bantalan, sehingga menimbulkan gesekan dan panas yang besar. Untuk mengatasi hal tersebut diberikan lapisan pelumas antara poros dengan bantalan.

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:

a. Bantalan radial

Pada bantalan ini arah beban adalah tegak lurus dengan sumbu poros.

b. Bantalan aksial

Pada bantalan ini arah beban adalah sejajar dengan sumbu poros.

c. Bantalan gelinding khusus

Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros.