Universitas Wijaya Putra
BAB II DASAR TEORI
2.1.
Tinjauan umum
Tembakau merupakan salah satu komoditas pertanian yang menjadi bahan dasar rokok. Dimana kita ketahui bahwa rokok telah menjadi kebutuhan sebagian orang. Walaupun industri rokok dihadapkan dengan kampanye pengurangan rokok dengan alasan kesehatan, tetapi tidak menyurutkan pihak industri maupun konsumen rokok untuk tetap memproduksi dan mengkonsumsinya dengan berbagai alasan tertentu. Selain memberikan kenikmatan rokok juga dapat menunjang ekonomi suatu negara. Maka dari itu konsumsi rokok selalu mendapatkan tempat di masyarakat. Dalam proses produksi rokok melewati beberapa proses, salah satunya adalah proses perajangan. Dalam proses perajangan, petani tembakau masih banyak yang menggunakan cara manual, dengan menggunakan dudukan tembakau yang terbuat dari kayu atau sering disebut dengan koplokan dan dipotong dengan menggunakan pisau rajang. Dalam melakukan proses perajangan manual dibutuhkan waktu yang relatif lama, selain memakan waktu perajangan secara manual juga menghasilkan ukuran rajangan yang tidak seragam. Hal yang lain adalah terjadinya kecelakaan saat melakukan perajangan. Hal inilah yang mendorong kami untuk merancang alat perajang tembakau. Dengan tujuan untuk mempercepat proses perajangan dan mengurangi angka kecelakaan kerja.
6
Universitas Wijaya Putra
2.2
Sistem Transmisi Mesin Perajang Tembakau
2.2.1 Pulley dan V- belt (sabuk) Sabuk V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk V dibelitkan dikeliling alur pulley berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit pada pulley ini mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji , yang akan menghasilkan tranmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Pulley dan belt merupakan bagian mesin yang paling banyak digunakan pada suatau pembuatan mesin. Bentuk pulley dan belt adalah sejajar dengan porosnya dan dapat digunakan untuk memindahkan daya motor dengan putaran yang tetap ataupun berubah – ubah, untuk merencanakan bentuk pulley faktor penunjang yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut: 1. Daya yang dipindahkan 2. Jumlah putaran permenit 3. Diameter pulley Keuntungan dari mesin yang menggunakan pulley dan belt ini adalah bila sedang bekerja tidak menimbulkan suara berisik, biaya perawatan yang relatif lebih murah dibandingkan dengan penggerak yang menggunakan gear dan rantai, sedangkan kerugiannya yaitu tenaga yang dihasilkan tidak begitu kuat seperti
7
Universitas Wijaya Putra
mengunakan tranmisi dengan roda gigi, menurut jenisnya belt yang digunakan untuk pemindahan daya adalah : 1. Belt datar (Flat Belt) dengan penampang melintang segi empat. 2. Belt-V (V-Belt) dengan penampang melintang bentuk trapezium. 3. Timing belt pada dasarnya permukaan penampang hamper sama dengan belt datar hanya pada permukaan bagian bawah yang berbeda , bagian bawah belt ini mempunyai gigi (bergigi).
Gambar 2.1 ukuran penampang sabuk V (Sularso “.1998) 2.2.2 Perhitungan V-Belt a. Penetapn diameter pulley V-belt, dpull (mm)
Gambar 2.2 skema belt dan pulley (Ir.Wayan Berata. 1998)
b. Kecepatan keleliling pulley penggerak, Vpull 8
Universitas Wijaya Putra
( Ir.Wayan Berata.1998)
=
Dimana:
= diameter pulley (mm) = putaran motor penggerak (rpm) V
= kecepatan keliling pulley penggerak (m/s)
c. Gaya keliling yang timbul, Frated (kg) F
=
Dimana :
(
)
( ir.Wayan Berata.1998)
N= daya motor maksimum (hp)
vpull = kecepatan keliling pulley (m/s) d. Gaya keliling yang timbul akibat overload factor, F (kg) F = β . Frated Dimana:
( Ir.Wayan Berata. 1998)
β = overload factor.
e. Tegangan yang timbul apabila seluruh beban bekerja pada belt, k (kg/cm 2) K = 2 . φ . σo Dimana:
(Ir.Wayan Berata.1998)
φ = 0,9 faktor tarikan untuk V-belt (tetapan) σo = 12 (kg/cm2) tegangan awal untuk V-belt (tetapan)
f. Luasan penampangan belt,A(cm2)
Dimana:
.
=
(Ir. Wayan Berata.1998) Frated =gaya keliling yang terjadi (kg)
g. Penentuan banyaknya belt yang digunakan, Z (buah) h. Penentuan table belt yang digunakan, Hbelt (mm) i. Penentuan panjang V-belt, Lbelt (mm)
9
Universitas Wijaya Putra
=2 + (
+
)
(ir.Wayan Berata.1998) Dimana:
+
(
)
= jarak poros motor dengan titik pusat pulley 1
a
dpull1 = diameter pulley penggerak (mm) dpull2 =diameter pulley yang digerakan (mm) j. Kekendoran V-belt,Amin (mm) Jarak minimum agar V-belt tidak lepas dari pulleynya : Amin = a -2h
(ir.Wayan Berata.1998)
k. Ketegangan V-belt,Amax (mm) Jarak maksimum agar V-belt tidak terlalu kencang terhadap pulley Amax =(1,05~1,10) a (ir.Wayan Berata.1998)
l. Tegangan maksimun yang timbul dari operasi V-belt,σmax σmax = σo+ Dimana :
. .
σo =12
+
ρ.( (
kg
) . )
cm
+
(
kg
. )
cm
, tegangan awal untuk V,belt (tetapan)
F = Gaya keliling yang terjadi (kg) Z = jumlah belt (buah) A = luas penampangan (mm2) ρ = berat jenis rubber canvas (1,25~1,50)
kg
cm
g = gaya grafitasi Eb =
modulus elastisitas rubber canvas (600-1000)kg cm 10
Universitas Wijaya Putra
h = tebal belt (mm) Dmin = dpull = diameter pulley penggerak Vp1 = kecepatan keliling pulley penggerak
m.Jumlah putaran V-belt,u (rps)
Dimana :
=
(ir.Wayan Berata.1998) Vp = kecepatan keliling pulley penggerak L = panjang standart belt (mm)
n. Umur belt, H (jam kerja)
Dimana :
=(
σ . . ) σ
(ir.Wayan Berata.”elemen mesin”,hal 180)
Nbase = 1x107 put,basis dari fatique test (tetapan) u
= jumlah putaran V-belt (rps)
x
= jumlah pulley yang berputar (buah)
m
= 8, factor buah V-belt (tetapan)
σfat = 90
kg
cm ,fatique test untuk V-belt (tetapan)
σmax = teg, maksimum yang timbul dari operasi V-belt kg
cm
o. Dimensi-dimensi pulley berdasarkan type V-belt yang terpilih.
11
Universitas Wijaya Putra
Type V-belt yang terpilih adalah type berapa, maka akan dapat dilihat pada tabel 4.1 besaran besaranya yaitu : e, c, t, dan s dengan menetapkan sudut kemiringan groove pulley 2θ=(36~40)0 Dout= dpull +2c (ir.Wayan Berata.1998) Din = dout -2c
p. Lebar pulley,B (mm) Lebar pulley penggerak dengan pulley silinder diasumsikan sama, maka: Bpull2 =Bpull1 =(z - 1) . t + 2s (ir.Wayan Berata.1998) Dimana :
Z =jumlah belt (buah)
q. Sudut kontak V-belt pada pulley penggerak, 2 (degree) α =180 Dimana :
α
.600 (ir.Wayan Berata.1998)
a = jarak poros penggerak dan silinder (mm)
r. Torsi yang terjadi pada pulley, T (lb in)
(AD, Deutschman,2004)
T = F Dimana :
F = gaya keliling yang timbul (lb) Dpull = diameter pulley penggerak (in)
s. Tegangan tarik V-belt yang terjadi pada pulley penggerak dengan yang digerakan. F2 = F 1 Billa dapat diperkirakan ratio tegangan tarik V belt adalah antara 3 : 1 dan 5 : 1, maka
= 5 (asumsi) 12
Universitas Wijaya Putra
Dengan ketentuan sebagai berukut : F1 = Dimana :
,
dan F =
,
F1 = batas kekuatan tegangan tarik maks. V-belt (lb) F2 = batas kekuatan tegangan tarik min. V-belt (lb) T = torsi pada pulley penggerak (lb in) Dpull = diameter pulley penggerak (in)
Harga F1 harus dikalikan dengan factor layanan untuk V-belt pada tabel 20. Gaya yang akan diterima oleh proses penggerak dari pulley, fr (lb) Fr = 2 F0 .sin Fr =
Dimana :
(ir.Wayan Berata.1998)
α
φ.
F
= gaya keliling yang terjadi (lb)
Φ
= 0,7 factor tarikan untuk V-belt (tetapan)
α
= sudut kontak V-belt (degree)
2.3 POROS 2.3.1 Jenis – Jenis Poros 13
Universitas Wijaya Putra
Dilihat dari fungsinya, poros merupakan elemen dari transmisi untuk
meneruskan daya dan putaran. Dibawah ini terdapat beberapa definisi dari poros : 1.
Shaft Shaft adalah poros yang ikut berputar untuk memindahkan daya dari mesin ke mekanisme yang di gerakkan.
Gambar 2.3 Shaft (http://hztinbo.en.made-in-china.com 2009) 2. Axle Axle adalah poros yang tetap dan mekanismenya yang berputar pada poros tersebut, juga berfungsi sebagai pendukung.
Gambar 2.4 Axle (http://coganvalleymachine.blogspot.com 2010)
14
Universitas Wijaya Putra
3. Spindle
Spindle adalah poros pendek yang terdapat pada mesin perkakas yang mampu atau sangat aman terhadap momen bending atau momen puntir.
Gambar 2.5 spindle Shaft (http://www.diequa.com 2010) 4. Line Shaft Line Shaft adalah suatu poros yang berhubungan dengan mekanisme yang di gerakkan dan berfungsi memindahkan daya dari motor penggerak ke mekanisme tersebut.
Gambar 2.6 Line Shaft (http://www.directindustry.com 2010) 5. Jack Shaft Jack Shaft adalah poros pendek yang biasa di pakai pada dongkrak mobil.
Gambar 2.7 Jack Shaft (http://www.rgrechandson.com 2010)
15
Universitas Wijaya Putra
6. Flexible Shaft Flexible Shaft adalah poros yang juga berfungsi memindahkan daya dari dua mekanisme (antara poros dan mekanisme) dimana perputaran poros membentuk sudut dengan poros yang lainnya, daya yang di pindahkan relatif rendah.
Gambar 2.8 Flexible Shaft (http://www.energyefficiencyasia.org 2010) 2.3.2 Rumus – Rumus Yang Digunakan Perhitungan yang dilakukan dalam perencanaan poros adalah sebagai berikut : 1. Gaya-gaya yang bekerja pada poros, F (lb) Fr = F1 tan ∝ (AD.Deutschman, 2004) F= (
Dimana :
+
F = gaya yang bekerja pada poros (lb) Fr = gaya radial (lb) Ft = gaya tangensial (lb)
16
Universitas Wijaya Putra
2. Reaksi bantalan yang timbul pada poros, F (lb) Σ Fx = 0 Dimana :
Σ Fy = 0
ΣM=0
F = gaya yang bekerja pada poros (lb) X = jarak antara gaya yang bekerja pada poros (in)
3. Tegangan bahan maksimum max=
Dimana :
, .
(Ibid, hal 382)
N
= angka keamanan untuk bahan
Syp = tegangan luluh bahan (psi) 4. Torsi poros .
Tp = Dimana :
(Deutschman “ Machine Design “ hal 334)
Tp
= Torsi (lb.in)
Hp
= Daya (Hp)
rpm
= Putaran motor (rpm)
5. Diameter poros, Dp (mm) =( Dimana :
.
)
(
+
τmax
= tegangan bahan maximum
Tp
= torsi poros (lb.in)
M
= moment maksimum poros (lb.in)
lb
in
17
Universitas Wijaya Putra
2.4
Belt Konveyor
Belt konveyor atau alat pemindah sabuk berfungsi untuk memindahkan beban unit (unit load) maupun beban curah (bulk load) dalam arah garis lurus (horizontal), arah naik (incline) atau sudut inklinasi terbatas, arah turun (decline), ataupun dari kombinasi ketiga arah tersebut. Alat pemindah sabuk (belt konveyor) terdiri dari sabuk sebagai pembawa beban, pulley dan motor penggerak serta sambungan dari sabuk itu sendiri yang juga menentukan kekuatan pada sabuk.
Gambar 2.9 bagian utama belt conveyor (http://k3titlsmknesaba.blogspot.com 2009 ) 2.4.1 Sabuk ( Belt ) Sabuk atau belt berfungsi untuk pembawa atau penarik beban, sabuk atau belt konveyor terdiri dari lapisan-lapisan tenunan kain, baja strip tipis dan wool yang ditenun dengan kawat sabuk, serta dilindungi dengan lapisan karet pada permukaan atas dan bawah belt yang merupakan initi dari kekuatan belt. Belt yang sering banyak digunakan adalah jenis tenunan kain dengan lapisan karet dimana jenis sabuk ini mempunyai sifat tidak menyerap air.
18
Universitas Wijaya Putra
Gambar 2 .10 Sabuk (belt)kekuatan sabuk tergantung dari jumlah lapisan ( plies ) (http://w31.indonetwork.co.id 2010 2.4.2 Penyambung Sabuk Sabuk disambung dengan menggunakan sambungan dari kulit atau dilindungi dengan kain khusus dalam keadaan dingin. Kebanyakan digunakan sambungan dengan dilem panas (Vulkanizing ). Cara penyambungan dilakukan sebagai berikut: Sabuk dipotong sesuai dengan gambar, dibersihkan kemudian dilem dengan karet. Selanjutnya dijepit dengan alat penjepit lalu dipanasi sampai suhu 140° -150° C selama 25 - 60 menit.
Gambar 2 .11 Penyambung sabuk (http://w31.indonetwork.co.id 2009)
19
Universitas Wijaya Putra
2.4.3 Puley
Puley merupakan bagian dari elemen mesin yang berfungsi untuk menumpuk sabuk ( belt ) yang berputar dan juga untuk memindahkan beban dari satu tempat ketempat yang lainnya. Pulley juga menerima beban tarik, beban bolak - balik tegantung dari jenis torsi yang timbul.
Gambar 2.12 Pulley (http://w31.indonetwork.co.id 2010) 2.4.4
Rumus
–
Rumus
dan
persamaan
yang
digunakan
untuk
merencanakan sabuk konveyor a) beban unit
Gambar 2.13 belt konveyor( http://k3titl-smknesaba.blogspot.com 2010 )
20
Universitas Wijaya Putra
dasar perhitungan kapasitas : Berat beban persatuan panjang alat pembawa beban : q (kg/m) Kecepatan pemindah : v (m/s)
Menentukan waktu lamanya papan bergerak =
Dimana :
= waktu lamanya papan bergerak (s)
Menentukan kecepatan konveyor (v): v= Dimana :
( )
(m/s)
=
v = kecepatan konveyor
(m/s)
L = panjang total konveyor
(m)
t = waktu
(s)
Menentukan putaran konveyor : Dengan rumus menggunakan rumus kecepatan =
. .
( / )
Sehingga putaran konveyor adalah : =
Dimana :
.
.
(
)
V = kecepatan konveyor
(m/s)
d = diameter pulley konveyor
(m)
n = putaran
(rps)
21
Universitas Wijaya Putra
2.5 BANTALAN
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban sehingga putaran / gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus. 2.5.1
Jenis-Jenis Bantalan
Secara umum bantalan (bearing) dapat dibedakan menjadi : 1.
Bantalan Bola ( Ball Bearing) -
Radial Ball bearing
Gambar 2.14 Radial Ball Bearing (http://anistkr.blogspot.com.2009 ) -
Angular-Contact Ball Bearing
Gambar 2.15 Angular – Contact Ball Bearing(http://iwansugiyarto.blogspot.com. 2009)
22
Universitas Wijaya Putra
2.
Bantalan dengan Roll (Roller Bearing) terdiri atas :
-
Cylindrical Roller Bearing
Gambar 2.16 Cylindrical Roller Bearing(http://3.bp.blogspot.com.2009) -
Tappered Roller Bearing
Gambar 2.17 Tappered Roller Bearing (http://3.bp.blogspot.com 2009) -
Needle Roller Bearing
Gambar 2.18 Needle Roller Bearing(http://3.bp.blogspot.com 2009)
23
Universitas Wijaya Putra
2.5.2
Umur Bantalan
Dalam penentuan bantalan yang dipakai maka ditentukan dengan rumus : 1)
Umur Bantalan (L10 ) L10 =
Dimana :
2)
.
(Deutschman “Machine Design”hal 485)
B
= konstanta tipe bantalan
V
= faktor keamanan
L10
= umur bantalan
C
= beban dinamis
P
= beban ekivalen
Beban ekivalen (P) P = (X,V, Fr + Fa)
Dimana :
(Deutchman .2004)
X = faktor beban radial Fr = Gaya radial bantalan (kg) Fa = gaya aksial V = faktor rotasi dengan ring dalam yang berputar Y = Faktor beban aksial P = Beban ekivalen
24
