II-1
BAB II
LADASAN TEORI
2.1.
Proses Ekstraksi Proses ekstrasi adalah suatu proses untuk memisahkan campuran beberapa
macam zat menjadi komponen – komponen yang terpisah. Ekstrasi dapat dilakukan dalam dua keadaan cairan yaitu dalam larutan atau emulsi dengan air
dan larutan bahan dalam pelarut organik, misalnya choloform, petroleum ether,
alkohol dan sebagainya. Alat penyulingan, alat pengepresan, dan extractoradalah alat yang bisa digunakan dalam melakukan ekstrasi. 2.1.1. Alat Penyuling Penyulingan adalah pemisahan suatu bahan dari suatu campuran berdasarkan atas perbedaan titik didihnya. Bahan yang akan disuling umumnya dilarutkan atau diemulsikan terlebih dahulu dalam air atau pelarut organik kemudian dipanaskan. Pemanasan dilakukan untukmenguapkan cairan yang akan disuling. Uap masil pemanasan kemudian dicairkan kembali oleh kondensor. Alat yang digunakan untuk penyulingan terdiri dari ketel penyuling, kondensor, alat penampung,dan pemisah. Alat penyuling dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut ini.
Prinsip kerja dari mesin extractor ini adalah mengubah energi listrik
menjadi suatu putaran yang menghasilkan gaya sentrifugal. Pertama-tama motor
listrik akan berputar, kemudian motor tersebut dihubungkan pada poros transmisi menggunakan sabuk. Putaran motor tersebut dapat diubah menjadi momen putar oleh sabuk agar dapat memutarkan poros aksial. Poros aksial yang berputar akan
memutarkan tabung yang kemudian akan mengekstrak produk. 2.2.
Gaya Sentrifugal Gaya sentrifugal merupakan salah satu gaya fiktif (gaya inersia) yaitu gaya
yang dialami benda-benda yang berada dalam sistem kerangka acuan yang gerak
dipercepat. Gaya sentrifugal hanya dialami benda-benda yang berada dalam
kerangka acuan yang sedang bergerak melingkar. Gaya sentrifugal tidak bekerja pada benda yang melingkar, tetapi terhadap benda yang ada di dalam benda yang melingkar. (Sardjito,1996)[2]. Jika membahas gaya sentrifugal tidak akan lepas dari bahasan gaya sentripetal. Perbedaan kedua gaya ini terletak pada arahnya. Jika gaya sentrifugal arahnya menjauhi titik pusat lingkaran sedangkan gaya sentripetal arahnya mendekati titik pusat lingkaran. Untuk lebih jelas mengenai gaya sentrifugal, dapat dilihat pada gambar pada gambar 2.4 berikut ini.
Gambar 2.4 Gaya Sentrifugal
(http://www.calctool.org/CALC/phys/newtonian/centrifugal) Berdasarkan definisi gaya sentrifugal di atas bahwa gaya sentrifugal dialami oleh benda-benda yang bergerak pada kerangka yang melingkar dan geraknya dipercepat, maka percepatannya terdiri dari dua komponen yaitu
II-4
2
2
2
komponen radial (ar = d r/dt -ω r)…………………….…………………….(1)
(Mekanika (Fisika), hal 376)[2].
dan komponen tangensial (aθ = 2ωvr + r α)…………………….……..……(2)
(Mekanika (Fisika), hal 376)[2]. karena benda bergerak melingkar dengan jari-jari(r) yang tetap, maka dr/dt=0 2
2
dan d r/dt = 0 sehingga
percepatan radial untuk gerak melingkar adalah ar = -ω r……………….…..(3)
2
(Mekanika (Fisika), hal 377)[2]. Percepatan radial disebut juga sebagai percepatan sentripetal, sentrifugal arahnya
berlawanan dengan arah sentripetal. Sehingga gaya sentrifugal atau gaya radial untuk benda bermasa m adalah
Fs = mω2r (berarah radial keluar)……………………………….………….…(4) (Mekanika (Fisika), hal 139)[2]. Karena nilai ω = v/rmaka
Fs = m
…………………………………………………..…………..….…(5)
(Physics University 1, hal 135)[3]. 2.3.
Sistem Mekanis Sistem mekanis yang digunakan dalam prototipe mesin pembuat bubuk
dan minyak bawang merah terdiri dari motor penggerak dan sistem transmisi. Penjelasan mengenai motor penggerak dan sistem transmisi adalah sebagai berikut: 2.3.1. Motor Penggerak Motor listrik merupakan sebuah perangkat eletromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik inilah yang digunakan untuk menggerakkan peralatan yang dibutuhkan seperti : kipas angin, mesin cuci, mesin bubut, mesin milling, mesin gerinda, dan juga dapat digunakan untuk memberikan gerakan awal pada motor bakar. Jenis-jenis motor listrik dapat diklasifikasikan seperti pada gambar 2.5 berikut ini:
II-5
Gambar 2.6 Arus AC
(Lessons In Electric Circuits Volume II AC) Arus pada arus AC tidak konstan terhadap waktu seperti pada arus DC
akan tetapi bergelombang membentuk gelombang sinusoida seperti terlihat pada gambar 2.7berikut ini.
Gambar 2.7 Gelombang Arus AC
(Lessons In Electric Circuits Volume II AC)
2.3.1.2. Motor Universal Motor universal dirancang dengan daya kecil yaitu dibawah 300 watt (Kuphaldt, 2007)[4]. Motor ini banyak digunakan pada peralatan rumah tangga seperti mixer, bor listrik, kipas angin, mesin jahit, dan lain-lain. Motor universal dapat bekerja dengan menggunakan arus AC maupun DC, namun pada prototipe mesin pembuat bubuk dan minyak bawang merah yang digunakan adalah sumber
II-7
arus AC. Kecepatan motor dapat ditingkatkan dengan menggunakan penambahan
gulungan. Komponen motor universal terdiri dari rotor dan stator.
a)
berputar. Rotor terdiri dari dua bagian yaitu jangkar dan komutator. Jangkar adalah tempat belitan kawat dan ujung-ujung belitannya ditampatkan pada komutator.
Rotor disebut juga jangkar atau armature yaitu bagian motor yang
b)
Stator adalah tempat diletakkannya kumparan medan magnet. Pada
umumnya motor universal mempunyai dua kutub. Untuk melihat bagian-bagian motor universal dapat dilihat pada gambar 2.8 di bawah ini.
Gambar 2.8 Konstruksi Motor Universal (file:///E:/b-Bagian-bagian-dari-motor-mesin-jahit.htm)
2.3.1.3. Daya Motor Daya motor yang digunakan dalam prose ssentrifugalisasi dihitung dengan menggunakan perhitungan berikut ini: Ftangensial(Ft)
= m x αt ………………………………………(6)
Torsi (T)
= Ft x r …………………………….………...(7)
II-8
Daya (P)
= T x ω ………………..…………………….. (8)
2.3.2. Sistem Transmisi Untuk mentransmisikan daya dan putaran dari motor penggerak ke mesin
atau alat yang digerakan, maka diperlukan suatu elemen yang dapat mentransmisikan daya maupun putaran tersebut. Elemen tersebut antara lain :
a)
poros penggerak dan poros yang digerakkan relatif jauh, putaran relatif tinggi.
Sabuk (Belt), digunakan untuk mentransmisikan putaran dengan jarak
Sabuk terdiri dari tiga jenis yaitu: flat belt, v-belt, dan toothed belt. Flat belt, jarak antar poros dapat sampai 10 m, perbandingan putaran maksimum 6, V-belt, jarak
antar poros dapat sampai 5 m, perbandingan putaran maksimum 7 dan Toothed belt digunakan untuk mendapatkan putaran yang tetap (Sularso, 1985)[5]. b)
Rantai (Chain), digunakan untuk mentransmisikan daya yang besar dan
putaran yang relatif kecil dengan jarak poros penggerak dan porors yang digerakkan relatif jauh. c)
Roda gigi (Gear), digunakan untuk mentransmisikan daya dan putaran
dengan jarak poros penggerak dan poros yang digerakkan mempunyai jarak yang relatif pendek. Pada prototipe mesin pembuat bubuk dan minyak bawang merah dibutuhkan sistem transmisi dengan jarak poros penggerak dan poros yang digerakan relatif jauh, putaran yang cukup tinggi, putaran tetap dan dimensi yang relatif kecil, sehingga dipilih toothed beltt. Toothed belt dapat dilihat pada gambar 2.9 berikut ini.
Gambar 2.9Toothed belt
II-9
(http://www.sierramadrecollection.com/)
Untuk menghitung jenis dan dimensi toothed belt yang akan digunakan pada ekstraktor sentrifugal, dipakai perhitungan sebagai berikut:
: P. Fc …………...……..………..(9)
Daya rencana
Pd
Pemilihan penampang toothed belt
Pd n Penampang..Toothed belt ..(10) max
Type.toothed .belt n Jumlah.gigi …....(11) max
Pemilihan jumlah gigi
Diameter puli dp
p.z1
Dp
p.z2
…………………………………...…………………..…(12)
…………………………………………………..…….….(13)
Kecepatan belt
V
.dp.n
(m/dt)……..….…(14)
60
z z c z z / 6,28 Panjang toothed-belt Lp 1 2 2. 2 1 ………………..(15) 2 p c/ p 2
Jarak Sumbu Poros 1 Z1 Z 2 Lp 4 2
2 Lp Z1 Z 2 2 Z 2 Z1 2 ….………...(16) 2 9 , 86
Sudut kontak 1800
Dp dp 0 .57 …………………………..……...…….(17) c
Cp
Jumlah gigi terkait JGT
3600
.Z1 ……………………….…………...……..(18)
II-10
Lebar Toothed belt
b
Pd .......................................................................(19) Po. ft
2.3.3. Poros Poros merupakan salah satu bagian elemen mesin yang fungsinya untuk menumpu dan meneruskan putaran dan daya.Macam-macam poros diantaranya
adalah sebagai berikut: Spindel yaitu poros transmisi yang relatif pendek, dimana beban utamanya
a) b)
adalah beban puntir, contohya adalahporos mesin bor. Gandar yaitu poros baik berputar maupun tidak berputar untuk menumpu bagian mesin dan hanya mendapat beban lentur, contoh adalah poros pada kereta gandeng.
c)
Poros yaitu poros transmisi yang menerima beban kombinasi, beban puntir dan lentur secara bersamaan. Pada ekstraktor sentrifugal, poros yang digunakan mendapat beban puntir
dan lentur yang berasal dari putaran toothed belt.Perhitungan minimum diameter poros menggunakan rumus sebagai berikut: Daya rencana
Pd
: P. fc (kw)
Torsi / Momen puntir Pd T . T
Tegangan geser yang diijinkan a
5,1 . Diameter poros pejal ds a
Pd
(N.m) ……………...….(20)
u Sf1. Sf 2
Km . M
( N / mm2 ) ……….…………..(21)
2
Kt .T
2
1/ 3
……………….(22)
2.3.4. Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros sehingga poros dapat berputar dengan smooth dan aman.Bantalan harus cukup kokoh untuk memastikan poros serta elemen mesin lainya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja sebagaimana semestinya. Bantalan yang
II-11
digunakan pada prototipe mesin pembuat bubuk dan minyak bawang merah
adalah bantalan yang mampu menahan beban aksial dengan tipe Y-Bearing
Flangedyang dapat dilihat pada gambar 2.10 di bawah ini.
Gambar 2.10Bearing Flanged Units
( www.skf.com) Y- Bearing Flanged dipilih agar posisi poros dapat dengan mudah di atur kesatusumbuannya. Prototipe mesin pembuat bubuk dan minyak bawang merah digunakan dua bantalan dengan jenis yang sama tetapi ukuran diameter dalam yang berbeda yaitu 20 mm dengan kode YAR 204-2F dan 17mm dengan kode YAR 203-2F. Secara lengkap mengenai informasi bantalan YAR 204-2F dapat dilihat pada gambar 2.11 berikut ini.
II-12
Gambar 2.11 Bantalan YAR 204-2F
( www.skf.com) Sedangkan informasi mengenai bantalan YAR 203-2F dapat dilihatpada gambar 2.12 berikut ini.
Gambar 2.12 Bantalan YAR 203-2F
( www.skf.com) Pada gambar 2.11 terdapat informasi mengenai putaran maksimal bantalan YAR 204-2F yaitu 8500rpm dan pada gambar 2.12 terdapat informasi mengenai putaran maksimal bantalan YAR- 203-2F yaitu 9500rpm. Pada prototipe mesin
II-13
pembuat bubuk dan minyak bawang merah hanya digunakan putaran sebesar
700rpm sehingga kedua jenis bantalan tersebut aman digunakan.
Selain informasi mengenai bantalan di atas, pada penulisan ini juga
terdapat perhitungan umur pakai atau lifetime bantalan yand dihitung berdasarkan ISO 281:1990 yaitu sebagai berikut:
L10= (
)3……………………………………………………………….…….(23)
Catalogue 5001, hal 24) (SKF
Jika kecepatan yang akan digunakan konstan, maka umur pakai bantalan dapat
diperoleh menggunakan perhitungan sebagai berikut:
( )3………………………………..………………...…….....(24)
L10h =
(SKF Catalogue 5001, hal 24)[6]. Atau
L10h =
L10 …………………………………………………………….(25)
(SKF Catalogue 5001, hal 24)[7] Dimana: L10
= basic rating life(pada 90% reliabilitas) juta putaran
L10h
=basic rating life (pada 90% reliabilitas) jam operasi
C
= beban dinamik dasar, kN
P
= beban ekuivalen dinamik bantalan, kN
n
= kecepatan putaran, rpm
II-14
II-15
