BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kajian SingkatMesin Pengiris Singkong Untuk pembuatan keripik singkong (umbi kentang dll) diperlukanmesin guna mempercepat proses pengirisannya, yang disebut Mesin Pengiris Singkong. Kapasitas mesin ditentukan oleh kebutuhan industri atau berdasarkan konsumen. Proses operasional mesin cukup mudah, yaitu dengan mengumpan umbi pada mata pisau yang dipasang pada piringan berputar. Mesin pengiris singkong merupakan alat bantu untuk mengirissingkong menjadi lembaran-lembaran tipis dengan ketebalan ± 1 s.d 2 mm. Bukan hanya itu saja, mesin ini juga dapat menghasilkanirisan dengan ketebalan yang sama, waktu pengirisan menjadi cepat. Terdapat beberapa jenis mesin pengiris singkongyang dirancang, digunakan, dan dijual, beberapa diantaranya menerapkan teknologi untuk pengirisan singkong. Beberapa kajian tentang produk tersebut dijabarkan sebagai berikut.

5 http://digilib.mercubuana.ac.id/z

2.1.1. Produk Dipasaran 1. Berdasarkan data yang penulis dapatkan, terdapat beberapa jenis mesin pengiris singkong yang dijual dan digunakan, beberapa diantaranya dapat dilihat pada tabel 2.1. No

Keterangan gambar

1

2

Spesifikasi Type 2 in 1G Dimensi (PxLxT) 50x40x65cm

Sumber : kios mesin

Tenaga penggerak Dinamo listrik ½ Hp

Harga jual

Rp 4.000.000

Kapasitas mesin +/- 5060kg/jam Type TK 25 Dimensi (PxLxT) 40x36x82

Dinamo listrik ¼ Hp Rp 3.500.000

Kapasitas mesin +/-40-50 kg/jam

3

Sumber : kios mesin

Type mesin PS-10 Dimensi (PxLxT) 50x40x50

Menggunak an tenaga penggerak Rp 1.500.000 manusia

Kapasitas mesin +/- 10kg/jam Sumber:saranaprima Tabel 2.1. Mesin pengiris singkong yang ada di pasan


2. Kekurangan pada mesin yang ada di pasaran Setelah mempelajari mesin-mesin pengiris singkong yang ada, penulis mendiskripsikan masih terdapat kekurangan pada mesin-mesin tersebut. Secara singkat beberapa masalah tersebut dijelaskan pada tabel 2.2. No Keterangan gambar

Kekurangan mesin

1

 harga mesin masih terlalu tinggi bagi pelaku usaha kecil  tidak dilengkapi dengan roda penggerak  daya motor ½ Hp masih terlau besar  tidak efisien

Sumber: kios mesin 2

 harga mesin masih terlalu tinggi bagi pelaku usaha kecil  sistem transmisi belum tertutup oleh cover  dimensi tidak menarik  tidak efisien Sumber: kios mesin  tenaga penggerak masih menggunakan tenaga manusia  bagian piringan pisau tidak tertutup oleh cover  Hasil irisan tidak optimal  tidak efisien Sumber: sarana prima Tabel 2.2. Kekurangan mesin pengiris singkong yang ada di pasar. 7 http://digilib.mercubuana.ac.id/z

2.1.2. Patent Review Beberapa paten yang terdaftar untuk Mesin pengiris adalah sebagai berikut 1. Vertical Axis Disc Onion Slicer Dipatenkan pada 24 july 1956, dengan nomor patent US 2755835A Puccinelli Romolo L

Gambar 2.1. Vertical axis disc onion slicer Mesin ini menggunanakan penggerak motor listrik dan posisi piringan pisau vertikal.


2. Slicer For Tomatoes Or Like Produce. Dipatenkan pada June 28, 1966 L. M. LACKERMAN .Nomor 324081 4

Gambar 2.2. Slicer For Tomatoes Or Like Produce. Penemuan ini secara umum berhubungan dengan bidang persiapan makanan dan lebih khusus untuk alat pengiris buah. Karena waktu yang dibutuhkan untuk mengiris dengan cara ini lebih efisien,dalam jumlah besar.


3. Hall Vertikal Axis Rotary Slicer Dipatenkan pada May 28, 1957

Gambar. 2.3. Hall Vertikal Axis Rotary Slicer


Gambar. 2.4. Hall Vertikal Axis Rotary Slicer Tujuan dari penemuan ini adalah untuk meningkatkan kapasitas produksi, mesin tersebut digunakan di dapur besar restoran, rumah sakit dan lembaga sejenis serta di pabrik-pabrik pengalengan atau seperti industri bahan makanan.Mesin menurut penemuan ini secara substansial dimaksudkan untuk memotong bahan makanan menjadi irisan, strip, kubus atau sejenisnya.


4. A. E. Orner Slicer Filed Patented Feb. 22, 1938 UNITED STATES PATENT OFFICE f slicerarnold E. Orner, Bendersville, Pa Application August 11, 1936, Serial No. 95,471

Gambar 2.5.

A. E. Orner Slicer Filed


Gambar 2.6.

A. E. Orner Slicer Filed

Ini adalah obyek dari penemuan ini untuk memberikan alat pengiris sayuran ditingkatkan dan ekonomis yang sepenuhnya menyingkirkan kemungkinan cedera pada operator. Keuntungan dan benda-benda dari penemuan lain akan menjadi jelas dari uraian rinci berikut diambil sehubungan dengan gambar terlampir, dimana:Gambar l adalah pandangan perspektif perbaikan perangkat mengiris sayur.Gambar 2 adalah pandangan penampang memanjang diambil terpusat dari angka 1; 13 http://digilib.mercubuana.ac.id/z

2.2. Pegas 2.2.1. Pengertian Pegas

Gambar. 2.7. Jenis pegas Sumber : romantiecz.blogspot.com Pegas adalah elemen mesin flexibel yang digunakan untuk memberikan gaya,torsi, dan juga untuk menyimpan atau melepaskan energi. (Robert. L. mott 67 : 2009). Energi disimpan pada benda padat dalam bentuk twist, stretch, atau kompresi. Energi di-recover dari sifat elastis material yang telah terdistorsi. Pegas haruslah memiliki kemampuan untuk mengalami defleksi elastis yang besar. Beban yang bekerja pada pegas dapat berbentuk gaya tarik, gaya tekan, atau torsi (twist force). 2.2.2. Jenis Pegas Pegas dapat dikelompokan dalam empat jenis penggunaan yaitu tekan, tarik, radial, dan torsi (Robert. L. mott 69 : 2009). 1. Tekan a. Pegas Ulir Tekan


Gambar 2.8. Pegas ulir tekan Sumber : alumnimuhngawengk.blogspot.com Pegas ulir tekan (helical compression spring), umumnya, terbuat dari kawat bundar, dililitkan lurus, berbentuk silindris dengan jarak bagi konstan antara satu lilitan dengan lilitan berikutnya. b. Pegas Piring

Gambar 2.9. Pegas piring Sumber : dglib.uns.ac.id Pegas piring (Belleville spring), mempunyai bentuk cekungan dangkal atau cakram kronis dengan lubang ditengahnya, pegas piring dapat menghasilkan gaya pegas yang besar pada ruang aksial yang sempit.


c. Pegas Puntir

Gambar 2.10. Pegas puntir Sumber : www.steelindonesia.com Pegas puntir (torsion spring), digunakan untuk menghasilkan torsi selama pegas terdefleksi oleh putaran sumbunya. 2. Tarik a. Pegas Rajutan

Gambar 2.11. Pegas rajutan Sumber : http://indiamart.com Pegas rajutan (drawbar spring)menggabungkan pegas ulir tekan standar dengan dua kawat yang dikaitkan didalam lilitan pegas. Gaya


tarik dapat dihasilkan dengan cara menarik kawat pengait, sementara pegas dalam keadaan tertekan. b. Pegas gaya konstan

Gambar 2.12.Constant-force spring Sumber : Indonesiaalibaba.com Pegas gaya konstan (constant-force spring), pegas tipe ini berbentuk gulungan bilah pelat. Gaya yang diperlukan untuk menarik pelat keluar dari gulungan konstan sepanjang tarikannya. 3. Radial

Gambar 2.13.Garter spring Sumber : http://autozone.com


Pegas kumparan cincin (garter spring), merupakan lilitan kawat yang dibentuk menjadi sebuah cincin sehingga menghasilkan gaya radial disekeliling objek dimana pegas ini digunakan. 4. Torsi

Gambar 2.14. Pegas daya Sumber : fsspring.en.alibaba.com Pegas daya (power spring), disebut juga dengan pegas motor atau pegas jam. Terbuat dari baja pegas rata dan digulung menjadi bentuk spiral. 2.3. Pegas Ulir Tekan (Helical compresion spring) Pegas ulir tekan mempunyai bentuk umum kawat bulat dililitkan menjadi bentuk silindris dengan jarak bagi antar lilitan konstan. (mott, 2009). Pegas ulir tekan diaplikasikan diberbagai alat seperti pada mobil,sepeda motor, dan pulpen. Pegas

‘helical compression’ dapat memiliki bentuk

yang sangat

bervariasi.Gambar 2.15 menunjukkan beberapa bentuk pegas helix tekan. Bentuk yang standar memiliki diameter coil, pitch, dan spring rate yang konstan. Picth dapat dibuat bervariasi sehingga spring rate-nya juga bervariasi. Penampang kawat umumnya bulat, tetapi juga ada yang berpenampang segi empat. Pegas konis biasanya memiliki spring rate yang non-linear, meningkat jika defleksi


bertambah besar. Hal ini disebabkan bagian diameter coil yang kecil memiliki tahanan yang lebih besar terhadap defleksi, dan coil yang lebihbesar akan terdefleksi lebih dulu. Kelebihan pegas konis adalah dalam hal tinggi pegas,dimana tingginya dapat dibuat hanya sebesar diameter kawat. Bentuk barrel dan hourglass terutama digunakan untuk mengubah frekuensi pribadi pegas standar.

Gambar 2.15.Variasi bentuk pegas ulir tekan. (Sumber: Robert L mott 70) 2.3.1. Kondisi Ujung dan Panjang Pegas Ujung lilitan dapat menimbulkan beban yang eksentris, sehingga dapat meningkatkantegangan pada satu sisi pegas. Empat tipe ujung lilitan yang umum digunakan ditunjukkanpada gambar 2.16. Ujung ‘plain’ dihasilkan dengan memotong kawat dan membiarkannya memiliki pitch yang sama dengan keseluruhan pegas. Tipe ini paling murah, tapi alignment-nya sangat sulit dan efek eksentrisitasnya tinggi. Tipe plain ground adalah ujung plain yang digerinda sampai permukaan ujung pegas tegak lurus terhadap sumbu pegas. Hal ini akan memudahkan aplikasi beban pada pegas. Ujung pegas tipe squaredatau tertutup didapat dengan mengubah sudut lilitan menjadi 0˚. Performansi aplikasi beban dan 19 http://digilib.mercubuana.ac.id/z

alignment akan lebih baik lagi jika ujungnya digerinda yang ditunjukkan pada gambar (d). Tipe ini memerlukan biaya paling mahal, tetapi ini adalah bentuk yang direkomendasikan untuk kompenen mesin kecuali diameter kawat sangat kecil (< 0,02 in atau < 0,5 mm).

Gambar 2.16.Empat tipe ujung pegas: (a) plain, (b) plain and ground, (c) squared, (d) squared and ground 2.3.2. Bahan Yang Digunakan Untuk Pegas Sembarang bahan elastis dapat digunakan untuk pegas. Tetapi, sebagian besar aplikasi mekanis menggunakan kawat logam – baja karbon tinggi (paling umum), baja paduan, baja tahan karat, kuningan, perunggu, tembaga berilium, atau paduan berbasis nikel. Sebagian besar bahan pegas dibuat sesuai dengan spesifikasi ASTM.(Robert L Mott 2 : 77)


Tabel 2.3. Bahan-bahan pegas Sumber : (Robert L Mott 2 : 77) Kriteria pertama dalam pemilihan material pegas adalah diameter kawat. Setiap jenis material hanya tersedia dalam rentang diameter tertentu. Misal kawat musik hanya tersedia untuk diameter 0,12 mm - 3mm. Ukuran diameter ini dijadikan sebagai pertimbangan dalam perancangan pegas karena ukuran pegasperlu disesuaikan dengan ruang kerjanya


2.3.3. Jenis Pembebanan Dan Tegangan Yang Diizinkan Tegangan yang diizinkan untuk pegas bergantung pada jenis pembebanan, bahan, dan ukuran kawat. Pembebanan dikelompokkan menjadi tiga yaitu: 1.

Servis ringan : Beban statis atau sampai dengan 10.000 siklus pembebanan tingkat rendah (tanpa kejutan).

2. Servis rata-rata : Situasi perancangan mesin pada umumnya; pembebanan tingkat sedang dan sampai dengan 1 juta siklus. 3. Servisberat : Pengulangan cepat sampai di atas 1 juta siklus; kemungkinan adanya kejutan dan beban tumbuk; contohnya pegas katup mesin.

Tabel 2.4. Modulus elastisitas geser dan tarik kawat pegas Sumber : (Robert L Mott 2 : 82)


Gambar 2.17. Perancangan tegangan geser untuk kawat baja ASTM A228 Sumber : (Robert L Mott 2 : 78) 2.3.4. Variabel Pegas Ulir Tekan Menurut (Robert L Mott), variabel yang digunakan untuk menjelaskan unjuk kerja pegas ulir tekan antara lain: 1. Diameter

Gambar 2.18. Notasi diameter pegas ( Sumber : Robert L Mott : 72)


Berikut notasi yang digunakan dalam kaitanya dengan karakteristik diameter pegas ulir tekan: Do = D + dw........................................................................................(2.1) Di= D – dw.........................................................................................(2.2) ( Sumber : Robert L Mott : 72) Keterangan : Do = diameter luar (cm) Di = diameter dalam (cm) D = diameter rata-rata (cm) dw = diameter kawat pegas (cm)

Tabel 2.5 Gage dan diameter kawat untuk pegas ( Sumber : Robert L Mott : 73)


2. Panjang Jumlah total lilitan belum tentu secara akurat berkontribusi terhadap defleksi pegas. Hal ini dipengaruhi oleh bentuk ujung lilitan. Penggerindaan ujung lilitan akan mengurangi 1 lilitan aktif, sedangkan bentuk squared mengurangi 2 lilitan aktif. Panjang pegas helix tekan dibedakan menjadi 4 buah seperti ditujukkan pada gambar 2.19. Panjang bebas (Lf)adalah panjang pegas sebelum dibebani. Panjang terpasang (Li)10-11 adalah panjang pegas setelah dipasang dan mendapat beban awal. Panjang operasi minimum (Lo)adalah panjang terkecil pada saat pegas beroperasi. Panjang padat (Ls) adalah panjang pegas dimana semua lilitan sudah saling berkontak. Persamaan untuk menghitung panjang pegas untuk berbagai kondisi ujung pegas dicantumkan pada tabel. Panjang bebas pegas helix tekan adalah penjumlahan defleksi solid dengan panjangsolid, lf=ls+δs.

Gambar 2.19. Various panjang pegas helix tekan : (a) panjang bebas, (b) panjang terpasang, (c) panjangminimum operasi, (d) panjang pejal.


Notasi panjang pada pegas yang digunakan pada perumusan pada pegas sebagai berikut: lf

:Panjang

bebas

panjang

ketika

pegas

diasumsikan

tidak

menghasilkan gaya. Ls:Panjang solid adalah panjang ketika pegas tertekan penuh sehingga semua lilitanya bersinggungan. Jelas ini merupakan panjang terpendek yang dimiliki oleh pegas. Selama digunakan, biasanya pegas tidak tertekan sampai panjang solidnya. Lo :Panjang operasi adalah panjang terpendek pegas selama digunakan normal ketika pegas beroperasi diantara dua batas defleksi. Li :Panjang pegas setelah dipasang dan mendapat beban awal. 3. Gaya Gaya pada pegas berhubungan dengan panjang pegas saat defleksi. Notasi yang digunakan sebagai berikut: Fs :Gaya pada panjang solid (Ls), gaya maksimum yang dapat diberikan pegas. Fo : Gaya pada panjang operasi (Lo), gaya maksimum pegas pada saat operasi normal. Fi

: Gaya pada panjang terpasang (Li), variasi gaya antara Fo dan Fi untuk pegas bekerja bolak-balik.

Ff

: Gaya pada panjang bebas (Lf), gaya ini adalah nol.

4. Konstanta pegas (Spring rate) Hubungan antara gaya yang dihasilkan pegas dan defleksinya disebut konstanta pegas, k. Konstanta pegas dapat dihitung dengan membagi perubahan gaya dengan perubahan defleksi.

𝑘=

𝐹𝑜−𝐹𝑖 𝐿𝑖−𝐿𝑜

..............................................................................................(2.3) ( Sumber : Robert L Mott : 75)


Keterangan : Fo : Gaya pada panjang operasi (Lo), gaya maksimum pegas pada saat operasi normal. Fi

: Gaya pada panjang terpasang (Li), variasi gaya antara Fo dan Fi untuk pegas bekerja bolak-balik.

Lo :

Panjang operasi adalah panjang terpendek pegas selama digunakan normal ketika pegas beroperasi diantara dua batas defleksi.

Li :Panjang pegas setelah dipasang dan mendapat beban awal. 5. Indeks Pegas (spring index) Merupakan perbandingan diameter rata-rata pegas dengan kawat disebut indeks pegas (C). 6. Jumlah Lilitan (number of coils) Number of total coils (Nt)menyatakan jumlah lilitan total pada pegas, dalam perhitungan tegangan dan defleksi pegas beberapa lilitan tidak aktif diabaikan, jumlah lilitan yang tidak aktif dinotasikan dengan Ne. Jumlah lilitan aktif (number of active coils) pada pegas dinyatakan dengan notasi Na. 7. Jarak Antar Lilitan (pitch) Jarak antar lilitan disimbolkan dengan notasi (p), merupakan jarak aksial dari satu titik disuatu lilitan sampai titik pada lilitan terdekat berikutnya.


Gambar 2.20. Jarak lilitan ( Sumber : Robert L Mott : 76) 8. Defleksi Pegas Secara sederhana, defleksi pada pegas dapat dinyatakan dengan: y= F.k................................................................................................(2.4) Keterangan: F = Gaya yang bekerja pada pegas (kg) k = Konstanta pegas (kg/cm) y= Perubahan panjang pegas (cm) 9. Tegangan Dan Efek Lengkungan Pada Pegas (Stress And Curvature Effect) Untuk menghindari perubahan geometri atau kegagalan pada pegas, perancang perlu mempertimbangkan tegangan yang dialami oleh pegas saat pembebanan. Ada dua macam tegangan yang terjadi pada lilitan pegas, yaitu tegangan geser puntiran karena puntiran dantegangan geser langsung karena gaya, kedua tegangan ini dapat dinyatakan dengan persamaan: keterangan: Tmax = Tegangan geser maksimal (kg/cm²) Fm = Gaya rata-rata (kg) D

= Diameter rata-rata (cm)


Na

= Jumlah lilitan aktif

dw = Diameter kawat pegas (cm) Sehingga persamaan (2.9) untuk tegangan geser maksimal pada pegas menjadi : τ𝑚𝑎𝑥 =

8.𝐹𝑚 .𝐷.𝐾𝑤 𝜋.𝑑𝑤 ³

..............................................................................(2.5)

10. Faktor Keamanan Untuk Kelelahan (Safety Factor For Fatique). Faktor keamanan untuk fatique (SFf) dinyatakan sebagai berikut:

𝑆𝐹𝑓 =

1 τa 𝜏𝑚 + 𝑆𝑛𝑠 𝑢𝑠

.....................................................................................(2.6) 𝑑𝑖𝑚𝑎𝑛𝑎,

𝜏𝑎 =

8.𝐹𝑎 .𝐷.𝐾𝑤

𝜏𝑚 =

𝐹𝑎 =

𝐹𝑚 =

π.𝑑𝑤 ³

....................................................................................(2.7)

8.𝐹𝑚 .𝐷.𝐾𝑤 𝜋.𝑑𝑤 ³

..................................................................................(2.8)

𝐹𝑚𝑎𝑥 −𝐹𝑚𝑖𝑛 2

𝐹𝑚𝑎𝑥 +𝐹𝑚𝑖𝑛 2

𝜏𝑎 𝜏𝑚 Fa

...............................................................................(2.9)

..............................................................................(2.10)

= 𝑎𝑙𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔 𝑠𝑕𝑒𝑎𝑎𝑟 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 (𝑘𝑔/𝑐𝑚²)

= 𝑚𝑒𝑎𝑛 𝑠𝑕𝑒𝑎𝑟 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 (𝑘𝑔/𝑐𝑚²) = alternating force (kg)

Fm = Gaya rata-rata (kg) F max= Gaya maksimal (kg) Fmin = Gaya minimal (kg) = Diameter rata-rata (cm) = Diameter kawat pegas (cm) K = Faktor Wahl


2.3.5. Tegangan dan defleksi untuk pegas ulir tekan 1. Tegangan geser pada pegas Perlu diketahui bahwa ketika pegas tekan dikenai beban aksial, kawat terpuntir. Oleh sebab itu, tegangan yang timbul pada kawat adalah tegangan geser puntiran, Tegangan geser maksimum yang terjadi pada permukaan kawat bagian dalam adalah:

τ=

8.𝐾.𝐹.𝐷𝑚

=

𝜋.𝐷𝑤 ³

8.𝐾.𝐹.𝐶 𝜋.𝐷𝑤 ²

.................................................................(2.11)

2. Faktor wahl Faktor Wahl (K), dalam persamaan (2.12) adalah istilah yang menunjukkan perhitungan untuk lengkungan kawat dan tegangan geser lurus. Secara analitis, K dikaitkan dengan C: 4𝐶−1

𝐾 = 4𝐶−4 +

0,615 𝐶

.......................................................................(2.12)

Gambar 2.21 menunjukan kurva hubungan K dan C untuk kawat bundar. C = 5 adalah nilai C minimum yang disarankan. Nilai K meningkat tajam untuk C<5. 3. Defleksi Karena cara utama pembebanan pada kawat pegas ulir tekan adalah puntiran, maka defleksi dihitung dari rumus sudut puntir: 𝜃 = 𝑇𝐿/𝐺𝐽................................................................................(2.13) Keterangan: θ = sudut puntir dalam radian T = torsi yang diterapkan L = panjang kawat G = modulus elastisitas J = momen kelembaman polar kawat 30 http://digilib.mercubuana.ac.id/z

Gambar 2.21. Hubungan faktor Wahl dan indeks pegas untuk kawat bundar ( Sumber : Robert L Mott : 81)

𝑓=

8𝐹𝐷𝑚 ³𝑁𝑎 𝐺𝐷𝑤 ⁴

=

8𝐹𝐶³𝑁𝑎 𝐺𝐷𝑤

.............................................................(2.14)

Na adalah jumlah lilitan aktif, diameter kawat mempunyai pengaruh kuat pada unjuk kerja pegas. 4. Tekuk Pegas akan tertekuk bertambah bila pegas tinggi dan ramping, pada gambar 2.22, menunjukan kurva hubungan rasio kritis defleksi terhadap panjang bebas dengan rasio panjang bebas terhadap diameter rata-rata pegas. Untuk mengetahui defleksi yang akan menyebabkan pegas tertekuk kita hitung dengan persamaan: 31 http://digilib.mercubuana.ac.id/z

𝐿𝑓 𝐷𝑚

............................................................................................(2.15)

Dari gambar 2.22. Rasio defleksi kritis adalah 0,20. Dari sini kita dapat menghitung defleksi kritis : 𝑓𝑜 𝐿𝑓

= 0,20 atau fo = 0,20 (Lf) = 0,20 (6,0 in) = 1,20 in

Berarti jika pegas terdefleksi lebih dari 1,20 in, pegas akan tertekuk.

Gambar 2.22. Kriteria tekuk pegas ( Sumber : Robert L Mott : 82)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents