19
BAB III PERANCANGAN DAN PERHITUNGAN
3.1.
Diagram Alur Proses Perancangan Proses perancangan mesin pengupas serabut kelapa seperti terlihat pada
diagram alir berikut ini:
Mulai Pengamatan dan Pengumpulan data Perencanaan Menggambar sketsa Perhitungan Menggambar Teknik
Analisa Proses Pembuatan Gagal Pengujian Berhasil Selesai Gambar 3.1 Diagram Perencanaan dan Perhitungan
20
3.2.
Pengertian Alat Mesin pengupas serabut kelapa ini diracang untuk mengupas serabut atau kulit
terluar dari buah kelapa. Dimana nantinya buah kelapa akan terjepit dan tertusuk oleh mata pisau yang dibuat berduri sehingga diharapkan nantinya serabut kelapa akan terkelupas.
3.3.
Mekanisme Kerja Mekanisme kerja mesin pengupas serabut kelapa adalah menggunakan tenaga
dari motor dengan 1 phase. Daya motor ini akan ditransmisikan dengan puli dan sabuk pada kecepatan tertentu. Putaran mesin akan direduksi oleh redukser dengan perbandingan 1:10 dan ouput dari redukser akan diteruskan ke pisau melalui rantai. Saat pisau berputar buah kelapa akan diletakkan diantara dua pisau dan buah kelapa juga akan ditekan dengan tuas penekan ini dimaksudkan agar buah kelapa agar tetap pada posisinya. Dengan pisau yang dibuat berduri memungkinkan buah kelapa akan tertusuk sehingga serabut kelapa akan terkelupas. Serabut kelapa yang sudah terkelupas akan turun melalui saluran output. Berikut ini adalah gambar rancangan mesin pengupas serabut kelapa.
Gambar.3.2.Desain rancangan 3D
21
3.4.
Perhitungan Daya Kebutuhan daya adalah besarnya daya yang diperlukan motor listik untuk
memutar pisau yang nantinya akan digunakan mengupas serabut kelapa. Sebelum itu dilakukan pengujian beban terhadap buah kelapa sehingga mendapat beban sebesar 16,5 kg. Berikut ini adalah data –data yang digunakan untuk melakukan perhitungan. a) Gaya gravitasi
: 10 m/s
b) Beban yang diperlukan
: 16,5 kg
c) Diameter pisau
: 0,127 m
d) Jari-jari pisau (r)
: 0,0635 m
e) Putaran (N5)
: 24 rpm
f) Putaran (N6)
:16 rpm
Perhitungan : 1) Gaya berat yang di perlukan.
Gambar 3.3. Pengupasan kelapa F=Mxg = 16, 5 kg x 10 m/s = 165 N 2) Gaya yang terjadi pada pisau pengupas I Jika beban mengenai 4 mata pisau pada pisau pengupas I
22
= 165
4 (mata pi
3) Gaya yang terjadi pada pisau pengupas II
) = 660
Jika beban mengenai 3 mata pisau pada pisau pengupas I = 165
4) Gaya total
3 (mata pisau) = 495
F. total = F + F
F. total = 660 N + 495 N = 1155 N 5) Torsi yang bekerja pada pisau T=F.r = 1155 N . 0,0635 m = 73,34 Nm 6) Daya pada pisau pengupas II P= =
.
,
. .
.
.
,
.
= 184,23 watt
7) Daya yang dibutuhkan pada motor lisrik P.motor listrik = =
.
,
= 230,3 watt Jadi motor listrik yang di pilih memiliki daya sebesar ½ hp, dengan putaran sebesar 1400 rpm dan sumber listrik 1 phase.
3.5.
Perhitungan Transmisi System transmisi adalah sistemyang berfungsi untuk mengkonversi torsi dan kecepatan yang berbeda-beda untuk di teruskan ke penggerak akhir. Konversi ini mengubah kecepatan putaran tinggi menjadi lebih rendah atau sebaliknya. Pada mesin pengupas serabut kelapa menggunakan system transmisi sabuk dan puli serta sprocket dan rantai.
23
Gambar 3.4. sistem transmisi pada mesin pengupas serabut kelapa
Berikut ini adalah data-data yang digunakan untuk menghitung system transmisi. a) Diameter pulley motor listrik ( b) Diameter puli pada reducer (
)
: 50 mm
)
: 200 mm
c) Diameter sprocket pada reducser ( d) Diameter sprocket pada pisau (
)
)
e) Diameter gear pada pisau pengupas I ( f) Diameter gear pada pisau pengupas II ( g) Putaran pada motor listrik (
)
: 90 mm : 130 mm )
:100 mm
) : 150 mm
: 1400 rpm
h) Gaya yang terjadi pada pisau I
: 577,5 N
i) Gaya yang terjadi pada pisau II
: 907,5 N
Perhitungan: 1. Putaran puli reducser .
=
.
50. 1400 = 200 .
24
350 rpm =
2. Perhitungan putaran output reducer =
: 10
= 350 rpm : 10 = 35 rpm 3. Perhitungan putaran sprocket pisau pengupas
= =
.
=
.
= 24, 23 rpm ≈ 24 rpm 4. Perhitungan gear pada pisau pengupas II
= = =
.
.
= 16 rpm 5. Torsi pada pisau 1 T. pisau = F . r = 165 N . 0,0635 m = 10,48 Nm 3.6.
Perhitungan Komponen
1. Perhitungan rantai a) Pitch ( p )
= 12,7 mm
b) Jarak ( x )
= 360 mm
c) Putaran sprocket pisau
= 24 rpm
d) Jari-jari sprocket pisau (r1)
= 65 mm
e) Jari- jari sprocket reducser (r2)
= 45 mm
25
f) Jumlah gigi sprocket pisau ( Z1 )
= 30 gigi
g) Jumlah gigi sprocket reducser ( Z2 )
= 16 gigi
h) putaran sprocket pisau pengupas (N4) = 24 rpm Perhitungan :
Gambar. 3.5. Sprocket dan rantai
a) Kecepatan rantai V =
.
, .
=
.
.
= 0,15 mm⁄s = 0,0015 m/s
b) Jumlah sambungan rantai =
+
=
+
,
+
+
. ,
= 23 + 28,5 + 2,22 . 0,035
= 23 + 28,5 + 0,077
= 51,57 ≈ 52 pitch
c) Panjang rantai L =
.
= 52 . 12, 7 = 660,4 mm
,
26
d) Pehitungan sudut kontak rantai sin
=
sin
= 0,056
sin
65
=
− 45 360
= 3,180
= (180 – 2α)
180
= (180 − 2 . 3,18 )
= (173,63) . 0,0175
3,14 180
= 3, 03 rad e) Perbandingan sisi kencang ( ) dan sisi kendor ( ) .
=
= 2,718
,
,
= 2,5
= 2,5
jika torsi yang di gunakan adalah : =(
−
).
10,48 Nm = ( 2,5 10,48 Nm = 1,5
−
). 0,065 m
x 0,065 m
10,48 Nm = 0, 0975 ,
,
=
107,46 N
=
(+) maka
= 2,5 = 2,5 x 107,46 N = 268,65 N
27
2. Perhitungan puli dan sabuk a) Diameter puli motor listrik (d1)
= 50 mm
b) Diameter puli reducser (d2)
= 200 mm
c) Jarak antara puli (x)
= 265 mm
d) Putaran puli reducser
= 350 rpm
Gambar 3.6. Puli dan sabuk
Perhitungan: a) Panjang sabuk yang digunakan L =
(
+
(
)+2 +
)
= 3,14 (25 + 100) + 2 (265) + = 3,14 . 125 + 530 +
5625 265
= 392,5 + 530 + 21,22 =
=
b) Sudut kontak − sin = sin
=
25 − 100 265
943,72 mm 94,37 cm
(
)
28
sin
=
−75 265
sin α = −0,283
= −0,00493
= (180 − 2α)
180
= 180 – 2 . (−0,00493) = 180,0098 . 0,0174
= 3,13 rad
3,14 180
c) Kecepatan sabuk .
.N 60 3,14 . 50 . 350 = 60 54950 = 60 = 915,83 mm⁄ = 0,91 m⁄ =
d) Tarikan sisi kencang ( t ) dan kendor ( t ), Jika diasumsi koefisien = 0,3
=
.
= 2,718
,
,
= 2,6
= 2,6
Maka,
P = (t − t ) . v
257,70 watt = (2,6 t - t ). 0,91 m/s 257,70 watt = 1,6 t . 0,91 m/s 257,70 watt = 1,456 t
29
257,70
,
=t
158,18 N = t
(+) maka t = 2,6 t
= 2,6 . 177 N = 411,25 N
3.7 Perhitungan poros penggerak pisau
Gambar 3.7. Desain rancangan tampak atas
Spesifikasi perencanaan poros : Bahan yang digunakan untuk poros adalah baja ST 37. Diketahui : Bahan Poros
= ST 37
Tegangan tarik ijin ( )
= 37 kg/mm2 = 370 N/mm2
Tegangan geser ijin ( )
= 24 kg/mm2 = 240 N/mm2
Panjang poros
= 570 mm = 0,57 m
Berat buah kelapa
= 1,6 kg
Berat sproket
= 1,5 kg
Berat gear
= 1 kg
Berat pisau pengupas
= 5 kg
Gaya gravitasi
= 10
Tegangan rantai sisi kencang ( )
/
= 2149,23 N
30
Tegangan rantai sisi kencang (t2)
= 859,69 N
Perhitungan : a) Gaya yang di berikan kelapa. Jika buah kelapa mengenai dua pisau maka berat yang diberikan kelapa adalah:
Gambar 3.8. Gaya yang di berikan kelapa
M. kelapa = 1,6 kg : 2 = 0,8 kg Jadi gaya yang akan diberikan buah kelapa sebesar: W. kelapa = M.kelapa . gaya gravitasi = 0,8 kg . 10
/
=8N
b) Gaya berat yang diberikan pisau. W. pisau = M.pisau . gaya gravitasi = 5 kg . 10
/
= 50 N
c) Gaya berat yang diberikan sprocket pada pisau I W. gear = M.gear . gaya gravitasi = 1 kg . 10 = 10 N
/
d) Gaya berat yang diberikan sprocket pada pisau II W. gear = M.gear . gaya gravitasi = 1,3 kg . 10 = 13 N
/
31
e) Gaya yang diberikan sproket. F. sproket = M . g + ( = 1,5 kg . 10
−
/
) + (268,65 N – 107,46 N)
= 15 N + 162,19 N = 176,19 N
Gambar 3.9. gaya yang terjadi pisau
f) Reaksi pada poros I
223 N
A
10 N
C
0,24 m
B
0,24 m
0,04 m
Gambar 3.10. Uraian gaya pada poros I
ΣFx = 0
ΣFy = 0
+
− 223 − 10
− 176,19
=0
176,19 N
D
0,02 m
E
32
Σ
+
=0
−223
−53,52
. 0,24
.0,48
=
(+)
= 409,19 N +
+
. 0,48
. 0,48 − 5,2
= 53,52
153,86 0,48
+ 5,2
− 10
. 0,52
− 95,14
+ 95,14
− 176,19 . 0,54
=0
=0
= 320,54 +
= 409,19
= 409,19 = 88,65
− 320,54
Momen pada setiap titik: M =0
M = 88,65 N . 0,24m = 21,27 Nm
M = 223 N . 0,24 m + 88,65 N . 0,48 m = −10,97 Nm M = 320,54 . 0,04
M = −10 . 0,02
− 223
. 0,28
+ 320,54 . 0,06
+ 88,65
. 0,52
= 45,
− 223 . 0,3 + 88,65 . 0,54
Diagram SFD
Gambar.3.11. Diagram SFD pada poros I
=0
33
Diagram BMD
Gambar. 3.12. Diagram BMD pada poros I g) Reaksi pada poros II 223 N
A
13 N
C
0,24 m
B
0,24 m
0,04 m
Gambar 3.13. Uraian gaya pada poros II ΣFx = 0
ΣFy = 0 +
Σ
+
=0
− 223 − 13 = 236
−223 . 0,24
+
=0
. 0,48
− 13
. 0,52
=0
34
−53,52
.0,48
=
(+)
+
. 0,48 − 6,76
= 53,52
60,28 0,48
+ 6,76
=0
= 125,58 +
= 78
= 236
= 110,42
− 125,58
Momen pada setiap titik: M =0
M = 110,42 N . 0,24m = 26,5 Nm
M = −223N . 0,24 m + 110,42 N . 0,48m = 44,08 Nm M = 125,68
. 0,04
− 223 . 0,28
+ 110,42
. 0,52
Diagram SFD
Gambar.3.16. Diagram SFD pada poros II
= 0
35
Diagram BMD
Gambar.3.17. Diagram BMD pada poros II h) Mencari diameter poros Jika diketahui: Momen maksimum Torsi
= 45,54 Nm
Bahan poros St 37
= 370 N/mm
= 10,48 Nm
τ = 0,18 x 370 N/mm = 66,6 N/mm(R.S.Khurmi & J.K.Gupta,2005) Perhitungan: Menghitung momen puntir ekuivalen =√
=
+
(45,54
= √2073,89 = √2183,7
) + (10,48 + 109,83
= 46,73 Nm
= 46,73 10
Menghitung diameter ijin poros =
16. .
)
36
= =
16 . 46,73 10 3,14 . 66,6 747680 209,124 /
= 15,8
≈ 16
Dari perhitungan diatas maka diameter poros minimum sebesar 16 mm. Dalam kenyataan diameter poros yang kami gunakan adalah sebesar 25 mm. Maka, kontruksi poros trasnmisi dinyatakan aman.
