BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR 3.1 Diagram Alir Proses Perencanaan Proses perencanaan mesin pembuat es krim dari awal sampai akhir ditunjukan seperti Gambar 3.1. Mulai
Studi Literatur
Gambar Sketsa
Perhitungan
Gambar Kerja
Proses Pembuatan
Proses Perakitan
Analisa dan Perbaikan Gagal
Uji Kinerja Berhasil Kesimpulan
Selesai Gambar 3.1 Diagram perencanaan
13
14
Proyek akhir mulai dikerjakan dari studi literature, internet dan survai lapangan tentang mesin pembuat es krim. Informasi yang didapatkan berupa prinsip kerja dan sistem pemutar tabung yang digunakan. Modifikasi yang dilakukan yaitu sistem penggerak dan sistem pemutar tabung. Modifikasi mesin pembuat es krim didapatkan gambar sketsa. Gambar sketsa mesin pembuat es krim ditunjukan seperti Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Gambar sketsa mesin pembuat es krim Gambar sketsa dibuat desain 3D yang terdapat perubahan dengan mempertimbangkan aspek-aspek dalam konsep perencanaan. Konsep perencanaan meliputi perhitungan kapasitas bahan, kebutuhan daya dan sistem transmisi. Desain 3D yang sesuai dengan konsep perencanaan, maka menentukan dimensi gambar kerja. Gambar kerja yang dihasilkan dapat diketahui bahan-bahan dan spesifikasi mesin pembuat es krim. Proses berikutnya adalah proses pembuatan komponen sesuai gambar kerja sampai proses perakitan. Proses perakitan yang telah selesai dilakukan proses pengujian. Proses pengujian yang tidak sesuai, maka dilakukan analisa dan perbaikan. Kesimpulan didapatkan dari kinerja mesin pembuat es krim yang sesuai diharapkan.
15
3.2 Bagian-bagian Mesin Pembuat Es Krim Bagian utama mesin pembuat es krim ditunjukan seperti Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Mesin pembuat es krim
3.3 Mekanisme Kerja Mekanisme kerja mesin pembuat es krim menggunakan motor listrik daya 0,5 HP dengan putaran 1400 rpm yang diteruskan ke reducer. Reducer digunakan untuk mereduksi putaran dengan rasio 1: 10. Reduksi putaran diteruskan ke poros yang menggerakan flange pemutar melalui puli dan sabuk V. Perencanaan tabung berputar 115 rpm untuk mempercepat proses pembuatan es krim. Tabung dipasangkan pada flange pemutar yang terhubung ke poros akan berputar. Tabung diputar dengan dikelilingi es batu dan ditambahkan garam sebagai media pendingin. Temperatur es batu yang ditambahkan garam lebih rendah dari 0° C, sehingga bahan dapat membeku.
3.4 Kapasitas Bahan Kapasitas bahan mesin pembuat es krim tergantung dari tabung yang digunakan. Tabung yang berada di pasaran mempunyai dimensi yang berbedabeda, oleh karena itu pemilihan dimensi tabung menjadi pertimbangan menentukan kapasitas bahan.
16
Data perencanaan sebagai berikut: Diameter tabung (d)
: 220 mm
Tinggi tabung (t)
: 420 mm
Massa jenis air (ρ
)
Massa jenis es (ρ )
: 1000 kg⁄m : 920 kg⁄m
a. Volume tabung V
= .d .t = . (0,22 ) . 0,42 = 0,015 m
b. Massa bahan m
= V. ρ = 0,015 m . 1000 kg⁄m = 15 kg
m
= V. ρ = 0,015 m . 920 kg⁄m = 13,8 kg
3.5 Kebutuhan Daya Kebutuhan daya adalah daya yang dibutuhkan untuk memutar tabung. Kebutuhan daya tergantung dari sifat bahan, massa bahan dan sistem pemutar tabung. Bahan dari es krim adalah air yang diputar secara konstan sampai membeku menjadi es krim, sehingga terdapat massa jenis yang berbeda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar massa setiap volume. Data perencanaan sebagai berikut: Massa bahan (m )
: 15 kg
Massa tabung (m )
: 3 kg
Massa flange pemutar (m )
: 3,5 kg
Diameter bahan (d )
: 220 mm
Diameter tabung (d )
: 220 mm
Diameter flange pemutar (d )
: 240 mm
17
Putaran poros (N )
: 115 rpm
a. Momen inersia bahan I
= . m . (r ) = . 15 kg. (0,11 m) = 0,09 kg. m
b. Momen inersia tabung es I
= m .r = 3 kg. (0,11 m) = 0,03 kg. m
c. Momen inersia flange pemutar
I
= m .r = 3,5 kg. (0,12 m) = 0,05 kg. m
d. Momen inersia total I
=I +I +I = 0,09 + 0,03 + 0,05 = 0,17 kg. m
e. Kecepatan sudut ω
= =
. . . .
= 12,03 rad⁄s f. Percepatan sudut α
= =
,
= 12,03 rad⁄s g. Torsi T
= α. I = 12,03 rad⁄s . 0,17 kg. m = 2,04 N. m
18
h. Daya P
= ω. T = 12,03 rad⁄s . 2,04 N. m = 24,54 W = 0,03 HP
Jadi menggunakan motor listrik daya 0,5 HP dengan putaran 1400 rpm.
3.6 Perhitungan Sistem Transmisi Mesin pembuat es krim menggunakan sistem transmisi puli dan sabuk V ditunjukan seperti Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Sistem transmisi mesin pembuat es krim
19
3.6.1 Putaran Motor Listrik ke Input Reducer Skema putaran motor listrik ke input reducer ditunjukan seperti Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Skema motor listrik ke input reducer
Data perencanaan sebagai berikut: Daya motor listrik (P)
: 0,5 HP
Putaran motor listrik (N )
: 1400 rpm
Jarak sumbu poros (x)
: 360 mm
Diameter puli penggerak (d )
: 2,5
ℎ
Diameter puli yang digerakkan (d ) : 2,5
ℎ
a. Putaran input reducer N1 N2
= =
N
, ,
= 1400 rpm
20
b. Panjang sabuk V L
= π(r + r ) + 2. x +
(
)
= π(31,75 + 31,75) + 2.360 +
(
,
,
)
= 919,39 mm = 36
ℎ
Jadi sabuk V yang digunakan adalah tipe A-36.
3.6.2 Putaran Input Reducer ke Output Reducer Skema putaran input reducer ke output reducer ditunjukan seperti Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Skema input reducer ke output reducer
Data perencanaan sebagai berikut: Rasio reducer
: 1: 10
Putaran input reducer (N )
: 1400 rpm
= = N
= 140 rpm
21
3.6.3 Putaran Output Reducer ke Poros Skema putaran output reducer ke poros ditunjukan seperti Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Skema output reducer ke poros
Data perencanaan sebagai berikut: Putaran output reducer (N )
: 140 rpm
Putaran poros (N )
: 115 rpm
Jarak sumbu poros (x)
: 330 mm
Diameter puli penggerak (d )
: 2,5
Koefisien gesek (μ)
: 0,3
Sudut alur (2β)
: 38 °
ℎ
a. Diameter puli yang digerakkan = = d
,
= 3
ℎ
b. Panjang sabuk V L
= π(r + r ) + 2. x +
(
)
= π(31,75 + 38,1) + 2.330 +
(
,
, )
22
= 879,45 mm = 35
ℎ
Jadi sabuk V yang digunakan adalah tipe A-35. c. Kecepatan linear sabuk V V
= =
.
.
. ,
.
= 0,45 m⁄s d. Sudut kontak sabuk V sin
= =
,
,
= 1,1° θ
= (180 − 2. α) = (180 − 2.1,1) = 3,1 rad
e. Tegangan sisi kencang dan sisi kendor sabuk V .
2,3 log
=
2,3 log
=
2,3 log
= 2,85
log
= 1,24
, . ,
= 17,45 T
= 17,45. T
T
= (T − T )r
2,04 N. m = (17,45. T − T )0,038 m 53,68 N
= 16,45. T
T
= 3,26 N
T
= 17,45. T = 17,45.3,26 = 56,88 N
23
f. Luas penampang sabuk V Luas penampang sabuk V ditunjukan seperti Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Luas penampang sabuk V
Data perencanaan sebagai berikut: Tipe
: Tipe A
Lebar (b)
: 13 mm
Tebal (t)
: 8 mm
Sudut alur (2β)
: 38°
Density (ρ)
: 1,14 gr⁄cm
Tegangan tarik maksimal (σ
x
) : 1 − 1,72 Mpa
= tan 19 . t = 0,34.8 mm = 2,75 mm
c
= b − 2. x = 13 − 2.2,75 = 7,5 mm
A
= (c + b)t = (7,5 + 13)8 = 82 mm
g. Massa sabuk V per meter m
= A. L. ρ = 0,82 cm . 87,94 cm. 1,14 gr⁄cm = 82,2 gr
24
= 0,082 kg h. Tegangan tarik sentrifugal sabuk V T
= m. V = 0,082 kg. (0,45 m⁄s) = 0,016 N
i. Tegangan maksimal sabuk V T
=σ
.A
= 1,72 Mpa. 82 mm = 141,04 N j. Cek kekuatan sabuk V T
=T −T = 56,88 − 3,26 = 53,62 N
Jadi sabuk V dengan tipe A aman karena tegangan yang bekerja < tegangan maksimal sabuk V. k. Daya yang ditransmisikan sabuk V P
= (T − T )V = (56,88 N − 3,26 N)0,45 m⁄s = 24,12 watt
