BAB III PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN
3.1. Diagram Alur Perencanaan Proses perencanaan pembuatan mesin pengupas serabut kelapa dapat dilihat pada diagram alur di bawah ini.
Gambar 3.1. Diagram alur perencanaan 16
17
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 0,5 hp. Daya motor ini akan ditransmisikan dengan puli dan sabuk pada kecepatan tertentu. Putaran mesin akan direduksi oleh reducer dengan perbandingan 1:10 dan ouput dari reducer 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.
(a)
(b)
Gambar.3.2. Desain rancangan (a) tampak samping dan (b) tampak depan
18
Keterangan : 1. Pisau pengupas 2. Bantalan 3. Rangka 4. Sprocket utama poros pisau 5. Puli reducer 6. Sprocket pisau 7. Reducer 8. Sprocket reducer 9. Motor listrik
3.4. Perhitungan Daya Pada Poros Pisau 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 dan putaran yang dibutuhkan untuk memutar poros pisau adalah 24 rpm. Berikut ini adalah data–data yang digunakan untuk melakukan perhitungan : a) Percepatan gravitasi ( g )
: 10 m/s2
b) Beban yang diperlukan ( m )
: 16,5 kg
c) Diameter pisau ( D )
: 0,127 m
d) Putaran yang dibutuhkan ( N ) : 24 rpm
Perhitungan :
F
Gambar 3.3. Pengupasan kelapa
19
1) Gaya berat yang diperlukan F =m ×g
= 16,5 kg × 10 m s = 165 N
2) Gaya yang terjadi pada pisau pengupas I Jika beban mengenai 4 mata pisau pada pisau pengupas I F = 165 N x 4 (mata pisau) = 660 N 3) Gaya yang terjadi pada pisau pengupas II Jika beban mengenai 3 mata pisau pada pisau pengupas II F = 165 N x 3 (mata pisau) = 495 N 4) Gaya total F. total = F + F
= 660 N + 495 N = 1155 N
5) Torsi yang bekerja pada pisau Torsi = F. total × r
= 1155 N × 0,0635 m = 73,34 Nm
6) Daya yang dibutuhkan pisau P= =
.
.π .
73,34 Nm. 2 . 3,14 . 24 rpm 60
= 184,23 watt
20
3.5. Perhitungan Transmisi Sistem transmisi adalah sistem yang berfungsi untuk mengkonversi torsi dan kecepatan yang berbeda-beda untuk diteruskan kepenggerak akhir. Konversi ini mengubah kecepatan putaran tinggi menjadi lebih rendah atau sebaliknya. Pada mesin pengupas serabut kelapa menggunakan sistem transmisi sabuk dan puli serta sprocket dan rantai.
Gambar 3.4. Sistem transmisi pada mesin pengupas serabut kelapa Berikut ini adalah data-data yang digunakan untuk menghitung sistem transmisi : a) Putaran motor listrik ( N )
: 1400 rpm
b) Diameter pulley motor listrik ( c) Diameter puli pada reducer (
) )
: 200 mm
d) Diameter sprocket padareducser ( e) Diameter sprocket padapisau (
: 50 mm
)
: 90 mm
)
f) Diameter gear padapisaupengupas I ( g) Diameter gear padapisaupengupas II (
: 130 mm )
)
: 100 mm : 150 mm
21
Perhitungan : 1) Perhitungan putaran puli reducer
Gambar 3.5. Putaran pada puli D .N
=D .N
50. 1400 = 200 . N N
= 350 rpm
2) Perhitungan putaran gear box reducer
Gambar 3.6. Putaran pada gear box reducer
Reducer ini memiliki perbandingan 1:10, maka: N
= N : 10
= 350 rpm : 10 = 35 rpm
22
3) Perhitungan putaran sprocket poros pisau pengupas
Gambar 3.7. Penghubung poros dengan rantai
= N =
=
.
.
= 24, 23 rpm
4) Perhitungan putaran pada pisau pengupas I
Gambar 3.8. Roda gigi pisau
23
N4 = 24,23 rpm, karena pinion berada sama dengan poros pisau, maka: N4 = N5 = 24,23 rpm 5) Perhitungan putaran pada pisau pengupas II = N =
=
.
,
.
= 16,15 rpm
3.6. Perhitungan Komponen 3.6.1 Perhitungan Rantai dan Sprocket Spesifikasi rantai dan sprocket pada mesin pengupas serabut kelapa adalah sebagai berikut : a) Putaran pada poros pisau ( N )
= 24,23 rpm
b) Torsi pada poros pisau ( T )
= 73,34 Nm
c) Jumlah gigi ( T1 )
= 30
d) Jumlah gigi ( T2 )
= 16
e) Pitch ( p )
= 12,7 mm
f) Jarak ( x )
= 360 mm
g) Diameter sprocket poros pisau (D ) = 130 mm h) Diameter sprocket reducer ( D ) i) Koefisien gesek (
)
Perhitungan : a) Kecepatan rantai T N 1000 . 60 12,7 . 30 . 24,23 = 1000 . 60 = 0,15 m⁄s
V =
= 90 mm = 0,3
24
b) Jumlah sambungan rantai
Gambar 3.9. Sprocket dan rantai
=
=
+ 2
+
2.
+
− 2
30 + 16 720 16 − 30 + + 2 12,7 2 . 3,14
= 23 + 56,69 + 4,96 . 0,035 = 23 + 56,69 + 0,17 = 79,86 ≈ 80 c) Panjang rantai L = .
= 80 . 12,7
= 1016 mm
12,7 360
25
d) Sudut kontak rantai
Gambar 3.10. Sudut kontak rantai r − r x 65 mm − 45 mm sin α = 360 mm sin α =
sin α = 0,056 α = 3,21°
θ = (180 – 2α)
π 180
= (180 − 2 . 3,21 ) = (173,58) . 0,0175
= 3,03 rad
3,14 180
26
e) Mencari tarikan sisi kencang dan sisi kendor rantai F = e F
.
F = 2,718 F F = 2,5 F
, .
F = 2,5 F
,
T = (F − F ). r
Maka,
73,34 Nm = (2,5F − F ). 0,065 m 73,34 Nm = (1,5 ). 0,065 m 73,34 Nm = 0,0975F F =
Maka,
73,34 Nm 0,0975 m
F = 752,2 N
F = 2,5 F
= 2,5 × 752,2 N = 1880,5 N
f) Torsi pada sprocket reducer Maka dengan hasil diatas dapat dicari torsi pada poros sprocket reducer
Gambar 3.11. Torsi pada sprocket reducer T = (F − F ). r
= (1880,5 N − 752,2 N). 0,045 m = 50,77 Nm
27
g) Gaya yang terjadi pada sprocket poros pisau
Gambar 3.12. Sprocket pada poros pisau
F = =
Torsi
73,34 Nm 0,065 m
= 1128,3N
h) Gaya yang terjadi pada sprocket reducer
Gambar 3.13. Sprocket pada reducer
F = =
Torsi
50,77 Nm 0,045 m
= 1128,2 N
28
3.6.2 Perhitungan Puli dan Sabuk Spesifikasi puli dan sabuk pada mesin pengupas serabut kelapa adalah sebagai berikut : a) Torsi pada poros sprocket reducer ( T ) = 50,77 Nm b) Putaran pada puli reducer ( N )
= 350 rpm
c) Diameter puli motor listrik ( D )
= 50 mm
d) Diameter puli reducer (D )
= 200 mm
e) Jarak antara puli ( x )
= 265 mm
f) Koefisien gesek (
= 0,3
)
Perhitungan : a) Kecepatan sabuk
Gambar 3.14. Putaran pada puli .N 60 3,14 . 200 . 350 = 60 219800 = 60 = 3663,3 mm⁄ = 3,66 m⁄ =
.
29
b) Panjang sabuk
Gambar 3.15. Diameter dan jarak sumbu puli
L =
(
+
)+2 +
(
−
)
= 3,14 (25 + 100) + 2 (265) + = 3,14 . 125 + 530 +
5625 265
(
)
= 392,5 + 530 + 21,22 = 943,72 mm = 94,37 cm
c) Mencari torsi pada poros puli reducer
Gambar 3.16. Torsi pada puli reducer
30
T = =
T. n n
50,77 Nm . 35 rpm 350 rpm
= 5,07 Nm
d) Sudut kontak sabuk
Gambar 3.17. Sudut kontak puli
sin sin sin
=
−
100 − 25 265 75 = 265 =
sin α = 0,283 = 16,43
= (180 − 2α)
180
= 180 – 2 . (16,43) = 147,14 . 0,0174
= 2,56 rad
3,14 180
31
e) Mencari tarikan sisi kencang dan sisi kendor sabuk Dimana 2β = 34°, jadi β = 17° 2,31 . log
F = μ. θ . cosec β F
2,31 . log
F = 0.3 . 2,56 . 3,402 F
2,31 . log
log log
Maka,
F = 0,3 . 2,56 . cosec 17° F F 2,612 = F 2,31 F = 1,13 F
F = 13,48 F
T = (F − F ) . r
5,07 Nm = (13,48 F − F ) . 0,2 5,07 Nm = 12,48F . 0,2 F =
5,07 Nm 2,49 m
F = 2,03 N
Maka, F = 13,48 . F
= 13,48 . 2,03 N = 27,36 N
f) Mencari torsi pada poros motor Maka dengan hasil diatas dapat mencari torsi pada motor
Gambar 3.18. Sisi kencang ( F ) dan kendor ( F ) pada sabuk
32
T = (F − F ). r
= (27,36 N − 2,03 N). 0,05 m = 25,33 N . 0,05 m = 1,26 Nm
g) Kebutuhan daya
Gambar 3.19. Putaran dan torsi pada motor listrik 2. π. N . T 60 2 . 3,14 . 1400 . 1,26 = 60 11077,92 = 60
P=
= 184,63 watt = 0,24 hp
Jadi motor yang digunakan unuk mesin pengupas serabut kelapa adalah 0,5 hp.
