TUGAS AKHIR
DESAIN DAN ANALISA MESIN CRUSHING BOTOL PLASTIK BEKAS UNTUK INDUSTRI KECIL DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI
Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh: HARTANTO D200100063
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2015 i
ii
iii
iv
v
MOTTO
“Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholat sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar” ( Al-Baqarah : 153 )
“Barangsiapa menginginkan kebahagiaan di dunia dan di akhirat maka haruslah memiliki banyak ilmu” ( HR. Ibnu Asakir )
“Allah akan meninggikan derajat orang-orang yang beriman diantara kamu dan orang-orang yang memiliki ilmu pengetahuan” ( Al-Mujadillah: 11 )
“Barangsiapa yang menempuh suatu jalan untuk mendapakan ilmu, maka Allah akan memberikan kemudahan baginya jalan menuju surga” ( HR. Muslim )
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada :
Bapak dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya yang senantiasa membimbing dan mendo‟akanku.
Sahabat-sahabatku (Keluarga Teknik Mesin angkatan 2010 yang selalu kompak, dan saling menyemangati )
Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )
Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliahan.
Bapak Dosen pembimbing satu tugas akhir Joko Sedyono, Ph.D. Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir dan Bapak Dosen pembimbing akedemik Ir. Tri Tjahjono, MT. Saya berterima kasih atas pengarahan dan bimbingannya yang telah banyak saya terima selama berada di Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Organisasi internal kampus (KMTM, BEM FT, Kopma UMS) dan organisasi eksternal (IIBF Solo) yang sudah memberikan saya banyak ilmu dan pengalaman.
vii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Joko Sedyono, Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Tri Tjahjono, MT. selaku Dosen Pembimbing II dan selaku Pembimbing Akademik yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan arahannya. 5. Dosen jurusan Teknik Mesin beserta Staff Tata Usaha Fakultas Teknik
viii
6. Bapak tercinta yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan membesarkan. 7. Ibu tercinta dan teristimewa yang senantiasa mencintai, menyayangi, memberikan dukungan dan mendo‟akan dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 8. Teman angkatan 2010 yang sudah banyak membantu saya dan mendukung
saya
dalam
perkuliahan
selama
di
Universitas
Muhammadiyah Surakarta. Akhir kata, mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang dimiliki. Diharapkan semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca. Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat untuk pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbal„alamin.
Surakarta, Desember 2015
Penulis
ix
DESAIN DAN ANALISA MESIN CRUSHING BOTOL PLASTIK BEKAS UNTUK INDUSTRI KECIL DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI Hartanto, Joko Sedyono, Tri Tjahjono Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl.A.Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email :
[email protected]
ABSTRAKSI Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat desain, analisa, dan simulasi poros dan pisau pencacah mesin crushing botol plastik untuk industri kecil dengan Solidworks 2010. Selain itu juga untuk mengetahui nilai yield strength dan nilai von mises maksimal dari material yang digunakan pada poros dan pisau pencacah sehingga didapatkan Safety Factor untuk mengetahui aman atau tidaknya material yang digunakan. Dalam proses desain, analisa, dan simulasi yang diselidiki adalah pada poros dan pisau pencacah botol plastik. Material yang digunakan pada poros adalah baja S 35 C - D, sedangkan material yang digunakan pada pisau pencacah adalah baja S 45 C. Software yang diunakan pada penelitian kali ini mengunakan Solidworks 2010. Hasil analisa dan simulasi pada poros dan pisau pencacah botol plastik menunjukkan bahwa nilai yield strength pada poros adalah (282.685.056 N/mm²), sedangkan nilai tegangan von mises maksimal dari material yang digunakan pada poros adalah 94.208.600 N/mm², Safety Factor poros adalah 3. Dari material yang digunakan pada poros dinyatakan aman. Selain itu nilai yield strength pada pisau pencacah adalah (530.000.000 N/mm²), sedangkan nilai von mises maksimal dari material yang digunakan pada pisau pencacah adalah 410.670.300 N/mm², Safety Factor pisau pencacah adalah 1,29. Dari material yang digunakan pada pisau pencacah dinyatakan aman. Kata kunci : Yield Strength, Von Mises, Safety Factor.
x
DESIGN AND ANALYSIS OF PLASTIC BOTTLE CRUSHING MACHINES USED FOR SIMULATION USING SMALL INDUSTRIES Hartanto, Joko Sedyono, Tri Tjahjono Mechanical Engineering University of Muhammadiyah Surakarta Drum Jl.A.Yani Pos 1 Pabelan, Kartasura Email:
[email protected] ABSTRACTION
The aim of this study was to create a design, analysis, and simulation of the shaft and blade chopper plastic bottle crushing machine for small industry with Solidworks 2010. In addition, to determine the value of yield strength and the maximum value of von mises of the material used on the shaft and blade chopper so we get safe Safety Factor to determine whether or not the material used.
In the process of design, analysis and simulation of the investigation is on the shaft and blade chopper plastic bottles. The material used in the steel shaft is the S 35 C - D, while the material used in the chopper blade is steel S 45 C. Software diunakan in the present study using Solidworks 2010.
Results of analysis and simulation on the shaft and blade chopper plastic bottles shows that the value of the yield strength of the shaft is (282.685.056 N / mm²), while von mises maximum voltage value of the material used on the shaft is 94.2086 million N / mm², Safety Factor 3. From the shaft is the material used on the shaft declared safe. In addition the value of yield strength on the counter blade is (530.000.000 N / mm²), while the maximum value of von mises of the material used in the chopper blade is 410.670.300 N / mm², Safety Factor chopper blade is 2.51. Of the material used in the chopper blades declared safe. Keywords: Yield Strength, Von Mises, Safety Factor.
xi
DAFTAR ISI
Halaman Judul ......................................................................................
i
Pernyataan Keaslian Skripsi .................................................................
ii
Halaman Persetujuan ...........................................................................
iii
Halaman Pengesahan ..........................................................................
iv
Lebar Soal Tugas Akhir ........................................................................
v
Halaman Motto.......................................................................................
vi
Halaman Persembahan ........................................................................ vii Kata Pengantar ..................................................................................... viii Abstraksi ...............................................................................................
x
Daftar Isi ...............................................................................................
xi
Daftar Gambar ....................................................................................... xiv Daftar Tabel ........................................................................................... xvii Daftar Simbol ....................................................................................... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang............................................................................ 1 1.2 Batasan Masalah......................................................................... 2 1.3 Tujuan ......................................................................................... 3 1.4 Manfaat ....................................................................................... 3 1.5 Sistematika Penulisan................................................................. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Studi Literatur .............................................................................. 5 2.2 Dasar Teori.................................................................................. 7
xii
2.2.1 Macam-Macam Material Botol Plastik....................................... 7 a. PET Atau PETE (Polyethylene Etilene Terephalate)............... 7 b. HDPE (High Density Polyethylene)......................................... 8 c. PVC (Polyvinyl Chloride)......................................................... 8 d. LDPE (Low Density Polyethylene) .......................................... 9 e. PP (Polypropylene)................................................................. 9 f. PS (Polystyrene).................................................................... 10 2.2.2 Roda Gigi................................................................................. 10 Tinjauan Kekuatan Roda Gigi Lurus....................................... 13 2.2.3 Poros....................................................................................... 20 Tinjauan Gaya Terhadap Pisau Pencacah Dan Bantalan....... 20 Analisa Pada Poros Dan Pisau Pencacah ( Crusher ) ........... 21 2.2.4 Pasak...................................................................................... 25 2.2.5 Bearing.................................................................................... 27 2.2.6 Puli Dan Sabuk ....................................................................... 29 2.2.7 Motor Listrik ............................................................................ 31 2.2.8 Pengantar Solidworks 2010..................................................... 32 2.2.9 Faktor Keamanan ................................................................... 34
BAB III METODE PERENCANAAN DAN ANALISA PERHITUNGAN 3.1 Metode Perencanaan................................................................. 35 3.2 Tahapan Perencanaan.............................................................. 35 3.3 Roda Gigi................................................................................... 38 3.4 Poros Dan Pisau Pencacah ...................................................... 42 3.4.1 Perhitungan Momen Torsi. .............................................. 45 3.4.2 Tegangan Geser Poros ................................................... 45
xiii
3.4.3 Tegangan Geser Maksimal.............................................. 45 3.4.4 Diagram Benda Bebas Dari Poros................................... 47 3.5 Pasak......................................................................................... 52 3.6 Rangka....................................................................................... 54 3.7 Assembly Mesin Crushing........................................................ 55
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Langkah-Langkah Simulasi Dengan Menggunakan Solidworks 2010........................................................................ 57 4.2 Hasil Desain Dan Simulasi Poros.............................................. 58 4.2.1 Hasil Desain..................................................................... 58 4.2.2 Hasil Simulasi................................................................... 60 4.3 Hasil Desain Dan Simulasi Pisau Pencacah............................. 62 4.3.1 Hasil Desain...................................................................... 62 4.3.2 Hasil Simulasi.................................................................... 64
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan................................................................................ 67 5.2 Saran......................................................................................... 67
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Botol PET/PETE ................................................................... 7 Gambar 2.2 Botol HDPE ........................................................................... 8 Gambar 2.3 Botol PVC ............................................................................. 8 Gambar 2.4 Botol LDPE ........................................................................... 9 Gambar 2.5 Botol PP ................................................................................ 9 Gambar 2.6 Botol PS .............................................................................. 10 Gambar 2.7 Macam-Macam Roda Gigi (Sularso, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, 213)........................................ 13 Gambar 2.8 Sketsa Roda Gigi Lurus....................................................... 14 Gambar 2.9 Gaya Pada Gigi.................................................................... 17 Gambar 2.10 Tinjauan Gaya Terhadap Roda Gigi Dan Bantalan........... 20 Gambar 2.11 Pasak ( Sularso, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin, Hal 10)......................................... 25 Gambar 2.12 Bearing............................................................................... 28 Gambar 2.13 Motor Listrik....................................................................... 31 Gambar 2.14 Tampilan Solidwork 2010................................................... 32 Gambar 2.15 Tampilan Menu Kerja Solidworks 2010............................. 34 Gambar 3.1 Diagram Metode Perencanaan............................................ 36 Gambar 3.2 Sketsa Crushing................................................................... 37 Gambar 3.3 Pisau Pencacah................................................................... 38 Gambar 3.4 Desain Roda Gigi Lurus Dengan Solidworks 2010.............. 38
xv
Gambar 3.5 Desain Poros Pada Mesin Crushing Dengan Solidworks 2010.................................................................................. 43
Gambar 3.6 Desain Pisau Pencacah Pada Mesin Crushing Dengan Solidworks 2010.................................................................. 43 Gambar 3.7 Massa Poros........................................................................ 44 Gambar 3.8 Massa Pisau Pencacah....................................................... 44 Gambar 3.9 Diagram Benda Bebas dari Poros dan Pisau Pencacah..... 47 Gambar 3.10 Jarak tumpuan antara titik A dan titik B............................. 48 Gambar 3.11 Gaya terhadap pisau pencacah dan bantalan................... 49 Gambar 3.12 Gambar Penampang Pasak.............................................. 52 Gambar 3.13 Desain Rangka Mesin Crushing Dengan Solidworks 2010.................................................................................. 54 Gambar 3.14 Desain Assembly Mesin Crushing Dengan Solidworks 2010................................................................................. 55 Gambar 4.1 Flowchart Langkah-Langkah Simulasi Dengan Solidworks 2010.................................................................... 57 Gambar 4.2 Tumpuan Dan Gaya Yang Ditentukan Pada Poros............. 58 Gambar 4.3 Material Poros...................................................................... 59 Gambar 4.4 Hasil Meshing Poros............................................................ 59 Gambar 4.5 Tegangan Von Mises Pada Poros....................................... 60 Gambar 4.6 Displacement Poros............................................................. 61 Gambar 4.7 Equivalent Strain Poros....................................................... 61 Gambar 4.8 Tumpuan Dan Gaya Yang Bekerja Pada Pisau Pencacah............................................................................ 62 Gambar 4.9 Material Pisau Pencacah..................................................... 63
xvi
Gambar 4.10 Hasil Meshing Pisau Pencacah......................................... 63 Gambar 4.11 Tegangan Von Mises Pisau Pencacah.............................. 64 Gambar 4.12 Displacement Pisau Pencacah.......................................... 65 Gambar 4.13 Equivalent Strain Pisau Pencacah..................................... 65
xvii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Faktor bentuk gigi .................................................................... 16 Tabel 2.2 Faktor dinamis ( fv ) ................................................................. 16 Tabel 2.3 Bahan baja karbon untuk roda gigi ......................................... 18 Tabel 2.4 Faktor tegangan kontak pada bahan roda gigi ....................... 19 Tabel 2.5 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros ..................................... 23 Tabel 2.6 Ukuran Pasak dan Alur Pasak ................................................ 27
xviii
DAFTAR SIMBOL
Ck = kelonggaran puncak
( mm )
H = kedalaman pemotongan
( mm )
n = putaran
( Rpm )
σB = tegangan tarik
( kg/mm² )
σa = tegangan lentur yang diijinkan
( kg/mm² )
Fb = beban lentur yang diijinkan
( kg/mm² )
T = momen torsi
( kg.mm )
𝜏k = tegangan geser yang terjadi akibat momen
( kg/mm²)
ds = diameter poros
( mm )
b = lebar pasak
( mm )
l = panjang pasak
( mm )
F = Gaya
(N)
KH = faktor tegangan kontak
( kg/mm²)
FH1 = gaya keliling pisau pencacah
(N)
FV1 = gaya radial pisau pencacah
(N)
τa = tegangan geser poros
(kg/mm2)
xix
