np = putaran poros ( rpm ) ( Aaron, Deutschman, 1975 .Hal 485 ) 3.
METODOLOGI
Pada bab ini akan dibahas secara detail mengenai perencanaan dan pembuatan alat,secara keseluruan proses pembuatan dan penyelesaian Tugas Akhir 3.1. Diagram Alir (Flow Chart) Proses Pembuatan Mesin Penggiling Limbah Ikan
Pada tahap ini dilakukan pengamatan langsung terhadap situasi dan kondisi yang terjadi di lapangan, meliputi kapasitas mesin, tempat peletakkan mesin, dan desain mesin yang cocok. 3. Data Lapangan Data lapangan diperoleh bahwa produksi tepung ikan masih menggunakan alat yang berkapasitas rendah dan limbah ikan juga jarang dimanfaatkan. 4. Perencanaan dan Perhitungan Pada tahap ini bertujuan untuk mendapatkan desain dan mekanisme yang tepat dengan memperhatikan data yan telah diperoleh dari studi literatur dan observasi. Rencana mesin yang akan dirancang adalah mesin penggiling limbah ikan dengan sistem pencacah. 5. Persiapan Alat dan Bahan Persiapan alat ini meliputi beberapa alat antara lain : alat manufaktur (mesin bubut, mesin drilling, dan lain-lain), motor bensin 2400 rpm (5,5 HP), elemen mesin (bantalan, poros, pisau, pulley, dan belt), rangka mesin, dan limbah ikan.
Gambar 3.1. Flowchart pembuatan mesin penggiling limbah ikan. 3.2. Tahapan Proses Pembuatan Mesin Penggiling Limbah Ikan Menjadi Tepung Ikan Dalam pelaksanaan pembuatan Tugas Akhir ini melalui beberapa tahap sebagai berikut : 1. Studi Literatur Pada tahap ini merupakan proses pencarian data dan referensi yang digunakan sebagai acuan pada proses perancangan sekaligus memperkuat ide yang sudah ada. 2. Observasi
6. Pembuatan dan Perakitan Alat Berdasarkan hasil perhitungan dan perencanaan dapat diketahui jenis bahan dan dimensi dari komponen yang akan diperlukan sebagai acuan dalam pembuatan alat. Dari komponen yang diperoleh maka dilakukan proses perakitan sesuai dengan desain perencanaan. 7. Pengujian Alat Setelah alat selesai dibuat maka dilakukan pengujian dengan cara mengoperasikan alat tersebut. Dalam pengujian nanti akan dicatat dan dianalisa waktu yang diperlukan dalam penggilingan limbah ikan menjadi tepung ikan. 8. Pembuatan Laporan Tahap ini merupakan akhir dari pembuatan mesin penggiling limbah ikan. Laporan ini sebagai pertanggung
jawaban atas segala sesuatu yang terjadi dalam kegiatan tugas akhir ini. 3.3. Cara Kerja Mesin Penggiling Limbah Ikan Cara kerja mesin ini sederhana sehingga untuk menggunakan alat ini seseorang tidak perlu mempunyai keahlian khusus. Untuk menjalankan alat ini cukup mengubah tombol on/off yang tersedia pada motor bensin. Putaran dari motor bensin akan memutar pulley pertama pada motor dan akan menggerakkan V-belt serta dapat menggerakkan pulley kedua pada poros. Pulley yang kedua akan menggerakkan poros di mana poros ini akan menggerakkan pisau untuk melakukan penggilingan limbah ikan. Mesin ini menggunakan motor bensin dengan daya 5,5 HP dengan putaran 2400 rpm. Motor bensin akan menggerakan mekanisme pulley pada poros pisau, sehingga akan menggiling limbah ikan melalui filter yang berukuran 70 mesh yang terdapat pada sisi bawah tabung. Bahan yang sudah disiapkan berupa limbah ikan yang sudah dikeringkan selama 6 jam dan dipisahkan dari kotoran. Contoh kotoran yang mengganggu proses ini adalah batu, kayu, ulat, dan lain-lain. Setelah limbah ikan sudah dipilih maka dimasukkan ke mesin penggiling. Setelah itu hasil dari penggilingan ini adalah tepung ikan.
3.4. Alat dan Bahan pada Penggilingan Limbah Ikan
Gambar 3.3. Ember tepung ikan 3.4. Kunci Inggris
Proses
Gambar
Gambar 3.5. Obeng
Gambar 3.6. Limbah ikan sebelum dicacah
Gambar 3.2. Mesin penggiling limbah ikan
𝑛𝑛2 = 300 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
4.2. Analisa Gaya dan Torsi Pencacah Sebelum pembuatan mesin dilakukan percobaan awal mengetahui besarnya gaya potong pada ikan teri. Percobaan dilakukan dengan metode seperti pada gambar berikut:
Gambar 3.7. Tepung ikan hasil cacahan 4.
PERANCANGAN DAN PERHITUNGAN Dalam bab ini akan dibahas perhitungan mesin penggiling limbah ikan yang diperlukan oleh mesin agar dapat berjalan dan berfungsi dengan baik. Setelah itu menghitung elemenelemen mesin yang mendukung perencanaan mesin ini seperti : kapasitas mesin, perhitungan daya, gaya potong, poros, pulley, belt, dan bantalan sehingga aman dalam penggunaannya. 2.1. Menghitung Putaran Poros Pisau Dengan mengetahui putaran pada motor maka dapat ditentukan putaran pada poros pisau yang dapat diketahui dengan persamaan berikut :
Gambar 4.2. Uji potong ikan teri Keterangan: 1. Pisau pemotong 2. Ikan teri 3. Timbangan Metode percobaan : Dalam percobaan ini limbah ikan diambil dengan struktur yang paling besar dan kuat, yaitu ikan teri. Ikan teri diletakkan di atas timbangan, pemotongan dilakukan dengan cara meletakkan pisau di atas ikan kemudian pisau tersebut di beri tekanan dari atas hingga ikan teri putus/terpotong. Angka terbesar dalam jarum timbangan merupakan besarnya gaya potong pada ikan teri. Tabel 4.1. Tabel Uji Potong Ikan Teri
Bahan Uji
Gambar 4.1. Transmisi belt dan pulley 𝐷𝐷𝑝𝑝 𝑛𝑛1 = 𝑛𝑛2 𝑑𝑑𝑝𝑝 Diketahui : n1 = 2400 rpm dp = 50 mm Dp = 400 mm Sehingga : 𝐷𝐷𝑝𝑝 𝑛𝑛1 = 𝑛𝑛2 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑛𝑛2 = 𝑛𝑛 𝐷𝐷𝑝𝑝 1 50 𝑚𝑚𝑚𝑚 2400 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = 400 𝑚𝑚𝑚𝑚
Ikan teri Ikan teri Ikan teri Ikan teri Ikan teri RataRata
Luas Bahan (cm2) 4,3 4,8 4,4 5,0 4,5
Gaya Potong (Kgf) 0,7 1,0 0,9 1,2 0,7 0,9
Dari data di atas, diambil gaya potong yang paling besar, sehingga terhitung : Di mana : Panjang pisau = 11,5 cm Maka : 𝑊𝑊 = 𝑚𝑚. 𝑔𝑔 𝑊𝑊 = 0,9 𝑘𝑘𝑘𝑘 . 9,81 𝑚𝑚/𝑠𝑠 2 𝑊𝑊 = 8,83 𝑁𝑁
Sehingga gaya geser (Fr) pada pisau adalah : + ∑𝑀𝑀𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 0 11,5 𝑊𝑊. 11,5 𝑐𝑐𝑐𝑐 − 𝐹𝐹𝑘𝑘 . � � 𝑐𝑐𝑐𝑐 = 0 2 8,83 .11,5 𝑐𝑐𝑐𝑐 − 𝐹𝐹𝑘𝑘 . 5,75 𝑐𝑐𝑐𝑐 = 0 101,55 − 𝐹𝐹𝑘𝑘 . 5,75 = 0 101,55 = 𝐹𝐹𝑘𝑘 5,75 𝐹𝐹𝑘𝑘 = 17,66 𝑁𝑁 Pisau yang digunakan untuk memotong ikan dalam perencanaan mesin sebanyak 60 pisau untuk dua kali potong, sehingga dapat dihitung besarnya gaya potong untuk 60 pisau menggunakan rumus : 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝐹𝐹𝑘𝑘 . 𝑧𝑧 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 17,66 𝑁𝑁 .60 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 1059,60 𝑁𝑁 1059,60 𝑁𝑁 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 9,81 𝑚𝑚/𝑠𝑠 2 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 108,01 𝑘𝑘𝑘𝑘
4.3. Analisa Daya Daya yang dibutuhkan mesin penggiling limbah ikan dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu : • Daya pemotongan limbah ikan • Daya momen inersia 4.3.1. Daya Pemotongan Limbah Ikan 4.3.1.1. Menentukan Kecepatan Pisau Menentukan kecepatan keliling pisau dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
Lp+dpp Lp
Gambar 4.3. Skema poros pisau Diketahui : Panjang pisau (Lp) = 11,5cm, Diameter poros pisau (dpp) = 3 cm 𝜋𝜋. (𝐿𝐿𝑝𝑝 + 𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝 ). 𝑛𝑛2 60 . 100
4.3.1.2. Daya Pemotongan Setelah didapatkan gaya potong dan kecepatan keliling pisau, daya pemotongan dapat dihitung dengan cara sebagai berikut : Diketahui : 𝐹𝐹𝑝𝑝 = 1059,60 𝑁𝑁 𝑣𝑣𝑝𝑝 = 2,28 𝑚𝑚/𝑠𝑠
Sehingga : 𝑃𝑃𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝐹𝐹𝑝𝑝 . 𝑣𝑣𝑝𝑝 𝑃𝑃𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 1059,60 𝑁𝑁 . 2,28𝑚𝑚/𝑠𝑠 𝑃𝑃𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 2415,89 𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤
4.3.2. Daya Momen Inersia 4.3.2.1. Momen Inersia Pisau Menentukan momen inersia pada pisau dihitung dengan cara sebagai berikut : Diketahui : Massa pisau (𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝 ) = 1,3 𝑘𝑘𝑘𝑘 Panjang pisau (Lp) = 11,5cm = 0,115 m Sehingga, 1 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝 . 𝐿𝐿2 3 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝 1 = 1,3𝑘𝑘𝑘𝑘. (0,115 𝑚𝑚)2 3 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝 = 0,005731 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚2
4.3.2.2. Momen Inersia Poros Menentukan momen inersia pada poros dihitung dengan cara sebagai berikut :
dpp
𝑣𝑣𝑝𝑝 =
𝜋𝜋 . (11,5 + 3)𝑐𝑐𝑐𝑐 . 300 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 60 . 100 𝑣𝑣𝑝𝑝 = 2,28 𝑚𝑚/𝑠𝑠
𝑣𝑣𝑝𝑝 =
Diketahui : Massa poros (𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝 ) = 2 𝑘𝑘𝑘𝑘 Diameter poros (D𝑝𝑝𝑝𝑝 ) = 3 𝑐𝑐𝑐𝑐 Radius poros (r𝑝𝑝𝑝𝑝 ) = 3 𝑐𝑐𝑐𝑐 ∶ 2 = 1,5 cm Sehingga, 1 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑝𝑝 . 𝑟𝑟𝑝𝑝𝑝𝑝 2 2 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝
1 2 𝑘𝑘𝑘𝑘 . (1,5 𝑐𝑐𝑐𝑐)2 2 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝 = 2,25 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑐𝑐𝑚𝑚2 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝 = 0,00225 𝑘𝑘𝑘𝑘 . 𝑚𝑚2 =
4.3.2.3. Kecepatan Sudut Setelah memperoleh momen inersia pada poros dan pisau maka kecepatan sudut yang dihasilkan dapat ditentukan sebagai berikut : Diketahui : n2 = 300 rpm Sehingga 𝜋𝜋 . 𝑛𝑛2 𝜔𝜔 = 30 𝜋𝜋 .300 𝜔𝜔 = 30 𝜔𝜔 = 31,42 rad/s
4.3.2.4. Percepatan Sudut Setelah memperoleh kecepatan sudut maka percepatan sudut yang dihasilkan dapat ditentukan sebagai berikut : 𝜔𝜔1 − 𝜔𝜔2 𝛼𝛼 = ∆𝑡𝑡 Di mana : • 𝜔𝜔 = • 𝑡𝑡 = Jadi :
𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑
2𝜋𝜋 𝜔𝜔
=
=
2𝜋𝜋 𝑡𝑡
2 . 𝜋𝜋 31,42 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 /𝑠𝑠
= 0,20 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠
𝜔𝜔1 − 𝜔𝜔2 𝑑𝑑𝑑𝑑 → 𝛼𝛼 = ∆𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝛼𝛼 = 𝑑𝑑𝑑𝑑 31,42 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠 𝛼𝛼 = 0,20 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝛼𝛼 = 157,10 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠 2 𝛼𝛼 =
0,00225 𝑘𝑘𝑘𝑘 . 𝑚𝑚2 . 157,10 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠 2 9,81 𝑚𝑚/𝑠𝑠 2 = 0,036032 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 = 36,032 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝
4.3.2.6. Daya Inersia Poros dan Pisau Setelah diketahui torsi pada pisau dan poros maka daya inersia dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut : • Daya Inersia Pisau ; 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 . 𝑛𝑛 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 = 9,74 . 105 91,778 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 . 300 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 = 9,74 . 105 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 = 0,028 𝐾𝐾𝐾𝐾 •
Daya inersia Poros, 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 . 𝑛𝑛 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 = 9,74 . 105 36,032 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 . 300 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 = 9,74 . 105 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 = 0,011 𝐾𝐾𝐾𝐾
4.3.3. Daya Total yang Diperlukan Daya inersia total yang dibutuhkan adalah : 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼 = 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 + 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 + 𝑃𝑃𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼 = 0,028 𝐾𝐾𝐾𝐾 + 0,011 𝐾𝐾𝐾𝐾 + 2,415 𝐾𝐾𝐾𝐾 𝑃𝑃𝐼𝐼𝐼𝐼 = 2,454 𝐾𝐾𝐾𝐾 ( 1 Hp = 0,746 Kw ) Jadi motor bensin yang digunakan mempunyai daya (P3) = 4,103 Kw/5,5 Hp dengan putaran motor 2400 rpm 4.4. Perencanaan Belt dan Pulley 4.4.1. Daya Perencanaan
4.3.2.5. Torsi Inersia Pd = f c .P3 Setelah memperoleh percepatan sudut maka torsi masing-masing momen dapat ditentukan sebagai berikut : Diketahui: fc = 1,0-1,5 • Torsi Pisau ; 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝 . 𝛼𝛼 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 = Sehingga : 𝑔𝑔 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 Pd = f c .P3 2 2 0,005731 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚 . 157,10 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠 = 1,3 ⋅ 4,103Kw = 9,81 𝑚𝑚/𝑠𝑠 2 = 5,3339 Kw 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 = 0,091778 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 = 91,778 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 4.4.2. Pemilihan Type Belt Sebelum menghitung perencanaan belt yang • Torsi Poros ; menggunakan 1 belt maka ditentukan dahulu 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝 . 𝛼𝛼 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝 = type belt yang dianjurkan. Pemilihan type ini 𝑔𝑔 belt dapat diketahui dari daya perencanaan dan
banyaknya putaran yang terjadi pada pulley terkecil. Diketahui bahwa : Pd = 5,3339 Kw n = 2400 rpm
𝑣𝑣𝑏𝑏 = 6,28 𝑚𝑚/𝑠𝑠
4.4.4. Gaya Keliling Belt Gaya keliling belt dapat dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut : F = ß . Frated Di mana : • β = 1,5-2 ( didapatkan pada hal 199, terlampir ) 102 𝑥𝑥 𝑃𝑃3 102 𝑥𝑥 4,103 𝐾𝐾𝐾𝐾 • 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = = = 66,64 𝐾𝐾𝐾𝐾
6,28 𝑚𝑚/𝑠𝑠
𝑣𝑣
Sehingga : F = ß . Frated F = 1,5 . 66,64 𝐾𝐾𝐾𝐾 F = 99,96 𝐾𝐾𝐾𝐾 ( Dobrovolsky; 1978. Hal 199 dan Hal 252 )
Gambar 4.4. Diagram Pemilihan Belt Berdasarkan diagram di atas maka diperoleh : • Type belt yang dianjurkan adalah Type A • Lebar (b) = 8 mm • Tinggi (h) = 10,5mm • Luas (A) = 0,81 cm2 4.4.3. Kecepatan Keliling Pulley
4.4.5. Tegangan Belt Tegangan belt dapat diketahui dengan rumus : σ𝑑𝑑 = 2 . 𝜑𝜑 . 𝜎𝜎0 Diketahui : Untuk V-belt : 𝜎𝜎0 = 12 kg/𝑐𝑐𝑐𝑐2 (Diktat Elemen Mesin II hal 60) Untuk V-belt : φ0 = 0,9 (Diktat Elemen Mesin II hal 50) Sehingga : σ𝑑𝑑 = 2 . 𝜑𝜑 . 𝜎𝜎0 σ𝑑𝑑 = 2 . 0,9 . 12 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑐𝑐𝑐𝑐2 σ𝑑𝑑 = 21,6 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑐𝑐𝑐𝑐2 4.4.6. Jarak Sumbu Poros Pulley dengan Pulley Perencanaan Dp < C < 3 (Dp + dp) Diketahui : dp = 50 mm Dp = 400 mm
Gambar 4.5. Transmisi pulley dan belt Diketahui : = 2400 rpm n1 dp = 50 mm Sehingga :
𝜋𝜋. 𝑑𝑑𝑝𝑝 . 𝑛𝑛1 𝑣𝑣𝑏𝑏 = 60 . 1000 𝜋𝜋. 50 𝑚𝑚𝑚𝑚 . 2400 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑣𝑣𝑏𝑏 = 60 . 1000
Sehingga : Dp < C < 3 (Dp + dp) 400 mm < C < 3 (50 mm + 400 mm) 400 mm < C < 1350 mm Maka dipilih C = 510 mm 4.4.7. Panjang Belt Untuk menghitung panjang perencanaan belt yang akan dipakai digunakan rumus : 𝜋𝜋 2
L = 2. C + (Dp + dp) + L = 2. 510 mm +
𝜋𝜋 2
(Dp − dp)2 4.𝐶𝐶
(50 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 400 𝑚𝑚𝑚𝑚) +
2
�400 𝑚𝑚𝑚𝑚 – 50 𝑚𝑚𝑚𝑚 � 4.510 𝑚𝑚𝑚𝑚
L = 1020 mm + 706,86 mm + 60,05 mm L = 1786,91 mm 4.4.8. Jarak Sumbu Poros Untuk menghitung jarak sumbu poros yang akan dipakai maka digunakan rumus : B = 2.L – 3,14 (Dp + dp) �𝐵𝐵 2 − 8(Dp − dp)2
C=B+ 8 Di mana B = 2.L – 3,14 (Dp + dp) B = 2.1786,91 mm – 3,14 (400 mm + 50 mm) B = 3573,82 mm – 1413 mm B = 2160,82 mm Sehingga didapatkan jarak antara poros pada pulley yang akan dipakai : �𝐵𝐵 2 − 8(Dp − dp)2 8
C=B+ C =
2160,82
mm
+
�(2160 ,82 mm )2 − 8 (400 mm − 50 mm )2 8
C = 2160,82 mm + 240,09 mm C = 2400,91 mm
4.4.9. Sudut Kontak pada Pulley Besarnya sudut kontak antara pulley dan belt dapat dihitung dengan menggunakan rumus : \
𝜽𝜽
Gambar 4.6. Sudut kontak Diketahui : dp = 50 mm Dp = 400 mm C = 2400,91 mm Maka, 𝜃𝜃 = 1800 − 𝜃𝜃 =
57 (𝐷𝐷𝑝𝑝 – 𝑑𝑑 𝑝𝑝 )
𝐶𝐶 57 (400 𝑚𝑚𝑚𝑚 – 50 𝑚𝑚𝑚𝑚 ) 0 180 − 2400 ,91 0
𝜃𝜃 = 171,69 = 2,994 rad
4.4.10. Gaya Efektif Belt : Diketahui : • µ = 0,3 ( didapatkan pada hal 171 ) • 𝜃𝜃 = 2,994 rad
𝐹𝐹𝑒𝑒 = 𝐹𝐹1 − 𝐹𝐹2 ′ 𝐹𝐹1 �𝐹𝐹 = 𝑒𝑒 𝜇𝜇 𝜃𝜃 2 𝐹𝐹1 �𝐹𝐹 = 𝑒𝑒 0,3.2,994 2 𝐹𝐹1 = 2,455. 𝐹𝐹2 𝑃𝑃 • 𝑇𝑇4 = 9,74.105 . 𝑛𝑛3 1 4,103 𝐾𝐾𝐾𝐾 5 𝑇𝑇4 = 9,74.10 . 2400 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑇𝑇4 = 1665 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑇𝑇
• 𝐹𝐹𝑒𝑒 = 𝑟𝑟4 = 𝑝𝑝
1665 𝑘𝑘𝑘𝑘.𝑚𝑚𝑚𝑚 25 𝑚𝑚𝑚𝑚
= 66,6 kg
• 𝐹𝐹𝑒𝑒 = 𝐹𝐹1 − 𝐹𝐹2 66,6 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 2,455. 𝐹𝐹2 − 𝐹𝐹2 66,6 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 1,455. 𝐹𝐹2 66,6 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐹𝐹2 = 1,455 𝐹𝐹2 = 45,77 𝑘𝑘𝑘𝑘 • 𝐹𝐹1 = 2,455 𝑥𝑥 45,77 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐹𝐹1 = 112,37 𝑘𝑘𝑘𝑘 (Sularso, Kiyokatsu Suga; 1991.Hal 171) 4.4.11. Tegangan Maksimum Pada Belt Tegangan maksimum pada belt dapat diketahui menggunakan rumus : 𝐹𝐹 𝛾𝛾. 𝑣𝑣 2 ℎ + + 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝜎𝜎𝑜𝑜 + 2. 𝐴𝐴 10. 𝑔𝑔 𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Diketahui : • h = 1,35 mm (Rubber canvas didapatkan pada tabel 22 ) • γ = 1,4 kg/m3 (Solid-woven cotton didapatkan pada tabel 22) • Eb = 600 kg/cm2 ( Solid-woven cotton didapatkan pd tabel 22 ) • σ0 = 12 kg/cm2 • F = 99,96 kg • A = 0,81 cm2 • v = 6,28 m/s • g = 9,81 m/s2 • Dmin = 50 mm Sehingga : 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐹𝐹 𝛾𝛾. 𝑣𝑣 2 ℎ = 𝜎𝜎𝑜𝑜 + + + 𝐸𝐸𝐸𝐸 2. 𝐴𝐴 10. 𝑔𝑔 𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 12
99,96 kg kg� + cm2 2.0,81 cm2 +
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
kg 1,4 � 3 . (6,28 𝑚𝑚⁄𝑠𝑠)2 m
10. 9,81 𝑚𝑚� 2 𝑠𝑠 1,35 𝑚𝑚𝑚𝑚 2 + 600 𝑘𝑘𝑘𝑘/ 𝑐𝑐𝑚𝑚 50 𝑚𝑚𝑚𝑚 kg kg� + 61,70 � 2 = 12 cm cm2 kg� m2
+ 0,56283
+ 16,2
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 12
kg� cm2
kg kg� + 61,70 � 2 cm cm2 + 0,000056283
+ 16,2
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 89,90
kg� cm2
kg� cm2
kg� cm2
4.4.12. Jumlah Putaran Belt Untuk mengetahui jumlah putaran belt per detik digunakan rumus sebagai berikut : u= Diketahui : v = 6,28 m/s L
𝑉𝑉 𝐿𝐿
= 1786,91 mm = 1,78691 m
Sehingga : 𝑉𝑉 u= u=
𝐿𝐿 6,28 𝑚𝑚 /𝑠𝑠 1,78691 𝑚𝑚
u = 3,52 s-1
4.4.13. Umur Belt Umur belt dapat diketahui menggunakan rumus : H= Diketahui : Nbase u Z σfat σmax m
𝑁𝑁𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 3600 .𝑢𝑢 .𝑧𝑧
𝜎𝜎 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑚𝑚
�𝜎𝜎
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
�
= 107cycle = 3,52 s-1 =1 = 90 kg/cm2 untuk V-Belt = 89,90 kg/cm2 =8
Sehingga : H= H=
𝑁𝑁𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 3600 .𝑢𝑢 .𝑧𝑧
10 7
𝜎𝜎 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑚𝑚
�𝜎𝜎
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
3600 .3,52 𝑠𝑠 −1 .1
H = 796,19 jam
�
90 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑐𝑐𝑚𝑚 2
�89,9 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑐𝑐𝑚𝑚 2 �
8
4.4.14. Dimensi Pulley Untuk V-belt type A diperoleh data-data (lampiran sebagai berikut Diketahui : e = 12,5 mm c = 3,5 mm t = 16 mm s = 10 mm v = 34o – 40o Sehingga : A . Diameter pulley penggerak (Dm) : a) Mencari diameter luar pulley 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 𝐷𝐷𝑚𝑚 + 2. 𝑐𝑐 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 50 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 2.3,5 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 57 𝑚𝑚𝑚𝑚 b) Mencari diameter dalam pulley 𝐷𝐷𝑖𝑖𝑖𝑖 = 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 − 2. 𝑒𝑒 𝐷𝐷𝑖𝑖𝑖𝑖 = 57 𝑚𝑚𝑚𝑚 − 2.12,5 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐷𝐷𝑖𝑖𝑖𝑖 = 32 𝑚𝑚𝑚𝑚 c) Mencari lebar pulley 𝐵𝐵 = (𝑧𝑧 − 1)𝑡𝑡 + 2. 𝑠𝑠 𝐵𝐵 = (1 − 1)2 + 2.10 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐵𝐵 = 20 𝑚𝑚𝑚𝑚 Nilai ( c, e dan s ), didapatkan pada buku ( Dobrovolsky; 1978. Tabel 23, Hal 226 ). B . Pulley yang digerakkan (Dp) : a) Diameter pulley luar yang digerakkan 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 𝐷𝐷𝑝𝑝 + 2. 𝑐𝑐 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 400 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 2.3,5 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 407 𝑚𝑚𝑚𝑚 b) Mencari diameter dalam pulley 𝐷𝐷𝑖𝑖𝑖𝑖 = 𝐷𝐷𝑝𝑝 − 2. 𝑒𝑒 𝐷𝐷𝑖𝑖𝑖𝑖 = 407 𝑚𝑚𝑚𝑚 − 2.12,5 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐷𝐷𝑖𝑖𝑖𝑖 = 382 𝑚𝑚𝑚𝑚
4.4.15. Gaya Berat Pulley yang Digerakkan Untuk mengetahui besarnya gaya berat pulley yang diggerakkan dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : W =ρ.V.g 𝜋𝜋 V = (𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 - Din)2 B 4 Diketahui : 𝜌𝜌 = 7,27. 103 kg/m3 g = 9,81 m/s2 Dout = 407 mm = 0,407 m
Din = 382 mm = 0,382 m B = 20 mm = 0,020 m Sehingga : 𝜋𝜋 V = (𝐷𝐷𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 - Din)2. B 4 𝜋𝜋
V = (0,407 m – 0,382 m)2 . 0,020 m 4 V = 9,82. 10-6 m3 W W W
=ρ.V.g = 7,27. 103 kg/m3. 9,82. 10-6 m3. 9,81 m/s2 = 0,70 N
4.5. Perencanaan Poros 4.5.1. Perhitungan Diameter Poros Data yang diketahui : • Daya motor bensin (N3) = 5,5 Hp = 4,103 Kw (1 HP = 0,746 Kw) • Putaran poros (n2) = 300 rpm • Panjang poros = 840 mm 4.5.2. Gaya Pulley terhadap Poros Besarnya gaya pulley yang terjadi pada poros dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : 𝐹𝐹 𝛼𝛼 𝐹𝐹𝑟𝑟 = . sin Diketahui : F 𝜑𝜑 𝜃𝜃
Sehingga : 𝐹𝐹 𝛼𝛼 𝐹𝐹𝑟𝑟 = . sin 𝐹𝐹𝑟𝑟 =
𝜑𝜑 2 99,66 𝑘𝑘𝑘𝑘 . 0,7
𝜑𝜑
2
= 99,66 kg = 0,7 = 171,690 sin
𝐹𝐹𝑟𝑟 = 141,99 kg
171,69𝑜𝑜 2
4.5.3. Gaya Maksimum pada Pulley Untuk menentukan gaya maksimum pada pulley menggunakan rumus : 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 . A
Diketahui : σmax = 89,90 kg/cm2 A = 0,81 cm2
Sehingga : 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 . A 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 89,9 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑐𝑐𝑚𝑚2 . 0,81 cm2 𝐹𝐹𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 72,819 kg 4.5.4. Diagram Beban Poros Free Body Diagram
5 mm F1 Fe F2 Wp
Av
Ah
25 mm WPemotong
Bv
B
FPemotong 650 mm
122 mm
Gambar 4.7. Diagram beban poros Di mana : • F1 = Gaya yang menarik belt • F2 = Gaya yang kendur • Wp = Gaya pemotongan • Av = Gaya yang terjadi pada titik dengan arah vertikal = Gaya yang terjadi pada titik • Bv dengan arah vertikal = Gaya yang terjadi pada titik • Ah dengan arah horizontal = Gaya yang terjadi pada titik • Bh dengan arah horizontal
A B A
B
4.5.5. Gaya pada Poros 𝐹𝐹𝑝𝑝 = 𝐹𝐹1 + 𝐹𝐹2
Di mana : 𝐹𝐹1 = 112,37 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐹𝐹2 = 45,77 𝑘𝑘𝑘𝑘 Sehingga :
𝐹𝐹𝑝𝑝 = 𝐹𝐹1 + 𝐹𝐹2 = 112,37 kg + 45,77 kg 𝐹𝐹𝑝𝑝 = 158,14 kg
4.5.6. Menghitung Beban Poros Arah Horizontal dan Vertikal 4.5.6.1. Gaya dan Momen pada Arah Horizontal 122 mm
Fp
650 mm
Ah
Gambar 4.8. Gaya dan Momen pada Arah Horizontal
B
• Gaya geser di titik A : (+) ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 𝑚𝑚. 𝑎𝑎𝑥𝑥 ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 𝑚𝑚. 0 ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 0 −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝐹𝐹𝐹𝐹1 = 0 𝐹𝐹𝐹𝐹1 = −𝐹𝐹𝑝𝑝 𝐹𝐹𝐹𝐹1 = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘
(+) ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 𝑚𝑚. 𝑎𝑎𝑥𝑥 ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 𝑚𝑚. 0 ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 0 −𝐹𝐹𝑝𝑝 + 𝐴𝐴ℎ + 𝐵𝐵ℎ = 0 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 + 𝐴𝐴ℎ + 𝐵𝐵ℎ = 0 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 = −𝐴𝐴ℎ − 𝐵𝐵ℎ ............................................(1)
(+) ∑ 𝑀𝑀𝑏𝑏 = 𝐼𝐼. 𝛼𝛼 ∑ 𝑀𝑀𝑏𝑏 = 𝐼𝐼. 0 ∑ 𝑀𝑀𝑏𝑏 = 0 𝐹𝐹𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚) − 𝐴𝐴ℎ (650 𝑚𝑚𝑚𝑚) = 0 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚) − 𝐴𝐴ℎ (650 𝑚𝑚𝑚𝑚) =0 19293,08 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝐴𝐴ℎ (650 𝑚𝑚𝑚𝑚) = 0 𝐴𝐴ℎ (650 𝑚𝑚𝑚𝑚) = 19293,08 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐴𝐴ℎ = 29,68 𝑘𝑘𝑘𝑘....................................................... .(2) Persamaan (2) disubtitusikan ke persamaan (1) 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 = −𝐴𝐴ℎ − 𝐵𝐵ℎ 𝐵𝐵ℎ = 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 𝐴𝐴ℎ 𝐵𝐵ℎ = 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 29,68 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐵𝐵ℎ = 128,46 𝑘𝑘𝑘𝑘 X1
I
X2
Fp
Ah
Gambar 4.9. Potongan bidang horizontal Potongan I-I, 0 mm ≤ X 1 ≤ 122 mm X1
M1
Fp Fτ1
• Momen bending di titik A : (+) ∑ 𝑀𝑀1 = 𝐼𝐼. 𝛼𝛼 ∑ 𝑀𝑀1 = 𝐼𝐼. 0 ∑ 𝑀𝑀1 = 0 𝑀𝑀1 + 𝐹𝐹𝑝𝑝 (𝑋𝑋1 ) = 0 𝑀𝑀1 = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋1 ) Misal X1 = 122 mm M1 = MA = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋1 ) = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘. 122 𝑚𝑚𝑚𝑚 MA = −19293,08 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚
Potongan II-II, 0 mm ≤ X 2 ≤ 650 mm X2
122 mm
Fp
II
M
Ah
• Momen bending di titik B : (+) ∑ 𝑀𝑀2 = 0 ∑ 𝑀𝑀2 = 𝐼𝐼. 0 ∑ 𝑀𝑀2 = 0 𝑀𝑀2 + 𝐹𝐹𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋2 ) − 𝐴𝐴ℎ (𝑋𝑋2 ) = 0 𝑀𝑀2 = −𝐹𝐹𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋2 ) + 𝐴𝐴ℎ (𝑋𝑋2 ) Misal X2 = 650 mm M2 = MB = −𝐹𝐹𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋2 ) + 𝐴𝐴ℎ (𝑋𝑋2 ) = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘. (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 650 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 29,68 𝑘𝑘𝑘𝑘 (650 𝑚𝑚𝑚𝑚) MB = −102792,08 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚
Fτ2
• Gaya geser di titik B : Bh (+) ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 𝑚𝑚. 𝑎𝑎𝑥𝑥 ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 𝑚𝑚. 0 ∑ 𝐹𝐹𝑥𝑥 = 0 −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝐹𝐹𝐹𝐹2 + 𝐴𝐴ℎ = 0 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = − 𝐹𝐹𝑝𝑝 + 𝐴𝐴ℎ 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 + 29,68 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = −128,46 𝑘𝑘𝑘𝑘
4.5.6.2. Gaya dan Momen Pada Arah Vertikal Fpotong
Fp 325 mm
122 mm
Wpu
Av
325 mm
Wpi Wpo
Gambar 4.10. Gaya dan momen pada arah vertikal Diketahui • massa pulley 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 = 0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘 • massa poros 𝑊𝑊𝑝𝑝 = 5,4 𝑘𝑘𝑘𝑘 • massa pisau 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 = 1,3 𝑘𝑘𝑘𝑘 • 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 108,01 𝑘𝑘𝑘𝑘
(+) ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 𝑚𝑚. 𝑎𝑎𝑦𝑦 ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 𝑚𝑚. 0 ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0 −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝐴𝐴𝑣𝑣 − 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝐵𝐵𝑣𝑣 = 0 −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 1,6 𝑘𝑘𝑘𝑘 + 𝐴𝐴𝑣𝑣 − 108,01 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 5,4 𝑘𝑘𝑘𝑘 −1,3 𝑘𝑘𝑘𝑘 + 𝐵𝐵𝑣𝑣 = 0 274,45 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝐴𝐴𝑣𝑣 + 𝐵𝐵𝑣𝑣 ............................................(1)
(+) ∑ 𝑀𝑀𝑏𝑏 = 𝐼𝐼. 𝛼𝛼 ∑ 𝑀𝑀𝑏𝑏 = 𝐼𝐼. 0 ∑ 𝑀𝑀𝑏𝑏 = 0 𝐹𝐹𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚) − 𝐴𝐴𝑣𝑣 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) =0 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚) − 𝐴𝐴𝑣𝑣 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 108,01 𝑘𝑘𝑘𝑘(325 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 5,4 𝑘𝑘𝑘𝑘 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) +1,3 𝑘𝑘𝑘𝑘(325 𝑚𝑚𝑚𝑚) = 0 19293,08 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 97,6 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝐴𝐴𝑣𝑣 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 35103,25 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 1755 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 422,5 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0 56671,43 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝐴𝐴𝑣𝑣 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) = 0 𝐴𝐴𝑣𝑣 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) = 56671,43 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐴𝐴𝑣𝑣 = 174,37 𝑘𝑘𝑘𝑘..................................................... ...(2) Persamaan (2) disubtitusikan ke persamaan (1) 274,45 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 𝐴𝐴𝑣𝑣 + 𝐵𝐵𝑣𝑣 𝐵𝐵𝑣𝑣 = 274,45 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 𝐴𝐴𝑣𝑣 𝐵𝐵𝑣𝑣 = 274,45 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 174,37 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐵𝐵𝑣𝑣 = 100,38 𝑘𝑘𝑘𝑘
Fpotong
Fp I
Wpu
III
II
Av
Wpi Wp
Gambar 4.11. Potongan bidang vertikal Potongan I-I, 0 mm ≤ X 1 ≤ 122 mm Fp I M1
X1 Wpu
Fτ1
• Momen bending di titik A :
(+) ∑ 𝑀𝑀1 = 𝐼𝐼. 𝛼𝛼 ∑ 𝑀𝑀1 = 𝐼𝐼. 0 ∑ 𝑀𝑀1 = 0 𝑀𝑀1 + 𝐹𝐹𝑝𝑝 (𝑋𝑋1 ) + 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 (𝑋𝑋1 ) = 0 𝑀𝑀1 = 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋1 ) + 0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋1 ) Misal X1 = 122 mm M1 = MA = 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚) MA = 19468,76 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 • Gaya geser di titik A :
(+) ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 𝑚𝑚. 𝑎𝑎𝑦𝑦 ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 𝑚𝑚. 0 ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0 −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝐹𝐹𝐹𝐹1 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 = 0 𝐹𝐹𝐹𝐹1 = −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 𝐹𝐹𝐹𝐹1 = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐹𝐹𝐹𝐹1 = −158,94 𝑘𝑘𝑘𝑘
Potongan II-II, 0 mm ≤ X 2 ≤ 447 mm Fp X2
122 mm Wpu
Av
M2
• Momen bending di titik W : (+) ∑ 𝑀𝑀2 = 𝐼𝐼. 𝛼𝛼 ∑ 𝑀𝑀2 = 𝐼𝐼. 0 ∑ 𝑀𝑀2 = 0 𝑀𝑀2 − 𝐴𝐴𝑣𝑣 (𝑋𝑋2 ) + 𝐹𝐹𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋2 ) +𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋2 ) = 0
𝑀𝑀2 − 174,37 kg (𝑋𝑋2 ) + 158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋2 ) + 0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘(122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋2 ) = 0 𝑀𝑀2 = 174,37 kg (𝑋𝑋2 ) − 158,94 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋2 )
Misal X2 = 325 mm M2 = Mw = 174,37 kg (325 mm) − 158,94 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 325 mm) Mw = −14375,93 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 • Gaya geser di titik W :
(+) ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 𝑚𝑚. 𝑎𝑎𝑦𝑦 ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 𝑚𝑚. 0 ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0 −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝐹𝐹𝐹𝐹2 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝐴𝐴𝑣𝑣 = 0 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝐴𝐴𝑣𝑣 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘 + 174,37 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = 15,43 𝑘𝑘𝑘𝑘
Potongan III-III, 0 mm ≤ X 3 ≤ 772 mm
Fpotong
Fp
X3
(+) ∑ 𝑀𝑀3 = 𝐼𝐼. 𝛼𝛼 ∑ 𝑀𝑀3 = 𝐼𝐼. 0 ∑ 𝑀𝑀3 = 0 𝑀𝑀3 + 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 (𝑋𝑋3 ) + 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 (𝑋𝑋3 ) + 𝑊𝑊𝑝𝑝 (𝑋𝑋3 ) −𝐴𝐴𝑣𝑣 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) + 𝐹𝐹𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) + 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) = 0 𝑀𝑀3 + 108,01 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋3 ) + 1,3 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋3 ) + 5,4 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋3 ) −174,37 kg(325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) +158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 (122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) +0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘(122 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) = 0 𝑀𝑀3 + 114,71 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋3 ) − 174,37 kg(325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) +158,94 𝑘𝑘𝑘𝑘 (447 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) = 0 𝑀𝑀3 = −114,71 𝑘𝑘𝑘𝑘 (𝑋𝑋3 ) + 174,37 kg(325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) −158,94 𝑘𝑘𝑘𝑘 (447 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 𝑋𝑋3 ) = 0 Misal X3 = 325 mm M3 = Mb = −114,71 𝑘𝑘𝑘𝑘 (325 𝑚𝑚𝑚𝑚) + 174,37 kg(325 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 325 𝑚𝑚𝑚𝑚) −158,94 𝑘𝑘𝑘𝑘 (447 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 325 𝑚𝑚𝑚𝑚) = 0 Mb = −37280,75 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 + 113340,5 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 − 122701,68 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 Mb = −46641,18 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 • Gaya geser di titik B :
(+) ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 𝑚𝑚. 𝑎𝑎𝑦𝑦 ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 𝑚𝑚. 0 ∑ 𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0 −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝐹𝐹𝐹𝐹2 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝐴𝐴𝑣𝑣 − 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝 = 0 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = −𝐹𝐹𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝐴𝐴𝑣𝑣 − 𝐹𝐹𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝𝑝𝑝 − 𝑊𝑊𝑝𝑝 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = −158,14 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 0,8 𝑘𝑘𝑘𝑘 + 174,37 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 108,01 𝑘𝑘𝑘𝑘 −1,3 𝑘𝑘𝑘𝑘 − 5,4 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐹𝐹𝐹𝐹2 = −99,22 𝑘𝑘𝑘𝑘
4.5.7. Momen Resultan 122 mm Wpu
M3
325 mm Av
Wpi Wp
• Momen bending di titik B :
M r = (M h ) 2 + (M v ) 2 Fτ3 Diketahui:
Mh = −102792,08 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 (Momen yang terjadi pada bidang horizontal)
[
Mv = −46641,18 𝑘𝑘𝑘𝑘. 𝑚𝑚𝑚𝑚 (Momen yang terjadi pada bidang vertikal)
d = (60639,89mm 3 )
d = 29,28mm
1
3
Maka diameter poros (Dp) sesungguhnya = 30 mm
Sehingga :
M r = (M h ) 2 + (M v ) 2
M r = (−102792,08kgmm) 2 + (−46641,18kgmm) 2 M r = 112878,75kgmm 4.5.8. Torsi Poros :
Nd n2 5,3339kw = 9,74 × 10 5 ⋅ 300rpm = 17317,40kg.mm
T = 9,74 × 10 5
Mr2 +T 2
(
)
1/ 2
1
3
• 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟
Diketahui: Mr = 23031,96 kgmm T = 42164,675 kgmm n = 2,5 (faktor keamanan untuk beban kejut) Syp = 48 kg/mm2 (bahan AISI 1030, lambang S30C dan baja karbon kontruksi mesin)
• 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟 𝐹𝐹𝑟𝑟𝑟𝑟
(
)
1/ 2
1
Pada bantalan A = �(𝐹𝐹𝐴𝐴ℎ )2 + (𝐹𝐹𝐴𝐴𝐴𝐴 )2 = �(29,68 kg )2 + (174,37 kg )2 = �31285,7993 𝑘𝑘𝑔𝑔2 = 176,88 𝑘𝑘𝑘𝑘
Pada bantalan B = �(𝐹𝐹𝐵𝐵ℎ )2 + (𝐹𝐹𝐵𝐵𝐵𝐵 )2 = �(128,46 kg )2 + (100,38 kg )2 = �26578,116 𝑘𝑘𝑔𝑔2 = 163,03 𝑘𝑘𝑘𝑘
4.6.2. Beban Equivalent Pada Bantalan : Dari data yang diketahui dari lampiran 14 maka diperoleh • Co sebesar 2,370 • Fa/V.Fr = 1,62 • e = 0,22 1 3 sehingga, 1/ 2
Sehingga :
32n M 2 +T2 d = πS r yp
4.6. Bantalan (Bearing) Dari hasil analisa dan perhitunan maka diperoleh data sebagai berikut : 1. Diameter poros (Dp) = 30 mm 2. Gaya bantalan di titik A : FAh = 29,68 kg FAv = 174,37 kg 3. Gaya bantalan di titik B : FBh = 128,46 kg FBv = 100,38 kg
4.6.1. Gaya Radial Pada Bantalan 𝐹𝐹𝑟𝑟 = �(𝐹𝐹ℎ )2 + (𝐹𝐹𝑣𝑣 )2
4.5.9. Diameter Poros :
32n d = πS yp
]
3
32.2,5 2 (112878,75kgmm) 2 + (17317,40kg.mm)F d = 2 a ≤e . 48 kg / mm π V ⋅F
(
)
r
80 (114199,41kgmm ) d = 2 150,80kg / mm
[(
)
]
d = 0,531mm 2 / kg (114199,41kgmm )
1
3
1
3
maka, X = 0,56 dan Y = 1,99 (lampiran 15) diketahui dari lampiran 13, Nilai Fs = 2,5 (heavy shock load) 73 V1 = 1 (ring dalam yang berputar) V2 = 1,2 (ring luar yang berputar) • Pada bantalan A PA = X . V1 . FR + Y Fa
PA
= Fs (X . V1 . FrA) + Y Fa = 2,5 (1. 1. 176,88 kg) + 1,99 . 174,37 kg = 789,20 kg
• Pada bantalan B PB = X . V1 . FR + Y Fa = Fs (X . V1 . FrB) + Y Fa = 2,5 (1. 1. 163,03 kg) + 1,99 . 100,38 kg PB = 607,33 kg 4.6.3. Menghitung Umur Bantalan : 106 𝐶𝐶 𝑏𝑏 𝐿𝐿10 = .� � 60. 𝑛𝑛𝑝𝑝 𝑃𝑃 Diketahui : np = n2’ = 300 rpm C = 3350 lb (pada tabel 9.1, terlampir) = (3350 x 0,453592) kg C = 1519,5332 kg PA = 789,20 kg PB = 607,33 kg b = 3 (untuk bantalan bola)
Gambar 4.11. Desain Mesin Penggiling Limbah Ikan 4.7.2. Mesin Penggiling Limbah Ikan
Gambar 4.12. Mesin Penggiling Limbah Ikan
4.7.3. Pisau Pencacah
Sehingga : • Pada bantalan A 106 1519,5332 𝑘𝑘𝑘𝑘 3 𝐿𝐿10 = .� � 60. 300 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 789,20 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝐿𝐿10 = 55,56 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 . (1,925)3 𝐿𝐿10 = 396,58 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 •
𝐿𝐿10
𝐿𝐿10 𝐿𝐿10
Pada bantalan B 106 1519,5332 𝑘𝑘𝑘𝑘 3 = .� � 60. 300 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 607,33 𝑘𝑘𝑘𝑘 = 55,56 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 . (2,50)3 = 870,20 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗
Gambar 4.13. Pisau pencacah 4.7.4. Corong ((Hopper)
4.7. Gambar Mesin Penggiling Limbah Ikan 4.7.1. Desain Mesin Penggiling Limbah Ikan
Gambar 4.14. Corong
4.7.5. Saluran Keluar
3
5
2,58 (2 menit 35 detik)
4
5
2,55 (2 menit 33 detik)
Rata - Rata • Gambar 4.15. Saluran Keluar 4.7.6. V-belt dan Motor Bensin • =
=
2,53 (2 menit 32 detik)
Rata – rata waktu penggilingan : (2,47 + 2,51 + 2,58 + 2,55) 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 4 = 2,53 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 Kapasitas penggilingan : =
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙ℎ 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 − 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 5 𝑘𝑘𝑘𝑘
2,53 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑘𝑘𝑘𝑘
= 1,98 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
= 1,98 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑥𝑥
60 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 1 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗
= 118,8 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗
4.9. Perbandingan Mesin Gambar 4.16. V-belt dan Motor Bensin
4.8. Hasil Percobaan Mesin Penggiling Limbah Ikan Dari percobaan penggilingan limbah ikan dengan massa limbah ikan 5 kg maka diperoleh hasil sebagai berikut : Tabel 4.2. Tabel Hasil Percobaan Mesin Penggiling Limbah Ikan Massa NO Waktu Limbah Ikan (menit) (Kg) 2,47 (2 menit 28 1 5 detik) 2
5
2,51 (2 menit 31 detik)
Gambar 4.17. Mesin penggiling Gambar 4. 18. Mesin yang limbah ikan yang ada di pasaran penggiling limbah ikan yang telah jadi.
Tabel 4.3. Tabel Perbandingan Mesin Penggiling Limbah Ikan
5. PENUTUP 5.1. Kesimpulan Dari perencanaan dan perhitungan pada ”Mesin Penggiling Limbah Ikan Menjadi Tepung Ikan”, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Daya motor bensin yang digunakan adalah 5,5 Hp dengan putaran 2400 rpm. 2. Belt yang digunakan adalah Jenis V-Belt type A dengan panjang belt 1786,91 mm, jumlah belt 1 buah dan umur belt 796,19 jam. 3. Poros yang digunakan adalah bahan AISI 1030 (baja karbon kontruksi mesin) dengan diameter 30 mm. 4. Berdasarkan hasil pengujian kapasitas mesin penggiling limbah ikan adalah 118,8 kg/jam. 5.2. Saran 1. 2.
Menambah jarak antara alas tabung dengan jarak pisau. Pada tiap kaki rangka mesin dapat diberikan roda untuk mengurangi besarnya getaran yang ditimbulkan oleh proses penggilingan dan mempermudah proses perpindahan mesin dari satu tempat ke tempat lainnya.
