RANCANG BANGUN MESIN PENGHANCUR SPUIT BEKAS Azhar Ashari 1) , M. Miftach Farid 2), Ir Mahirul Mursid, M.Sc 3) Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 Email:
[email protected]) ,
[email protected] ),
[email protected] 3) Abstrak Pada umumnya rumah sakit dan puskesmas menghasilkan limbah-limbah yang merupakan sisa hasil dari penggunaan kegiatan medis seperti alat infus, sarung tangan, botol infus, dan khususnya spuit bekas. Pengolahan limbah spuit bekas hanya dilakukan dengan cara dibakar di insinerator, padahal bila diolah dengan baik limbah spuit bekas akan menghasilkan keuntungan. Salah satunya adalah dengan cara didaur ulang. Mesin penghancur spuit bekas dirancang dengan desain simple dan hasil penghancuran yang baik, maka diperlukan perhitungan berapa besar gaya yang terjadi dan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan : belt, pulley, poros, bantalan. Dari hasil perhitungan, dibutuhkan daya motor 1HP dengan putaran 1400 rpm untuk menggerakkan pulley dengan putaran 467 rpm, gaya potong 31kgf dan kapasitas mesin 11 kg/jam Kata kunci: spuit bekas, penghancur, daur ulang PENDAHULUAN Perkembangan teknologi pemesinan yang semakin maju dan berkembang menuntut sumber daya manusia untuk menciptakan mesin-mesin yang dapat menyelesaikan permasalahan dikehidupan nyata. Pada umumnya rumah sakit dan puskesmas menghasilkan limbah-limbah yang merupakan sisa hasil dari penggunaan kegiatan medis seperti alat infus, sarung tangan, botol infus, dan khususnya spuit bekas. Pengolahan limbah spuit bekas hanya dilakukan dengan cara dibakar di insinerator, padahal bila diolah dengan baik limbah spuit bekas akan menghasilkan keuntungan. Salah satunya adalah dengan cara didaur ulang. Proses daur ulang sendiri dilakukan dengan cara mencacah terlebih dahulu limbah spuit bekas menjadi bentuk serpihan atau butiran kecil, kemudian didaur ulang ditungku mesin injeksi plastik untuk dijadikan bentuk lain seperti pot bunga, mainan anak, bak mandi, dan lain-lain. Oleh karena itu, kami mengupayakan untuk melakukan Rancang Bangun Mesin Penghancur Spuit Bekas yang nantinya diharapkan dapat menyelesaikan masalah yang timbul. Agar topik bahasan ini tidak meluas, maka ditentukan batasan masalah diantaranya: 1. Jenis spuit yang diolah adalah spuit ukuran 3cc untuk dewasa. 2. Karet pendorong pada spuit bekas diasumsikan tidak ada. 3. Perhitungan analisa meliputi perencanaan putaran, daya, gaya dan elemen-elemen mesin penghancur spuit bekas lainnya. 4. Analisa kekuatan rangka mesin (sambungan las) diasumsikan aman. 5. Tidak dilakukan perhitungan terhadap getaran yang terjadi pada mesin. 6. Untuk bahan pisau tidak dibahas dan diasumsikan tajam TINJAUAN PUSTAKA. 2.1 Perencanaan Pisau Pertama-pertama akan direncanakan spesifikasi pisau, mulai dari dimensi pisau sampai dengan banyaknya
jumlah pisau, selain itu juga direncanakan bagaimana arah dan penempatan pisau yang akan di pasang pada poros. 2.2 Analisa Gaya dan Torsi Pemotong Sebelum pembuatan mesin dilakukan percobaan awal mengetahui besarnya gaya potong pada spuit bekas. Hasil percobaan akan mendapatkan gaya potong ratarata ( . Setelah itu dapat dihitung besarnya gaya potong menggunakan rumus dengan menganalisa proses pemotongan yang akan dilakukan:
Dimana : Fp = gaya potong pisau (N) z = jumlah pisau 2.3. Kapasitas Perencanaan Untuk langkah selanjutnya akan direncanakan kapasitas mesin yang diinginkan, di asumsikan bahwa massa spuit bekas adalah 1 Kg. Q = m. n2 . z Dimana : m = massa 1 Kg spuit bekas (Kg) z = Jumlah pisau n2 = Putaran poros pisau (Rpm) 2.4. Analisa Daya Daya yang dibutuhkan mesin penggiling spuit bekas dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu : Daya pemotongan spuit bekas Daya momen inersia 2.4.1. Daya Pemotongan Spuit bekas 2.4.1.1. Menentukan Kecepatan Pisau Menentukan kecepatan keliling pisau dapat dihitung dengan cara sebagai berikut : dpp Lp+dpp Lp Gambar 2.1 Skema poros pisau
Dimana : dpp = Diameter poros pisau(cm) {(8) Hal 166} 2.4.1.2. Daya Pemotongan Setelah didapatkan gaya potong dan kecepatan keliling pisau, daya pemotongan dapat dihitung dengan cara sebagai berikut : Dimana : 2.4.2. Daya Momen Inersia 2.4.2.1. Momen Inersia Pisau Menentukan momen inersia pada pisau dihitung dengan cara sebagai berikut :
Dimana : (kg) 2.4.2.2. Momen Inersia Poros Menentukan momen inersia pada poros dihitung dengan cara sebagai berikut :
Dimana: (kg) m) 2.4.2.3. Kecepatan Sudut Setelah memperoleh momen inersia pada poros dan pisau maka kecepatan sudut yang dihasilkan dapat ditentukan sebagai berikut :
g = Percepatan gravitasi (m 2.4.2.6. Daya Inersia Poros dan Pisau Setelah diketahui torsi pada pisau dan poros maka daya inersia dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut :
Dimana :
{(8) hal 7} 2.4.3. Daya Total yang Diperlukan Daya inersia total yang dibutuhkan adalah : Dimana : 2.5. Perencanaan Belt dan Pulley Pemindahan daya yang digunakan pada ini adalah sebuah belt yang terpasang pada dua buah pulley, yaitu pulley penggerak dan pulley yang digerakkan. Sedangkan belt yang digunakan adalah jenis V-belt dengan penampang melintang berbentuk trapesium. Jenis V-belt terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. V-belt dibelitkan dikeliling alur pully yang berbentuk V-belt pula. 2.5.1. Menghitug Diameter Pulley yang Digerakkan Dengan mengetahui putaran pada motor, putaran pada poros, dan perencanaan diameter pulley penggerak maka dapat ditentukan diameter pulley yang digerakkan dapat diketahui dengan persamaan berikut
Dimana: n2 = putaran poros (rpm) 2.4.2.4. Percepatan Sudut Setelah memperoleh kecepatan sudut maka percepatan sudut yang dihasilkan dapat ditentukan sebagai berikut :
Dimana : t = waktu (s) 2.4.2.5. Torsi Inersia Poros dan Pisau Setelah memperoleh percepatan sudut maka torsi masing-masing momen dapat ditentukan sebagai berikut :
Dimana :
Gambar 2.2 Transmisi belt dan pulley Untuk menurunkan putaran maka dipakai rumus perbandingan reduksi i (i > 1).
n1 Dp i n2 dp Dimana : i = Perbandingan reduksi n1 = Putaran pulley penggerak (rpm) n2 = Putaran pulley yang digerakan (rpm) dp = Diameter pulley penggerak (mm) Dp = Diameter pulley yang digerakkan (mm) {(8) Hal 166} 2.5.2. Daya Perencanaan Besarnya daya perencanaan belt (P d) bisa dihitung dengan rumus berikut :
Pd f c .P3 Dimana: Pd = Daya perencanaan ( Kw ) fc = Faktor koreksi ( 1,0 – 1,5 ) P3 = Daya motor ( Kw ) {(8) Hal 7}
2.5.3. Pemilihan Type Belt Sebelum menghitung perencanaan belt yang menggunakan 1 belt maka ditentukan dahulu type belt yang dianjurkan. Pemilihan type ini belt dapat diketahui dari daya perencanaan dan banyaknya putaran yang terjadi pada pulley terkecil (lihat gambar 2.2).
2.5.8. Jarak Sumbu Poros Untuk menghitung panjang perencanaan belt yang akan dipakai digunakan rumus : B = 2.L – 3,14 (Dp + dp) √
C=B+ {(8) Hal 170} 2.5.9. Sudut Kontak pada Pulley Besarnya sudut kontak antara pulley dan belt dapat dihitung dengan menggunakan rumus : α
Gambar 2.4 Sudut kontak antara pulley dan belt –
Gambar 2.3 Diagram pemilihan belt 2.5.4. Kecepatan Keliling Pulley Kecepatan keliling pulley dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Dimana : vb = kecepatan keliling pulley (m/s) {(8) Hal 166} 2.5.5. Gaya Keliling Belt Gaya keliling belt dapat dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut : F = ß . F rated Dimana : β = Faktor beban lebih (1,5-2 )
{(2) Hal 199 dan Hal 252} 2.5.6. Tegangan Belt Tegangan belt dapat diketahui dengan rumus : Dimana : = tegangan awal Untuk belt datar : = 18 kgf/ Untuk V-belt : = 12 kgf/ {(7) hal 60} = faktor tarikan Untuk belt datar : φ0 = 0,5 - 0,6 Untuk V-belt : φ0 = 0,7 – 0,9 {(7) hal 50} 2.5.7. Menghitung Panjang Belt Untuk menghitung panjang perencanaan belt yang akan dipakai digunakan rumus : Dp < C < 3 (Dp + dp) L = 2. C + (Dp + dp) + Dimana : L= Panjang belt (mm) C= Jarak sumbu poros pulley perencanaan (mm) {(8) Hal 170}
Dimana : = Sudut kontak (o) Dp = Diameter pulley pada poros (mm) dp = Diameter pulley pada motor (mm) C = Jarak sumbu poros pulley perencanaan (mm) {(8) Hal 170} 2.5.10. Gaya Efektif pada Belt Belt memiliki dua gaya pada saat berputar yaitu gaya disisi tarik (F1 ) dan gaya disisi kendur (F2 ). Maka besarnya gaya efektif (Fe) untuk menggerakan pulley adalah :
Fe F1 F2 F1
F2
e '
Fe F1 F2 F1
e ' 1 e ' )
Dimana : F1 = Gaya pada belt yang kencang (kgf) F2 = Gaya pada belt yang kendur (kgf) {(8) Hal 171} 2.5.11. Tegangan Maksimum pada Belt Tegangan maksimum pada belt dapat diketahui menggunakan rumus :
Dimana : σmax = Tegangan yang timbul pada belt (kgf/cm2) σ0 = Tegangan awal pada belt (kgf/cm2) γ = Berat jenis (kgf/dm3) g = Gravitasi (9,81 m/det2) Eb = Modulus elastisitas bahan belt (kgf/cm3) h = Tebal belt (cm) Dmin = Diameter pulley yang terkecil (cm) {(2) Hal 219 dan Hal 253} 2.5.12. Jumlah Putaran Belt Untuk mengetahui jumlah putaran belt per detik digunakan rumus sebagai berikut : u=
Dimana : u = Jumlah putaran belt per second (s-1) v = Kecepatan keliling pulley (cm/s) L = Panjang belt (cm) {(2) Hal 249} 2.5.13. Umur Belt Umur belt dapat diketahui menggunakan rumus : [
H=
]
Dimana : H = Umur belt (jam) Nbase = Basis dari tegangan kelelahan yaitu107cycle u = Jumlah putaran belt per second ( s-1 ) Z = Jumlah pulley σfat = Fatique limit (90 kgf/cm2 untuk V-Belt) σmax =Tegangan yang timbul karena V-Belt (kgf/cm2) m = Konstanta V-Belt = 8 {(2) Hal 248} 2.5.14. Dimensi Pulley Data – data untuk mencari diameter luar dan diameter dalam pulley motor dan pulley poros didapat dengan menggunakan persamaan :
Gambar 2.5 Dimensi pulley dan belt Dimana: s = Jarak antar tepi dan tengah alur pulley LO = Lebar alur pulley α = Sudut alur pulley W/B = Lebar pulley Dout = Diameter dalam pulley Din = Diameter luar pulley {(8) Hal 167} A . Diameter pulley penggerak (Dm) : a) Mencari diameter luar pulley Mencari diameter dalam pulley c)
Mencari lebar pulley
Nilai ( c, e dan s ), didapatkan pada buku {(2) Tabel 23, Hal 226}. B . Pulley yang digerakkan (Dp) : a) Diameter pulley luar yang digerakkan b) Mencari diameter dalam pulley {(2) Hal 254} 2.5.15. Gaya Berat Pulley yang Digerakkan Untuk mengetahui besarnya gaya berat pulley yang diggerakkan dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : W =ρ.V.g Dimana: W = Gaya berat pulley yang digerakkan (N) = Massa jenis bahan pulley (kg/m3) V = Volume pulley (m3)
g = percepatan gaya gravitasi (m/s2) V = ( - Din)2 B Dimana: V = Volume pulley (m3) Dout = Diameter dalam pulley (m) Din = Diameter luar pulley (m) B = Lebar pulley (m) METODOLOGI 3.1
Flow Chart
Gambar 3.1 Flowchart pembuatan mesin penghancur spuit bekas. 3.2. Tahapan Proses Pembuatan Mesin Penghancur Spuit Bekas 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 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 Pada tahap ini diperoleh data sehingga perlu adanya alat / mesin pendukung untuk kebutuhan Puskesmas di wilayah Dinas Kesehatan Jawa Timur khususnya pada Puskesmas kabupaten / kota Pasuruan 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 penghancur spuit bekas. 5. Persiapan Alat dan Bahan Persiapan alat ini meliputi beberapa alat antara lain : alat manufaktur (mesin bubut, mesin drilling, dan lainlain), motor listrik 1400 Rpm (1 HP), elemen mesin (bantalan, poros, pisau, pulley, dan belt), rangka mesin, dan spuit bekas. 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 spuit bekas menjadi biji plastik. 8. Pembuatan Laporan Tahap ini merupakan akhir dari pembuatan mesin penghancur spuit bekas. Laporan ini sebagai pertanggung jawaban atas segala sesuatu yang terjadi dalam kegiatan tugas akhir ini. 3.3. Cara Kerja Mesin Penghancur Spuit bekas 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 listrik. Putaran dari motor listrik (1) akan memutar pulley pertama (2) pada motor dan akan menggerakkan V-belt (3) serta dapat menggerakkan pulley kedua (4) pada poros. Pulley yang kedua akan menggerakkan poros di mana poros ini akan menggerakkan pisau (5) untuk melakukan penggilingan spuit bekas. Mesin ini menggunakan motor listrik dengan daya 1 HP dengan putaran 1400 rpm. Motor listrik akan menggerakan mekanisme pulley pada poros pisau, sehingga akan menggiling spuit bekas melalui filter yang terdapat pada sisi bawah tabung. Bahan yang sudah disiapkan berupa spuit bekas yang telah dikumpulkan dari puskesmas, kemudian dimasukkan ke mesin penghancur. Setelah itu hasil dari penggilingan ini adalah biji plastik.
1. 2. 3. 4. 5.
Motor Listrik Pulley Kecil V-Belt Pulley Besar Pisau
PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN Dalam bab ini akan dibahas perhitungan mesin penghancur spuit bekas yang diperlukan oleh mesin agar dapat berjalan dan berfungsi dengan baik. Setelah itu menghitung elemen-elemen mesin yang mendukung perencanaan mesin ini seperti : kapasitas mesin, perhitungan daya, gaya potong, poros, pulley, belt, dan bantalan sehingga aman dalam penggunaannya. 4.1 Perencanaan Pisau Pisau direncanakan terdiri atas 6 pisau bergerak dan 2 pisau diam, dengan spesifikasi perencanaan pisau bergerak : PxLxT (100 mm x 50 mm x 10 mm) dan perencanaan pisau diam : PxLxT (200 mm x 50 mm x 10 mm) yang dipasangkan pada poros dengan spesifikasi perencaan poros : (ᴓ25 mm x 370 mm). Pisau direncanakan dipasang pada poros sesuai gambar 4.1
Gambar 4.1 Perencanaan pisau pada poros 4.2. Analisa Gaya dan Torsi Pemotong Pemotongan spuit bekas pada perencanaan mesin akan dilakukan secara acak, tapi untuk mengetahui gaya potong yang paling besar, dilakukan percobaan pada spuit bekas yang memiliki luas bidang paling besar, spesifikasi spuit bekas 3 cc yaitu (ᴓ10 mm x 85 mm). Percobaan dilakukan dengan metode seperti pada gambar berikut:
1 2 3
Gambar 3.2 mesin penghancur spuit bekas.
Gambar 4.2. Uji Potong Spuit Bekas Keterangan: 1. Pisau pemotong 2. Spuit bekas 3. Timbangan Metode percobaan : Dalam percobaan ini spuit bekas diletakkan di atas timbangan, pemotongan dilakukan dengan cara meletakkan pisau di atas spuit bekas kemudian pisau tersebut di beri tekanan dari atas hingga spuit bekas hancur/terpotong. Angka terbesar dalam jarum timbangan merupakan besarnya gaya potong pada spuit bekas.
Tabel 4.1. Tabel Uji Potong Spuit Bekas Gaya Potong Bahan Uji (Kgf) Spuit bekas 35,2 Spuit bekas 35,3 Spuit bekas 35,4 Spuit bekas 35,4 Spuit bekas 35,2 Rata-Rata
35,3
Dari data di atas, diambil gaya potong rata-rata sebesar 35,3 Kgf untuk luasan (ᴓ10 mm x 85 mm). Ketika proses pemotongan hanya 1 pisau yang mengalami gaya potong: Fp
Gambar 4.3 Jumlah Pisau dan Gaya Potong yang Terjadi
⁄ 4.3 Kapasitas Perencanaan Mesin Kapasitas mesin direncanakan sebesar 40 Kg/jam, maka di gunakan rumus: Q = m. n2 . z Dimana : m = 1 Kg z =6 Sehingga : Q = m. n2 . z 40 Kg/jam = 1 Kg. n2 . 6 n2 = 400 Rpm maka putaran pada poros yang dibutuhkan 400 Rpm. 4.4. Analisa Daya Daya yang dibutuhkan mesin penghancur spuit bekas dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu : Daya pemotongan spuit bekas Daya momen inersia 4.5. Perencanaan Belt dan Pulley 4.5.1. Daya Perencanaan
Pd f c .P3 Diketahui: fc = 1,0-1,5 (Lampiran 7) fc yang dipilih dengan kriteria motor AC degan jumlah kerja 3-5 jam dan variasi beban kecil yaitu 1,2 Sehingga :
Pd f c .P3
1,2 0,5641 Kw 0,6769 Kw ( 1 Hp = 0,746 Kw ) Jadi motor bensin yang digunakan agar aman mempunyai daya (P3) = 0,746 Kw/1 Hp dengan putaran motor 1400 rpm PENUTUP 5.1 Kesimpulan Dari perencanaan dan perhitungan pada ”Mesin Penghancur Spuit Bekas”, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. a. Rancangan mesin penghancur spuit bekas dapat dilihat pada lampiran 15 b. Mesin penghancur spuit bekas yang telah selesai dibuat dapat dilihat pada lampiran 14. 2. a. Daya motor bensin yang digunakan adalah 1 Hp dengan putaran 1400 rpm. b. Belt yang digunakan adalah Jenis V-Belt type A dengan panjang belt 1400 mm, jumlah belt 1 buah. c. Poros yang digunakan adalah bahan AISI 1030 (baja karbon kontruksi mesin) dengan diameter 25 mm. d. Bearing yang digunakan adalah tipe single row ball bearing dengan diameter dalam 25mm. 3. Berdasarkan hasil pengujian kapasitas mesin penghancur spuit bekas aktual adalah 11,472 kg/jam. DAFTAR PUSTAKA Deutschman, Aaron D. 1975. Machine Design : Theory and Practice. New York : Macmillan Publishing Co., Inc. (1) Dobrovolsky, V, K. Zablonsky, S. Mak, A. Radchik, L. Erlikh. Machine Elements A Textbook. Moscow. (2) Khurmi J. 1980. Theory of Machines. New Delhi. (3) Sato, G. Takeshi, N. Sugiarto H. 2000. Menggambar Mesin menurut standar ISO, PT Pradnya Paramita, Jakarta. (4) Shigley, Joseph E, Larry D. Mitchell. 1994. Perencanaan Teknik Mesin Edisi Keempat Jilid 2. Erlangga. Jakarta. (5) Suhariyanto. 2006. Elemen Mesin I. Surabaya. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. (6) Suhariyanto, Syamsul Hadi. 2004. Elemen Mesin II. Surabaya. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. (7) Sularso, Kiyokatsu Suga. 1978, : Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Cetakan ke sepuluh, PT Pradnya Paramita, Jakarta-2002. (8)
