ANALISIS DAN PEMBUATAN MESIN PENCACAH BOTOL PLASTIK (POLIETILENA) Ivory Son Kolontoko / 20406403 Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin
ABSTRAKSI
Mesin pencacah sampah botol plastik ini merupakan alat untuk membantu para pengepul dalam mencacah botol plastik untuk mempermudah pembawaannya ke agen yang nantinya akan dijadikan bijih plastik. Dalam pengoperasiannya, mesin pencacah ini dibantu oleh beberapa komponen penunjang yaitu motor listrik, puli, roler penghantar dan rangka. Dan peranan dari komponen penunjang tersebut sangatlah penting, karena itu perlu dilakukan perancangan yang baik dan salah satunya yaitu dari segi kekuatan, dimana rangka mesin menerima beban dari beberapa komponen itu sendiri maupun dari sampah botol plastik yang akan cacah. Dalam penulisan tugas akhir ini, akan dibahas mengenai perencanaan puli, dan kapasitas produksi, dalam perancangan ini perlu dilakukan suatu analisis untuk memastikan hasil perancangan dapat digunakan. Bila dahulu proses perancangan dilakukan suatu mesin dilakukan dengan cara “trial and error “ hingga diperoleh hasil yang optimal, maka sekarang ini rancang bangun mesin dilakukan dengan proses komputerisasi dalam hal ini mesin pencacah botol plastik digambar dengan menggunakan software AutoCad. Dan material rangka mesin yang dipakai adalah baja konstruksi S 10 C (AISI 1010).
Kata kunci
: perancangan mesin, plastik, perencanaan puli, V- belt, poros, pasak.
PENDAHULUAN Dari masa ke masa, negeri ini selalu ingin mengubah dirinya untuk menjadi lebih bersih dan indah. Akan tetapi, keseriusan ini hanya ditanggapi oleh sebagian orang saja. Sebagian besar pihak merasa tidak peduli akan persoalan ini, dari beberapa orang hanya sibuk dengan apa yang harus dia
kerjakan sehari-hari. Karena mereka tidak mau menemukan inovasi-inovasi baru untuk membuat negeri ini menjadi lebih bersih dan indah. Dari kebanyakan orang hampir mustahil untuk mengatakan bahwa kita bisa menemukan suatu tempat di negeri ini di mana tidak tampak sampah-sampah yang berserakan. Kalaupun kita bisa menemukannya, barangkali tempat-tempat
tersebut adalah kawasan-kawasan mewah dan di tempat yang masyarakatnya memang sudah mengerti akan indahnya kebersihan. Pengolahan dan pengelolaan sampah hendaknya menerapkan proses-proses, seperti Reduce (mengurangi), Reuse (menggunakan kembali), Recycle (mendaur ulang), Replace (mengganti barang berpotensi sampah ke arah bahan recycle). Untuk menunjang langkah tersebut maka dibuat suatu perancangan mesin untuk mengolah sampah. Dalam perancangan suatu mesin juga harus memperhatikan kinerja dari setiap elemen mesin yang digunakan. Seperti halnya dalam perancangan mesin pencacah sampah ini, kita harus memperhatikan bagaimana mesin pencacah ini dapat bekerja maksimal dalam mencacah sampah. LANDASAN TEORI Pemotongan Dengan Mesin Cutting Proses ini dilakukan untuk memotong bagian- bagian tertentu yang dibutuhkan dalam manufacturing. Proses ini dilakukan pada saat pengerjaan bagian-bagian tertentu dari konstruksi mesin yang dibangun. Proses pemotongan merupakan suatu proses yang digunakan untuk memotong bahan atau benda kerja setelah bahan tersebut diukur sesuai dengan yang diinginkan atau yang akan digunakan, untuk pengerjaan konstruksi pada modifikasi ini dengan menggunakan mesin potong logam yang membuat pengerjaan lebih mudah dan memerlukan waktu yang relatif cepat.
Proses Pengelasan Proses pengelasan adalah proses penyambungan antara dua material atau lebih (biasanya logam) secara permanen dengan cara mencairkan logam tersebut yang diakibatkan dari temperatur, tekanan, dan kondisi metalurgi. Pengelasan dapat dapat dilaksanakan dibawah variasi kondisi yang sangat luas sehingga pengelasan sangat penting dalam proses pembuatan rancangan (manufacturing). Untuk mendapatkan hasil las yang baik antara dua logam yang akan disambungkan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu: 1.Permukaan-permukaan yang rata dan halus. 2.Permukaan yang bersih, bebas dari oksida, gas-gas yang terserap, gemuk, dan zat pencemar lainnya. 3.Logam tanpa ketidakmurnian didalamnya. 4.Dua logam merupakan kristal tunggal yang mempunyai struktur orientasi kristal yang identik. Proses Gerinda Proses gerinda merupakan bagian dari proses finishing dalam hal pengerjaan suatu perancangan sehingga menghasilkan suatu rancangan yang baik dan berkualitas. Proses gerinda dapat didefinisikan sebagai proses pengerjaan bahan-bahan dengan tingkat kepresisian yang baik. Mesin gerinda yang digunakan, mengandalkan piringan pengasah yang terbuat dari campuran bahan abrasive seperti Alumunium oksida, atau yang umum dikenal dengan nama bauksit yang sesuai untuk menggerinda baja maupun logam ferro dan nonferro. Pada proses pembuatan mixer ini, proses
penggerindaan digunakan untuk meratakan dan menghaluskan permukaan bahan hasil pengelasan. Faktor Keamanan (factor of safety) Kekuatan sebenarnya dari suatu struktur melebihi kekuatan yang dibutuhkan . perbandingan dari kekuatan sebenarnya terhadap kekuatan yang dibutuhkan disebut faktor keamanan. (factor of safety) n : Faktor keamanan n
Kekua tan sebenarnya Kekua tan yang dibutuhkan
Faktor keamanan haruslah lebih besar dari 1,0 jika dihindari kegagalan. Tergantung pada keadaan, maka faktor keamanan yang harganya sedikit diatas 1,0 hingga 10 yang dipergunakan. Mengikutsertakan faktor keamanan ke dalam desain bukanlah suatu hal yang sederhana, karena baik kekuatan dan keruntuhan memiliki berbagai macam arti. Keruntuhan dapat berarti patah atau runtuhnya suatu struktur. Penentuan suatu faktor keamanan harus memperhitungkan kemungkinan pembebanan yang melampaui batas (overloading) dari struktur, seperti jenis- jenis pembebanan (statik, dinamik atau berulang). Kemungkinan runtuhnya lelah (fatique failure) dan lain- lain. Apabila faktor keamanan sangat rendah, maka kemungkinan kegagalan akan menjadi tinggi dan karena itu desain strukturnya tidak diterima.
Pasak adalah suatu elemen mesin yang digunakan untuk meneruskan daya dalam bentuk putaran dari satu elemen terhadap elemen mesin yang lain. Daya yang diteruskan tersebut ditimbulkan oleh beberapa gaya tangensial dan momen torsi atau momen puntir resultan yang terdapat pada pasak sehingga ditransfer ke berbagai elemen mesin yang terhubung pada pasak tersebut. Seperti halnya penerusan putaran pada puli-puli, gear, poros transmisi, dan elemen mesin lain. Bahan yang digunakan pada pasak biasanya adalah baja lunak. Dalam perancangan suatu pasak, hal yang perlu diperhatikan adalah kekuatan, kekakuan, dan stiflness dari pasak. Disamping itu perlu diperhatikan juga momen-momen torsi, puntir, maupun momen lentur yang terjadi pada suatu pasak. Daya Rencana dan Torsi Jika P adalah daya rata- rata yang diperlukan maka harus dibagi dengan efisiensi mekanis dari sistem transmisi untuk mendapatkan daya penggerak mula yang diperlukan. Pd=fc x P Dimana : Pd = daya rencana (kW) P
fc = faktor koreksi (1,0 – 1,5 untuk daya normal) Jika momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana) adalah torsi maka (T / 1000)(2n / 60) Pd 102 Sehingga,
Pasak (key)
= daya rata- rata
Pd T1 9,74 105 n1
Dimana : T n
Kt = faktor koreksi (standar ASME = 1,0 – 1,5 untuk beban dikenakan secara halus)
= torsi (kg mm)
Cb = faktor beban lentur (diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur = 1,0)
= putaran
Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk bahan Sf dengan kekuatan yang dijamin, dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh masa, dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sf1. Sehingga dalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan sebagai Sf2 dengan harga antara 1,3 sampai 3,0. Maka besarnya diijinkan adalah :
tegangan
geser
yang
a B ( Sf x Sf ) 1 2 Dimana : τ a = tegangan diijinkan (kg/mm2) σB
Tabel. Diameter Poros
Perbandingan Reduksi geser
yang
= kekuatan tarik
Sabuk-V biasanya digunakan untuk menurunkan putaran, maka perbandingan yang umum dipakai adalah perbandingan reduksi i (i > 1), dimana :
Menentukan Diameter Poros
Dp n1 1 1 =i= = ;u= dp n2 u i
Menurut standar ASME rumus untuk menghitung diameter poros dinyatakan dengan :
Dimana : i
5,1 d s1 K t CbT1 a
dimana : ds
1
3
= diameter poros (mm)
= perbandingan reduksi
n1
= putaran motor (rpm)
n2
= putaran poros (rpm)
Dp = diameter puli yang digerakkan (mm) dp (mm)
= diameter puli penggerak
1.Kecepatan linier sabuk Kecepatan linear sabuk-V, berlaku persamaan :
kabel atau tali hanya dipakai untuk maksud khusus. Transmisi sabuk masih terbagi atas:
d p n1 60 1000
Dimana : v (m/s)
= kecepatan linier sabuk
n1
= putaran motor (rpm)
Dalam perdagangan terdapat bermacammacam ukuraan sabuk. Namun mendapatkan sabuk yang panjangnya sama dengan hasil perhitungan umumnya sukar. 1.Panjang Lingkaran Jarak Bagi Sabuk (L) L
2
D
p
d p 2 . C
D
dp
2
p
4.C
Jarak
sumbu poros Jarak sumbu poros dinyatakan sebagai berikut : C=
b b 2( Dp dp) 2
Dan juga berlaku persamaan : d p Dp C 0 2 Dimana : C = jarak sumbu poros (mm) b = tebal alur puli (mm) Dimana: b = 2L – 3,14 (Dp + dp) Jenis Sabuk Transmisi dengan elemen mesin yang luwes dapat dihubungkan dengan transmisi sabuk, transmisi rantai, dan transmisi kabel atau tali. Dari macam- macam transmisi tersebut,
1.Sabuk datar (flat belt) Secara umum, sabuk datar terbuat dari kulit yang disamakan atau kain yang diresapi dengan karet. Sabuk datar yang modern terdiri dari inti elastis yang kuat, seperti benang baja atau nilon, untuk menerima beban tarik dan memindahkan daya, digabung dengan selubung yang lugas untuk memberi gesekan antara sabuk dan puli. 2.Sabuk V (V belt) Sabuk ini terbuat dari kain dan benang, biasanya katun, rayon, atau nilon, dan diresapi dengan karet. Berbeda dengan sabuk datar, sabuk V dipakai dengan ikatan yang lebih kecil dan pada jarak sumbu yang lebih pendek. Sabuk V sedikit kurang efisien bila dibandingkan dengan sabuk datar, tetapi beberapa diantaranya dapat dipakai pada ikatan tunggal sehingga membuat suatu kelipatan penggerakan. Sabuk ini tak berujung, yang menghindarkan sambungan seperti yang dipakai pada sabuk datar. 3.Sabuk V yang bermata rantai (link V belt) Sabuk ini terbuat dari sejumlah kain berkaret yang bermata ynag digabungkan dengan alat pengikat logam yang sesuai. Jenis sabuk ini bisa dilepas pada setiap mata rantai dan panjangnya bisa diatur dengan melepas beberapa mata rantai. Ini menghindarkan kebutuhan akan penyetelan sumber putaran dan menyederhanakan pemasangan. Ini memungkinkan untuk merubah tegangan untuk mendapatkan efisiensi yang maksimum dan juga mengurangi jumlah ukuran persediaan sabuk yang harus disimpan.
4.Sabuk pengatur waktu (timing belt) Sabuk ini terbuat dari kain berkaret dan kawat baja, yang mempunyai gigi-gigi yang cocok dengan alur yang dibuat disekeliling puli. Sabuk pengatur waktu tidak akan molor atau slip dan karena itu akan memindahkandaya pada perbandingan kecepatan sudut yang konstan. Kenyataan bahwa sabuk tersebut bergigi memberi beberapa keuntungan dibandingkan dengan penyabukan yang biasa. Salah satu diantaranya adalah tidak diperlukannya tegangan awal, sehingga penggerak yang sumbunya tetap bisa dipakai.
Data yang telah terkumpul akan dianalisa untuk menghasilkan dengan langkahlangkah sebagai berikut : 1. Mengidentifikasi karakteristik bahan plastik. 2. Mengidentifikasi karakteristik bahan pisau. 3. Menentukan proses heat treatment. 4. Merancang mesin crusher melalui analisa kekuatasn komponen mesin dan konstruksi 5. Menganalisa ulang hasil uji coba untuk penyempurnaan.
Gambar. Macam –macam Sabuk Metoda Rancang Bangun Data yang diperlukan dalam penelitian ini meliputi data karakteristik limbah botol plastik dan dan macammacam cara pengolahannya. Serta data karakteristik bahan pemotong dan system pemotongannya. Data yang diperlukan dalam penelitian ini diperoleh melalui studi literatur untuk mendapatkan karakteristik bahan logam dan studi dokumentasi untuk mengumpulkan data plastik.
Gambar. Pisau Pencacah
Sedangkan mesin hasil rancangan adalah sebagai berikut :
Golongan
Kadar Karbon (%)
Baja lunak Baja liat Baja agak keras Baja keras Baja sangat keras
Ukuran cacahan plastic pencacah, Ukuran yang beraturan.
0 - 0,15 0,2 – 0,3 0,3 – 0,5 0,5 – 0,8 0,8 – 1,2
output mesin didapat tidak
Penggolongan Baja Pada umumnya baja diklarifikasikan atas baja lunak, baja liat, baja agak keras, dan baja keras. Diantaranya, baja liat dan baja agak keras banyak dipilih untuk poros. Baja lunak yang terdapat di pasaran umumnya agak kurang homogen ditengah, sehingga tidak dapat dianjurkan untuk dipergunakan sebagai poros penting. Baja agak keras pada umumnya berupa baja yang dikil. Baja macam ini jika diberi perlakuan panas secara tepat dapat menjadi bahan poros yang sangat baik.
Gambar. Hasil cacahan Dengan melihat diagram alir perencanaan diatas, maka perencanaan puli dapat direncanakan dengan menggunakan persamaan- persamaan dari bab II yang telah dibahas sebelumnya. Adapun perencanaan puli tersebut dapat dilihat pada perhitungan dibawah ini. Diketahui :
P
= 1,5 HP = 1,1 kW
n1
= 2820 rpm
i
=3
C
= 500 mm
fc = 1,2 (untuk penggerak arus bolakbalik dengan momen normal dan jumlah jam kerja 2 – 3 jam per hari) Menentukan Rencana Daya Pada Motor Pd = fc x P = 1,2 x 1,1 kW = 1,32 kW
Dengan melihat diagram pemilihan sabuk V, maka dari data diperoleh dari perhitungan yaitu menurut nilai putaran (n1) dan daya rencana (Pd). Sehingga pada diagram tersebut menunjukkan pada titik daerah penampang jenis A. Dan dari tabel diameter minimum puli yang diizinkan, didapat : dmin = 65 mm (penampang A). Dimana : diameter luar puli penggerak yang dipakai, dk = 3 inchi = 76,2 mm
Menentukan Diameter Poros
Dk d k i
1.Dimana : Bahan Poros = S-45C (Tabel poros 4.8) (bahan ditentukan) b = 58 (kg/mm²)
76,2 mm 3 228,6 mm d p d k 2 K
Kt = 2 (untuk beban tumbukan = 1,5 – 3)
76,2 mm 2 4,5 67,2 mm
Cb = 2 (untuk pemakaian dengan beban lentur = 1,2 – 2,3)
D p Dk 2 K
228,6 mm 2 4,5 219,6 mm
Sf1 = 6, Sf2 = 1,3 – 3 (diambil nilai 2 untuk perencanaan)
a
B Sf1 Sf 2
Menentukan Sudut Kontak
58 kg / mm 2 4,83 kg / mm 2 6 2
sin
5,1 d s1 K t CbT1 a
1
ds2
p
dp
2.C
219,6 67,2mm
3
2.500 mm
0,152
5,1 2 2 455,9 kg.mm 2 4,83 kg / mm 5,1 K t CbT2 a
D
1
13
12,44 mm
3
Menentukan Penampang Sabuk
180
57 . D p d p
C 57 219,6 67,2mm 180 500 mm 162,6 dikonversikan dengan (dibagi 57) 2,85 rad
13
5,1 2 2 1367kg.mm 2 4,83 kg / mm
17,93 mm
KESIMPULAN Dengan proses perancangan yang sudah dibuat maka didapatkan suatu kesimpulan bahwa : 1.Mesin pencacah sampah ini berfungsi untuk mencacah sampah khususnya jenis sampah botol plastik atau sampah anorganik. 2.Mesin pencacah ini digerakkan oleh motor daya 1,1 KW dan putaran outputnya sebesar 2820 rpm dan dihubungkan dengan transmisi sabuk –V, dimana : Diameter puli kecil dan besar : 74,4 mm dan 101,5 mm. Jarak sumbu poros : 345 mm. Panjang keliling sabuk : 1473 mm.
DAFTAR PUSTAKA [1]Wiryosumarto, Harsono, Teknologi Pengelasan Logam, Pradnya Paramita, Jakarta, 2000. [2]Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramita, Jakarta, 1983. [3]Joseph E. Shigley & Larry D. Mitchell, Terjemahan Gandhi Harahap M. Eng, Perencanaan Teknik mesin, Edisis keempat, Erlangga, Jakarta, 1986. [4]Aboejoewono, A, Pengelolaan Sampah menuju ke sanitasi lingkungan dan permasalahannya, Sarana Perkasa, Jakarta, 1985. [5]Shigley, Joseph E, Larry D Mitchell dan Gandhi Harahap., Perencanaan Teknik
Mesin, Edisi keempat., Penerbit Erlangga, Jakarta, 1984. [6]www.efundan.com
