TUGAS AKHIR Analisa Perancangan Alat Pengaduk Cat Tembok dengan Beban Pengaduk Maksimum 660 kg
Disusun oleh :
Edi Widodo NIM : 01301-033
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2007
i
LEMBAR PENGESAHAN
Analisa Perancangan Alat Pengaduk Cat Tembok dengan Beban Pengaduk Maksimum 660 kg
Nama : Edi Widodo NIM : 01301-033 Jurusan : Teknik Mesin Disetujui Diterima Oleh : Pembimbing 1
Pembimbing 2
(Prof. Ir. Djoko W.K.MSME,Ph.D )
(Ir.Ariosuko Dh)
Koordinator Tugas Akhir
(Ir.R.Ariosuko Dh)
iii ABSTRAK
Di dalam Industri pembuatan dan pengolahan cat tembok, diperlukan beberapa proses pengolahan bahan cat. Dimulai dari Pencampuran bahan cat, pewarnaan hingga pengemasan, yang kesemuanya itu memerlukan mesin-mesin dan alat bantu. Untuk proses pencampuran bahan-bahan dasar cat sehingga menjadi bahan cat setengah jadi untuk dilakukan proses selanjutnya diperlukan mesin pengaduk yaitu Mesin mikser cat tembok. Untuk merancang Alat pengaduk cat tembok perlu diperhitungkan beberapa komponen pendukungnya diantaranya: Daya motor yang akan digunakan, poros pengaduk dan komponen-komponennya, bak pengaduk yang berkapasitas sesuai dengan yang diharapkan, dll. Setelah dilakukan perhitungan maka diperoleh data yang akan digunakan untuk membuat mikser cat tembok dengan beban ± 660 kg/jam tsb. Daya motor yang diperlukan 32,46 kW sedangkan daya yang tersedia 56,7 kW sehingga daya motor yang tersedia memenuhi syarat untuk digunakan. Bak mikser berkapasitas 0,83 m3 = 660 kg. Poros mikser dibuat dua buah dengan diameter d s =0,04 m dan pada masing-masing poros dipasang 4 buah impeler, digunakan V-belt dengan diameter puli penggerak dan yang digerakan sama (tidak ada pereduksian putaran) 156 mm = 0,156 m untuk meneruskan putaran dari poros mikser pertama ke poros mikser ke-2.
bantalan digunakan adalah tipe 408
dengan diameter dalam 0,04 m diameter luar 0,11 m dan lebar 0,027 m. Dan bantalan dapat digunakan hingga 8400 jam.
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. i LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................. ii ABSTRAK ....................................................................................................... iii KATA PENGANTAR ..................................................................................... iv DAFTAR ISI ................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x DAFTAR TABEL ........................................................................................... xi DAFTAR NOTASI .......................................................................................... xii DAFTAR DIAGRAM ALIR ........................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1 1.2 Tujuan Penulisan ........................................................................... 2 1.3 Permasalahan ................................................................................. 2 1.4 Batasan Masalah ............................................................................ 2 1.5 Metode Penulisan ........................................................................... 3 1.6 Sistematika Penulisan .................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Definisi Alat Pengduk Cat Tembok ........................................... 6 2.2 Fungsi Alat Pengaduk Cat Tembok ........................................... 6 2.3 Cara Kerja Alat Pengaduk Cat Tembok .................................... 6
vii
2.4 Komponen-Komponen Alat Pengaduk Cat Tembok ................. 7 2.4.1 Pembangkit Daya ............................................................. 7 2.4.1 Perencanaan Daya Motor ................................................. 8 2.4.2.1 Perhitungan Resistensi yang terjadi pada sistem 8 2.4.2.2 Perhitungan Kecepatan Poros Alat Pengaduk .... 8 2.4.2.3 Perhitungan Daya yang terjadi pada sistem ........ 9 2.4.2.4 Perhitungan Daya yang dibutuhkan .................... 9 2.4.3 Transmisi ......................................................................... 9 2.4.3.1 Cara Kerja Transmisi .......................................... 10 2.4.3.2 Perbandingan Putaran Roda Gigi ........................ 12 2.4.4 Poros Alat Pengaduk Cat Tembok ................................... 13 2.4.4.1 Perhitunagan Daya Rencana ............................... 14 2.4.4.1 Perhitunagan Momen Puntir ............................... 15 2.4.4.1 Perhitunagan Tegangan Geser ............................ 15 2.4.5 Impeler ............................................................................. 19 2.4.6 Bak Alat Pengaduk .......................................................... 20 2.4.7 keran ................................................................................ 26 2.4.8 Seal Perapat ..................................................................... 26 2.4.9 Bantalan ........................................................................... 27 2.4.10 Puli ................................................................................. 29 2.4.10 V-Belt ............................................................................. 31
BAB III PENGUMPULAN DATA 3.1 Penggambaran Bentuk Alat Pengaduk ...................................... 32
viii
3.2 Daya Yang Tersedia .................................................................. 33 3.3 Bak Pengaduk ........................................................................... 34 3.4 Poros Impeler ............................................................................. 36 3.5 Impeler ....................................................................................... 37
BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN RANCANGAN 4.1 Perhitungan Pada Motor Penggerak .......................................... 40 4.1.1
Perencanaan Daya Motor ............................................. 40
4.1.2
Perpindahan putaran pada transmisi roda gigi ............. 42
4.2 Perhitungan Pada Poros Pengaduk ............................................ 45 4.3 Perhitungan pada Bak Pengaduk ............................................... 48 4.3.1
Menghitung Volume Bak Pengaduk ............................ 48
4.3.2
Menghitung Beban didalam Bak Pengaduk ................ 52
4.4 Perhitungan pada Puli ............................................................... 54 4.5 Perhitungan pada Bantalan ........................................................ 60
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ................................................................................ 65
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 67 LAMPIRAN .................................................................................................. 68 Lampiran 1 Tabel Kapasitas beban untuk bantalan gelinding ......................... 69 Lampiran 2 Tabel Faktor ekivalen beban radial dan aksial.............................. 70 Lampiran 3 Tabel Faktor Koreksi .................................................................... 71
ix
Lampiran 4 Tabel Sabuk -V............................................................................. 72 Lampiran 5 Tabel Panjang Sabuk - V standar.................................................. 73 Lampiran 6 Data Teknis IZUSU ELF Tipe 4JBI ............................................. 74 Lampiran 7 Poros Penerus Transmisi dan Pengaduk ...................................... 75 Lampiran 8 Detail Impeler Alat Pengaduk Cat Tembok ................................. 76 Lampiran 9 Detail Bearing .............................................................................. 77 Lampiran 10Detail Puli dan V – Belt .............................................................. 78 Lampiran 11 Detail Kopling Tetap dan Sil Perapat ......................................... 79 Lampiran 12 Gambar 2D Alat Pengaduk Cat Tembok ................................... 80 Lampiran 13 Gambar 3D Alat Pengaduk Cat Tembok ................................... 81
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Faktor-faktor koreksi daya ........................................................................... 14 Tabel 2.2 Diameter puli yang diizinkan dan yang dianjurkan ...................................... 28
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Transmisi ...................................................................................... 9 Gambar 2.2 Persegi panjang ............................................................................ 20 Gambar 2.3 Segitiga pada bak mikser ............................................................. 21 Gambar 2.4 Alas bak mikser ............................................................................ 21 Gambar 2.5 Bentuk dasar alas bak mikser ....................................................... 22 Gambar 3.1 Penggambaran awal mikser cat tembok ........................................ 32 Gambar 3.2 Ukuran-ukuran bak mikser ............................................................ 34 Gambar 3.3 Poros Impeler ................................................................................ 35 Gambar 3.4 Impeler mikser cat tembok ............................................................ 36 Gambar 4.1 Beban yang terjadi pada poros pengaduk .................................... 45 Gambar 5.1 Daya hilang .................................................................................. 56
xii
DAFTAR NOTASI
Notasi
Keterangan
Satuan
A
Luas
m2
C
Beban dinamik
kg
C0
Beban statik
kg
d1
Diameter jarak bagi pada roda gigi penggerak
m
d2
Diameter jarak bagi pada roda gigi yang digerakan
m
dp
Diameter puli penggerak
m
Dp
Diameter puli yang digerakan
m
ds
Diameter poros
m
F
Gaya
kg
fc
Faktor koreksi daya
Fgesek
Gaya yang terjadi pada sistem
kg
g
Gaya grafitasi
m/s2
G
Modulus geser
kg/m2
i
Perbandingan roda gigi
Ks
Faktor servis
Kt
Faktor koreksi
L
Jarak antara bantalan penumpu
m
Lb
Lebar
m
LH
Umur bantalan
Jam
m
Modul gigi
M
Momen lentur
N
Jumlah sabuk
n
Putaran
rpm
Nc
Putaran kritis poros
rpm
P
Daya
kW
Pd
Daya rencana
kW
PE
Daya pada sistem
kW
Pj
Panjang
m
kg.m
xiii Q
Gaya geser tegak maksimum
kg
r
Jari-jari
m
RTotal
Resistensi pada sistem
kg
T
Momen puntir
kg.m
t
Tinggi
m
u
Perbandingan putaran dan perbadingan roda gigi
V
Faktor rotasi
v
Kecepatan
m/s
VA
Volume alas bak mikser
m3
Vbak
Volume total bak mikser
m3
VJ ABF
Volume juring ABF
m3
VPP
Volume persegi panjang
m3
VST ABF
Volume segi tiga ABF
m3
VST
Volume segi tiga
m3
W1
Jumlah Beban pada bak mikser, poros dan bahan
kg
W2
Jumlah Beban pada Puli, poros dan transmisi
kg
Wb
Momen tahanan
kg
We
Bebab ekivalen
kg
WR
Beban radial
kg
WT
Beban aksial
kg
XR
Faktor radial
YT
Faktor aksial
Zp
Jumlah gigi pada roda gigi penggerak
Zs
Jumlah gigi pada roda gigi susun
Zsd
Jumlah gigi pada roda gigi yang digerakan
Zu
Jumlah gigi pada roda gigi utama
θ
Defleksi puntiran
°
σ
Kekuatan tarik
kg/m2
τ
Tegangan geser
kg/m2
τa
Tegangan geser yang diizinkan
kg/m2
τmaks
Tegangan geser maksimum
kg/m2
xiv
DAFTAR DIAGRAM ALIR
1. Diagram Perencanaan Alat Pengaduk Cat Tembok .................................................. 39 2. Diagram aliran untuk merencanakan motor penggerak ............................................ 40 3. Diagram aliran untuk merencanakan poros alat pengaduk cat tembok .................... 46 4. Diagram aliran untuk memilih sabuk-V ................................................................... 55 5. Diagram aliran untuk memilih bantalan ................................................................... 61
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Kebutuhan akan papan di Indonesia memungkinkan para pebisnis memanfaatkannya dengan cara menyediakan berbagai macam material bahan bangunan. Dengan makin meningkatnya ilmu pengetahuan dan teknologi dewasa ini, masyarakat tidak hanya membangun rumah untuk tempat berteduh saja akan tetapi lebih dari itu mereka membutuhkan suasana tempat tinggal yang nyaman, tentram dan indah di pandang. Berdasarkan hal itu, interior dan eksterior dari rumah dibuat sedemikian rupa sehingga indah dipandang mata. Untuk memungkinkan hal itu, diperlukan warnawarni dari cat tembok. Untuk membuat cat tembok dari bahan mentah menjadi bahan jadi, diperlukan proses yang panjang. Salah satu proses itu adalah mengolah pigmen sebagai bahan dasar dari cat tembok. Untuk mengolah pigmen dari bahan mentah
1
2
menjadi bahan setengah jadi diperlukan alat berupa alat pengaduk cat tembok. Alat pengaduk cat tembok digunakan untuk mencampur bahan cat yang berbentuk bubuk dan bahan cat yang berbentuk cair sehingga diperoleh kekentalan yang sesuai untuk kemudian di lakukan proses selanjutnya.
1.2 Tujuan Penulisan Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah merencanakan alat pengaduk cat tembok pengaduk cat tembok yang dapat memenuhi kebutuhan produksi 660 kg per jam.
1.3 Permasalahan Alat pengaduk cat tembok dengan kapasitas maksimum 660 kg membutuhkan daya penggerak yang besar. Pemilihan daya penggerak yang kurang tepat akan dapat menurunkan kualitas bahan cat.
1.4 Pembatasan Masalah Masalah yang dibahas dibatasi hanya pada pemilihan penggerak alat pengaduk cat tembok, perhitungan kekuatan poros alat pengaduk cat tembok dan kapasitas produksi perjam.
3
1.5 Metode Penulisan Metode dan teknik penulisan dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah: 1) Metode Pustaka Pengumpulan data yang diperlukan diperoleh dari buku-buku referensi dan sumber-sumber yang berhubungan dengan penyusunan Tugas Akhir ini. 2) Metode Observasi Data yang diperlukan diperoleh dari pengamatan langsung di lapangan. 3) Metode Diskusi Data diperoleh dengan cara bertanya kepada nara sumber yang berhubungan dengan penyusunan Tugas Akhir ini.
1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir ini meliputi :
BAB I PENDAHULUAN Berisi latar belakang, tujuan penulisan, permasalahan, pembatasan masalah, metode-metode penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI Berisi teori yang mendukung terhadap permasalahan yang sedang dibahas.
BAB III PENGOLAHAN DATA Data yang didapat dikumpulkan dan di susun untuk kemudian dirumuskan.
4
BAB IV PERHITUNGAN Berisi pemilihan penggerak, perhitungan poros penggerak alat pengaduk cat tembok cat tembok dan perhitungan kapasitas produksi.
BAB V PENUTUP Berisi kesimpulan yang didapat dari perhitungan dan saran.
BAB II LANDASAN TEORI
Di dalam Industri pembuatan dan pengolahan cat tembok, diperlukan beberapa proses pengolahan bahan cat. Dimulai dari Pencampuran bahan cat, pewarnaan hingga pengemasan, yang kesemuanya itu memerlukan mesin-mesin dan alat bantu. Mesin alat pengaduk cat tembok cat tembok digunakan pada proses pencampuran bahan-bahan dasar cat sehingga menjadi bahan cat setengah jadi untuk dilakukan proses selanjutnya. Alat pengaduk cat tembok mempunyai beberapa komponen-komponen penting dan pendukung, diantaranya: Pembangkit daya, transmisi, impeler dan bak penampung cat. Pada bab ini, akan dibahas mengenai fungsi komponen-komponen alat pengaduk cat tembok dan teori-teori yang berhubungan dengan alat pengaduk cat tembok.
5
6
2.1 Definisi Alat Pengaduk Cat Tembok Alat pengaduk cat tembok adalah suatu alat yang terdiri dari mekanisme penggerak / pembangkit daya, poros dan satu atau lebih impeler diletakan pada poros berfungsi untuk memadukan atau menyatukan beberapa zat yang berbeda sehingga diperoleh hasil yang sesuai dengan yang diinginkan. 2.2 Fungsi Alat Pengaduk Cat Tembok Alat pengaduk cat tembok berfungsi memadukan bahan cat berupa bubuk kalsium, air dan lem sehingga diperoleh
cat tembok setengah jadi untuk
selanjutnya diproses menjadi bahan jadi. 2.3 Cara Kerja Alat Pengaduk Cat Tembok Sebelum menjadi cat siap pakai, bahan cat berupa air dimasukan kedalam alat pengaduk
terlebih dahulu kemudian masukan bubuk kalsium dicampurkan
dengan lem kemudian dimasukan kedalam bak pengaduk sampai mencapai batas maksimum. Pada awal kerja Alat pengaduk dioperasikan dengan perlahan sekitar 1000 - 2000 rpm karena pada saat ini bahan masih berbentuk serbuk atau bubuk dan air dengan kekentalan yang cukup tinggi. Proses ini memerlukan waktu sekitar 20 menit atau sampai bahan cat bercampur dan lebih encer. Selanjutnya, kecepatan putar alat pengaduk diubah menjadi 2000 - 3000 rpm. Setelah sekitar 5 menit atau bahan cat menjadi lebih padu, kecepatan putar dirubah menjadi 3000 3500 rpm. Setelah sekita 5 menit, kecepatan putar alat pengaduk dirubah menjadi 4000 rpm. Proses ini memerlukan waktu sekitar 30 menit.
7
2.4 Komponen-Komponen Alat Pengaduk Cat Tembok 2.4.1
Pembangkit Daya Pembangkit daya Berfungsi untuk menyediakan daya yang akan
digunakan untuk memutar baling-baling pengaduk (impeler). Diperlukan daya yang besar untuk memutar poros impeler untuk mengaduk bahan-bahan cat. Sebelum jenis pembangkit daya ditentukan, terlebih dahulu harus diperhitungkan daya/kerugian-kerugian daya akibat pemakaian yang terjadi selama proses pengadukan berlangsung. Dengan diperhitungkannya pendistribusian daya maka pemilihan motor yang digunakan dapat ditentukan dengan tepat sehingga tidak akan terjadi kesalahan pada pemilihan motor atau dengan kata lain daya yang keluar (output power) dari motor cukup untuk menggerakan komponen-komponen pengaduk ini. Berikut ini adalah hambatan-hambatan yang kemungkinan terjadi pada sistem: -
Berat impeler, poros impeler dan bahan yang diaduk
-
Berat poros propeler dan puli
-
Kecepatan poros pengaduk v (m/s)
-
Gaya gesek yang terjadi pada sistem
-
Kehilangan daya pada motor Daya motor yang akan digunakan (daya motor dipasaran) harus lebih besar
dari daya motor pada perhitungan. Hal ini dimaksudkan supaya daya motor yang akan digunakan mampu mengatasi kerugian-kerugian dan hambatan-hambatan yang terjadi.
8
2.4.2
Perencanaan Daya Motor Kerugian yang terjadi pada mekanisme penggerak harus mampu diatasi
oleh daya motor, oleh karena itu output daya motor harus lebih besar dari pada resistensi mekanisme penggerak.
2.4.2.1 Perhitungan Resistensi yang terjadi pada sistem Resistansi yang terjadi pada sistem, Rtotal
(kg) dapat dihitung
menggunakan persamaan dibawah ini [Ref. 4 hal 209]: Rtotal = W1 + W2
(2.1)
Dimana : Rtotal : Resistansi pada sistem (kg) W1 : Beban bak alat pengaduk + poros impeler + bahan yang diaduk. W2 : Berat puli + poros penerus + berat transmisi.
2.4.2.2 Perhitungan Kecepatan Putaran Poros Alat Pengaduk , v (m/s) Kecepatan putaran poros alat pengaduk cat tembok, v (m/s) dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut [Ref. 4 hal 210]: v=
π × d× n 60
Dimana : v : Kecepatan putaran poros (m/s) d : Diameter poros alat pengaduk cat tembok (m) n : putaran poros alat pengaduk cat tembok (rpm)
(2.2)
9
2.4.2.3 Perhitungan Daya yang terjadi pada sistem, PE (kW) Daya yang terjadi pada sistem dapat dihitung menggunakan persamaan dibawah ini [Ref. 4 hal 210]: PE = (Rtotal + Fgesek) . v
(2.3)
Dimana : PE : Daya pada sistem (kW) Fgesek : Gaya yang terjadi pada sistem (kg)
2.4.2.4 Perhitungan Daya yang dibutuhkan, Pd (kW) Perhitungan daya yang dibutuhkan, Pd (kW) dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut [Ref. 4 hal 210]: Pd = PE x fc
(2.4)
Dimana : Pd : Daya yang dibutuhkan (kW) fc : Faktor koreksi daya 2.4.3
Transmisi Pada saat mulai bekerja, alat pengaduk cat tembok membutuhkan momen
yang besar untuk mengaduk bahan padat dengan bahan cair sehingga diperlukan beberapa mekanisme perubah momen. Transmisi digunakan untuk mengatasi perubahan-perubahan momen dengan cara menukar kombinasi gigi (perbandingan gigi), untuk merubah tenaga mesin menjadi momen sesuai dengan kondisi beban alat pengaduk dan memindahkan momen tersebut ke impeler alat pengaduk . Contoh transmisi dapat dilihat pada Gambar 2.1 dibawah ini:
10
Gambar 2.1 Transmisi 2.4.3.1 Cara Kerja Transmisi Posisi Kecepatan 1 Tabung pemindah digeser kebelakang sehingga berkaitan dengan roda gigi utama yang rendah, maka putaran dari kopling akan dipindahkan sebagai berikut: Dari poros transmisi (roda gigi penggerak) → roda gigi susun (roda gigi yang digerakan) → roda gigi susun rendah → roda gigi utama rendah→ tabung pemindah rendah → tabung pemindah kopling → output shaft. Dengan perbandingan roda gigi sebagai berikut: Perbandingan roda gigi (i) = (roda gigi susun (Zsd) / roda gigi penggerak (Zp)) x (roda gigi utama rendah(Zu1) / roda gigi susun rendah (Zs1)) [Ref. 8 hal 17]:
i=
Z sd Z u1 × Z p Z s1
(2.5)
11
Posisi Kecepatan II Tabung pemindah rendah digeser depan sehingga berkaitan dengan roda gigi utama kedua, maka putaran dari kopling akan dipindahkan sebagai berikut: Dari poros transmisi (roda gigi penggerak) → roda gigi susun (roda gigi susun yang digerakan) → roda gigi susun kedua → roda gigi utama kedua → tabung pemindah rendah → tabung kopling rendah → output shaft. Dengan perbandingan roda gigi sebagai berikut: Perbandingan roda gigi (i) = (roda gigi susun (Zsd) / roda gigi penggerak (Zp)) x (roda gigi utama kedua (Zu2) / roda gigi susun kedua (Zs2)) [Ref. 8 hal 17]: i=
Z sd Z u 2 × Z p Z s2
(2.6)
Posisi Kecepatan III Tabung pemindah tinggi digeser kebelakang hingga berkaitan dengan roda gigi utama ketiga maka putaran dari kopling akan dipindahkan sebagai berikut: Dari poros transmisi (roda gigi penggerak) → roda gigi susun (roda gigi susun yang digerakan) → roda gigi susun ketiga → roda gigi utama ketiga → tabung pemindah tinggi → tabung kopling tinggi → output shaft. Dengan perbandingan roda gigi sebagai berikut: Perbandingan roda gigi (i) = (roda gigi susun (Zsd) / roda gigi penggerak (Zp)) x (roda gigi utama ketiga (Zu3) / roda gigi susun ketiga (Zs3)) [Ref. 8 hal 17]:
12
i=
Z sd Z u 3 × Z p Z s3
(2.7)
Posisi Kecepatan IV Tabung pemindah gigi digeser kedepan sehingga berkaitan dengan roda gigi penggerak pada poros transmisi yang masuk maka putaran dari kopling akan dipindahkan sebagai berikut: Dari poros transmisi (roda gigi penggerak) → tabung pemindah tinggi → tabung kopling tinggi → output shaft. Berhubung pada posisi kecepatan IV tidak terjadi pereduksian putaran, maka perbandingan roda gigi (i) = 1,0
2.4.3.2 Perbandingan Putaran dan Perbandingan Roda Gigi Perbandingan putaran dan perbandingan roda gigi dinyatakan dengan u. [Ref. 6 hal 216]: u=
n1 d1 m ⋅ z1 z1 1 = = = = n2 d 2 m ⋅ z 2 z 2 i
n1 : Putaran pada roda gigi penggerak (rpm) n2 : Putaran pada roda gigi yang di gerakan (rpm) d1 : Diameter jarak bagi roda gigi penggerak (m) d2 : Diameter jarak bagi roda gigi yang di gerakan (m) z1 : Jumlah gigi roda gigi penggerak z2 : Jumlah gigi roda gigi yang digerakan m : Modul gigi i : Perbandingan jumlah gigi
(2.8)
13
Untuk menentukan nominal putaran yang terjadi pada n2 setelah terjadi reduksi maka, berdasarkan persamaan 2.8 diperoleh persamaan : n1 1 = n2 i n2 =
n1 i
(2.9)
(2.10)
Apabila putaran keluaran (output) lebih rendah dari masukan (input) maka transmisi disebut: reduksi (reduction gear), tetapi apabila keluaran lebih cepat dari pada masukan maka disebut: inkrisi (increaser gear). Apabila : u > 1 = transmisi roda gigi inkrisi, atau i < 1 = transmisi roda gigi inkrisi. u < 1 = transmisi roda gigi reduksi, atau i > 1 = transmisi roda gigi reduksi
2.4.4
Poros Alat Pengaduk Cat Tembok Poros alat pengaduk cat tembok adalah sebuah elemen mesin yang
berputar dan berfungsi untuk meneruskan daya dari pembangkit daya ke impeler / baling-baling. Poros alat pengaduk ini harus mampu menahan beban yang diberikan padanya. Poros juga harus didesain sekaku mungkin supaya dapat menahan getaran dan deformasi yang terjadi. Poros alat pengaduk umumnya dibuat dari batang atau pipa baja atau gabungan keduanya. Ada dua macam poros alat pengaduk cat tembok yang digunakan pada mesin pengaduk.
14
1. Poros alat pengaduk penerus transmisi (poros alat pengaduk pertama) Poros alat pengaduk pada penerus transmisi harus dibuat sendiri, poros alat pengaduk
ini didesain sedemikian rupa dan dibuat dua macam dengan
tujuan: poros alat pengaduk pertama sebagai penerus daya dari transmisi dan yang ke dua sebagai penerus poros alat pengaduk pertama dari kopling ke impeler. Poros alat pengaduk ke-1 adalah poros alat pengaduk dengan bahan dan ukuran yang sama dari bawaan mesin mobil tersebut yang berbeda hanya pada panjang poros alat pengaduk pengaduk
tersebut karena poros alat
harus dipotong dan dibuat lebih pendek dari semula untuk
mencegah terlalu besarnya getaran yang akan terjadi pada poros alat pengaduk pertama. 2. Poros alat pengaduk pada bak pengaduk (poros alat pengaduk ke dua) Poros alat pengaduk ke-2 berukuran lebih kecil dan lebih panjang agar jarak pada mesin dan bak pengaduk lebih efektif. Poros alat pengaduk dibuat dari bahan baja krom molibden (JIS G4105) SCM 2. Pada pemasangan poros alat pengaduk
yang perlu diperhatikan adalah pemasangan senter poros alat
pengaduk (jarak/kelurusan poros alat pengaduk ) untuk mencegah patah, putaran yang tidak stabil dan kebengkokan pada poros alat pengaduk .
2.4.4.1 Perhitungan daya rencana (daya motor yang akan di transmisikan) Ambilah suatu kasus di mana daya P (kW) harus ditransmisikan dan putaran poros n1 (rpm) diberikan. Dalam hal ini perlu dilakukan pemeriksaan terhadap daya P tersebut. Jika P adalah daya rata-rata yang diperlukan maka harus dibagi dengan efisiensi mekanis η dari sestem transmisi untuk mendapatkan daya
15
penggerak mula yang diperlukan. Daya yang besar mungkin diperlukan pada saat start, atau mungkin daya yang besar terus bekerja setelah start. Dengan demikian seringkali diperlukan koreksi pada daya rata-rata yang diperlukan dengan menggunakan faktor koreksi pada perencanaan. Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah fc (Tabel 2.1) maka daya rencana Pd (kW) sebagai patokan adalah [Ref. 6. hal 7]: Pd = fc P (kW)
(2.11)
Tabel 2.1 Faktor-faktor koreksi daya fc [Ref. 6. hal 7] Daya yang akan di transmisikan Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal
fc 1,2-2,0 0,8-1,2 1,0-1,5
2.4.4.2 Perhitungan momen puntir (T) Jika momen puntir (disebut juga momen rencana) adalah T (kg.m) maka [Ref. 6. hal 7]: Pd =
(T / 1000)(2π n1 / 60) 102
(2.12)
Sehingga [Ref. 6. hal 7]:
T = 9,74 x 10 5
Pd n1
(2.13)
16
2.4.4.3 Perhitungan tegangan geser τ (kg/m2) dan tegangan geser yang diizinkan τa (kg/m2). Poros alat pengaduk kedua adalah poros yang akan digerakan oleh sabuk dan puli dan sepanjang poros akan dipasangkan empat buah impeler. Artinya poros selain mengalami beban puntir poros juga mengalami beban lentur. Pada poros yang mengalami beban puntir dan lentur pada permukaannya akan terjadi tegangan geser τ (= M/Zp) karena momen puntir T dan tegangannya σ (= M/Z)Zp karena momen lentur. Untuk bahan yang liat seperti pada poros, dapat dipakai teori tegangan geser maksimum (τmax) sebagai berikut [Ref. 6. hal 17]:
τ
max
σ + 4τ 2
=
2
(2.14)
Dimana : σ : kekuatan tarik (kg/m2) τ : tegangan geser (kg/m2) 3
Pada poros yang pejal dengan penampang bulat σ = 32 M / π. d s dan 3
τ = 16 T/ π d s , sehingga [Ref. 6. hal 17]:
τ
max
(
= 5,1 / d s3
Dimana : ds : diameter poros (m) M : momen lentur (kg.m) T : momen rencana (kg.m)
)
M2 + T2
(2.15)
17
Beban yang bekerja pada poros umumnya adalah beban berulang, dengan demikian rumus yang dipakai untuk menghitung diameter poros adalah rumus yang sudah dimasukan pengaruh kelelahan karena beban berulang. Faktor koreksi Km ditetapkan 1,5 untuk poros berputar yang mengalami pembebanan momen lentur yang tetap. Untuk beban dengan tumbukan ringan nilai faktor koreksi terletak antara 1,5 dan 2,0 dan untuk tumbukan berat antara 2,0 dan 3,0. Dengan demikian persamaan 2.6 dapat dipakai dalam bentuk [Ref. 6. hal 18] :
τ
max
(
= 5,1 / d s3
) (K
M ) + ( K tT ) 2
m
2
(2.16)
Besarnya τmax harus lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan τa. Besarnya faktor koreksi Kt dipilih 1,0 jika beban dikenakan secara halus, 1,0 sampai 1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan dan 1,5 sampai 3,0 jika beban yang dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar. Rumus yang digunakan untuk menghitung diameter poros adalah [Ref. 6. hal 17]:
d s > ( 5,1 / τ
2 2 a ) ( K m M ) + ( K tT )
1/ 3
(2.17)
Besarnya deformasi yang disebabkan oleh momen puntir dibatasi sampai 0,25 atau 0,3 derajat.
18
Jika ds adalah diameter poros (m), θ defleksi puntiran (°) l panjang poros (m), T momen puntir (kg.m), dan G modulus geser (kg/m2) maka [Ref. 6. hal 18]:
θ = 584
Tl G d s4
(2.18)
Menghitung lenturan poros [Ref. 6. hal 18]:
y = 3,23 × 10 4
F l12 l 22 d s2 l
(2.19)
Dimana: ds = diameter poros (m), l = jarak antara bantalan penumpu (m), F = Resultan beban yang terjadi pada poros (kg), l1 dan l2 = jarak dari bantalan yang bersangkutan ke titik pembebanan (m). Menghitung putaran kritis poros [Ref. 6. hal 19]:
N c = 52700
d s2 l l l1 l 2 W l1 l 2
(2.20)
Dimana : W : berat beban (kg)
Bila terdapat beberapa benda berputar pada satu poros, maka dihitung lebih dahulu putaran-putaran kritis Nc1, Nc2, Nc3,....., dari masing-masing benda
19
tersebut yang seolah-olah berada sendiri pada poros. Maka putaran kritis keseluruhan dari sistim Nc0 adalah [Ref. 6. hal 19]:
1 1 1 1 = 2 + 2 + 2 + .... 2 N c 0 N c1 N c 2 N c 3
(2.21)
Harga Nc0 itu kemudian dibandingkan dengan putaran maksimum sesungguhnya yang akan dialami oleh poros.
2.4.5
Impeler Impeler adalah suatu alat yang berputar yang menekan cairan, gas dan uap
air dengan arah yang diinginkan. Impeler secara umum digunakan untuk mengaduk (mixing), memompa (pumping) dan memindahkan (moving) fluida, zat kimia dll. Pada alat pengaduk cat atau impeler alat pengaduk cat digunakan untuk memadukan atau mencampurkan bahan dasar cat berupa bubuk kalsium, air dan lem menjadi satu dengan putaran tertentu di dalam sebuah tempat pengaduk sehingga dihasilkan bahan cat setengah jadi. Pada bak pengaduk dipasang 2 buah poros impeler, setiap poros impeler memiliki 4 pasang impeler. pada setiap impeler di ikat dengan 4 buah kancing pengikat. Tujuannya adalah untuk mempermudah penggantian impeler apabila terjadi kerusakan pada impeler. Bahan impeler dibuat dari bahan baja khrom SCr 22 untuk mencegah terjadi karat pada impeler.
20
2.4.6
Bak Pengaduk Bak Alat pengaduk berfungsi untuk menampung bahan cat yang akan
diaduk. Untuk memadukan bahan cat, didalam bak alat pengaduk dipasang mekanisme pengaduk yaitu impeler. Untuk mengalirkan bahan cat yang telah diaduk menjadi satu, dibagian bawah bak alat pengaduk dipasang keran pengeluaran sebanyak dua buah bak pengaduk harus didesain sekuat dan serapat mungkin untuk menahan getaran dan mencegah kebocoran pada saat proses pengadukan bahan cat tembok, karena getaran yang terjadi sangat lah kuat. Bahan yang dipakai haruslah tahan terhadap karat dan goncangan maka digunakan bahan bak alat pengaduk dari baja khrom SCr 22 dan dengan ketebalan 0,03 m. Untuk mengaduk bahan dengan kapasitas tertentu maka volume bak alat pengaduk harus ditentukan. Bak alat pengaduk berbentuk persegi panjang yang dibuat lebih lebar ke atas dan pada bagian bawah bak diberi alas berupa dua buah juring. Bentuk bak alat pengaduk sacara utuh dapat dilihat pada Gambar 3.1. Dengan desain seperti itu maka untuk mempermudah menghitung volume bak alat pengaduk secara keseluruhan, dilakukan sesuai dengan volum bangun ruang yang membentuk bak pengaduk. Dalam hal ini bangun ruang yang membentuk bak alat pengaduk terdiri dari; persegi panjang (Gambar 2.2), dua buah segitiga yang sebangun (Gambar 2.3) dan 2 buah juring silinder (Gambar 2.4). 1. Menghitung Volume Persegi Panjang Volume persegi panjang dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut: V PP = A × t
(2.22)
21
= Pj x Lb x t Dimana : VPP : Volume persegi panjang (m3) A : Luas alas (m2) t : Tinggi (m) Pj : Panjang persegi panjang (m) Lb : Lebar persegi panjang (m)
Gambar 2.2 Persegi panjang
Berdasarkan pada Gambar 2.2, panjang persegi panjang Pj = AB, Lebar persegi panjang Lb = BC dan tinggi persegi panjang t = AE.
2. Menghitung Volume Segitiga Segitiga adalah bagian dari bak alat pengaduk seperti terlihat pada Gambar 2.3. Volume segitiga dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut :
22
1 A× t 2 1 = ( AB × BD ) × t 2
VST =
(2.23)
Dimana : VST : Volume segitiga (m3)
Gambar 2.3 Segitiga pada bak pengaduk
Dari gambar segitiga diatas diperoleh : Sisi 1 segitiga (BD), Sisi 2 segitiga (AB) dan tinggi segitiga t = AE
3. Menghitung Volume Alas Bak Pengaduk Pada bagian bawah bak alat pengaduk dipasang sejajar 2 buah poros pengaduk. Untuk mendukung perputaran impeler supaya bahan yang diaduk tercampur sempurna, alas bak dibuat melengkung membentuk juring seperti pada Gambar 2.4. Dibawah ini.
23
Gambar 2.4 Alas bak pengaduk
Untuk menghitung Volume alas bak alat pengaduk berupa tembereng AB pada Gambar 2.5. terlebih dahulu harus dihitung volume juring yang kemudian dihitung pula volume segitiga yang terbentuk pada juring tersebut. Kemudian volume juring dikurangi volume segitiga maka didapat volume bidang alas bak pengaduk.
Gambar 2.5 Bentuk dasar alas bak pengaduk
Untuk menghitung volume juring ABF digunakan persamaan sebagai berikut [Ref. 7 hal 152]: VJ ABF
=
sudut pusat x π r2 x Pj 360°
(2.24)
24
Dimana : VJ ABF = Volume juring ABF (m3) r = Jari-jari silinder (m) Berdasarkan pada Gambar 2.5, jari-jari silinder r = AF atau BF, panjang silinder Pj = BC. Sedangkan untuk menghitung volume segitiga ABF (VST
) bisa
ABF
digunakan persamaan 2.16. Jadi untuk menghitung volume alas bak alat pengaduk (VA) digunakan persamaan:
V A = V J − VST ABF
(2.25)
Untuk menghitung volume bak alat pengaduk secara keseluruhan sekarang sudah dapat ditentukan karena perhitungan bagian-bagian bak alat pengaduk sidah dapat dihitung. Volume total bak alat pengaduk dihitung dengan persamaan : V Bak = VPP + VST + V A
(2.26)
Beban didalam bak alat pengaduk yang terjadi F (kg) dapat dihitung dengan persamaan berikut: F = m.g
(2.27)
Dimana : F = Beban didalam bak alat pengaduk (kg) m = Massa poros alat pengaduk + massa bahan cat yang akan diaduk (kg) g = Gaya grafitasi (m/s2)
25
Gaya geser tegak maksimum Q (kg) dapat dihitung dengan persamaan berikut [Ref. 2 hal 194]: Q = F/2
(2.28)
Dimana: Q = gaya geser tegak maksimum (kg) Momen lentur maksimum dapat dihitung dengan persaan berikut [Ref. 2 hal 300]: M =
Q⋅ L 12
(2.29)
Dimana: M = Momen lentur maksimum (kg.m) L = Lebar bak alat pengaduk (m) Tegangan normal yang berasal dari momen lentur yang berasal dari gerakan poros. Momen lentur sebuah poros inersia utama, misalnya momen Mbx dari poros x, menimbulkan tegangan lentur [Ref. 3 hal 42]:
σ
bx
=
M bx ⋅ y ix
(2.30)
Dengan: ix = momen inersia untuk lenturan dari sekeliling poros x Untuk penampang segi empat [Ref. 3 hal 42]: ix = bh3 / 12
(2.31)
iy = hb3 / 12
Momen tahanan Wb (kg) [Ref. 3 hal 42]: Wbx = bh2 / 6 Wby = hb2 / 6
(2.32)
26
Tegangan tekan maksimum pada bak alat pengaduk dapat dihitung dengan persamaan berikut [Ref. 3 hal 42]:
σ
bx max
=
σ
by max
=
Wbx ix
(2.33)
Wby iy
Maka resultan tegangan normal yang terjadi pada bak alat pengaduk berdasarkan pada perhitungan momen tahanan dan momen inersia adalah [Ref. 3 hal 42]:
σ
2.4.7
b
=
(σ bx ) 2 + (σ by ) 2
(2.34)
Keran
Keran berfungsi untuk menutup dan membuka saluran pengeluaran pada bagian bawah bak pengaduk. Keran ini mempunyai peran penting pada proses pengeluaran cat dari dalam bak sehingga diperlukan perawatan berkala pada keran supaya proses pengeluaran cat tidak terhambat. Keran yang digunakan adalah keran berukuran 3 in dan keran tersebut harus terbuat dari baja S25C agar keran tersebut tidak mudah karat.
2.4.8
Seal perapat
Seal perapat digunakan untuk mengatasi kebocoran yang terjadi diantara poros impeler alat pengaduk dengan dinding bak penampung. Seal perapat yang digunakan berbentuk O ring dan dipasaran dijual permeter oleh karena itu O ring
27
harus dirancang sendiri. Supaya O ring tidak terlalu kecil atau terlalu besar, maka pada kedua ujung O ring perlu dipotong miring, lalu sebelum dilakukan pemasangan O ring dilem terlebih dahulu untuk mencegah O ring bergeser.
2.4.9
Bantalan Bantalan berfungsi menahan beban putaran dari kedua poros impeler.
Bantalan yang digunakan pada mesin pengaduk ini sebanyak 8 buah, terdiri dari 4 buah bantalan gantung dan 4 buah bantalan duduk, bantalan yang digunakan harus sesuai dengan ukuran porosnya dan bantalan juga harus berukuran besar untuk menahan beban dan getaran yang berlebih pada impeler. No Bantalan didapat dari lampiran 1. Maka perhitungannya adalah : 1) Tentukan kapasitas beban statik Co (kg) 2) Tentukan kapasitas beban dinamik C (kg) 3) Tentukan beban aksial WT (kg) 4) Tentukan beban radial WR (kg) 5) Untuk mendapatkan nilai XR (Faktor Radial) dan YT (Faktor Aksial), kita membutuhkan persamaan [Ref. 2 hal 975]: WT CO WT > e WR
(2.35)
Nilai XR (Faktor Radial) dan YT (Faktor Aksial) diperoleh dari lampiran 2. 6) Faktor Rotasi V = 1 (Untuk semua tipe bantalan ketika bagian dalam berputar)
28
7) Faktor servis KS = 1,5 (jika ada sedikit kejutan) Jadi perhitungan beban ekivalennya adalah [Ref. 2 hal 976] : We = ( X R × V × WR + YT × WT ) K S
(2.36)
8) Jika k = 1/3 untuk bantalan gelinding maka beban dinamik rata – rata adalah [Ref. 2 hal 977]: C L = We
k
× 10 6 Re v
(2.37)
1
L 3 C = We 6 10
(2.38)
Perhitungan Umur Bantalan Distribusi keausan bantalan dapat diaproksimasikan oleh distribusi
Weibull dengan subtitusi R = 1 – F(x) dan x =
R = exp −
L 10
L L10 θ − x0
[Ref. 5 hal 393]:
(2.39)
Dimana : R = Keandalan L = Umur Bantalan b, θ, dan x0 adalah tiga parameter Weibull 1) Tentukan umur bantalan LH (jam) 2) Tentukan umur bantalan rata – rata L = 60 × N × LH Re v
29
3) Jika diketahui umur bantalan 8400 jam dan kehandalannya 99 % maka umur bantalan rata – rata adalah [Ref. 5 hal 394]: R = exp −
L 6,84 L10
1,17
(2.40)
2.4.10 Puli Puli digunakan untuk meneruskan daya dari poros impeler ke-1 ke poros impeler ke-2. Puli tersebut memiliki 2 dudukan V-Belt dan puli juga dibuat lebih besar agar dapat memutarkan dan menahan beban yang akan terjadi pada ke-2 impeler pada bak pengaduk (mikser). Atas dasar daya rencana dan putaran poros penggerak, penampang sabuk-V yang sesuai dapat diperoleh dari Gambar 2.6. Daya dihitung dengan mengalikan daya yang akan di teruskan dengan faktor koreksi pada Lampiran 3. Diameter nominal puli-V dinyatakan dengan dp (m) dari suatu lingkaran. Nomor nominal sabuk-V dinyatakan dalam panjang kelilingnya dalam inchi. Lampiran 4 & 5 menunjukan nomor nominal dari sabuk standar utama. Dalam Tabel 2.2 diberikan diameter puli minimum yang diizinkan dan yang dianjurkan menurut jenis sabuk yang bersangkutan. Putaran puli penggerak dinyatakan dengan n1 (rpm), dan putaran puli yang digerakan dinyatakan dengan n2 (rpm), dan diameter nominal masing-masing adalah dp dan Dp (m), serta perbandingan putaran u dinyatakan dengan n1/n2 atau dp/Dp. Karena sabuk-V biasanya digunakan untuk menurunkan putaran, maka perbandingan yang umumnya digunakan adalah perbandingan reduksi i (i > 1), dimana [Ref. 6 Hal 166]:
30
Dp 1 n1 1 = i= = ;u = n2 dp u i
(2.41)
Tabel 2.2 Diameter puli yang diizinkan dan dianjurkan [Ref. 6. hal 169]: Penampang Diameter min yang diizinkan Diameter min yang dianjurkan
A B 65 115 95 145
C 175 225
D E 300 450 350 550
Tipe sabuk sempit 3V 5V 8V Diameter minimum 67 180 315 Diameter minimum yang dianjurkan 100 224 360 Kecepatan linier sabuk-V (m/s) adalah [Ref. 6 Hal 166]: v=
d p ⋅ n1
(2.42)
60 × 1000
Jarak sumbu poros dan panjang keliling sabuk berturut-turut adalah C (m) dan L (m) [Ref. 6 Hal 170]: L = 2C +
π (d p + Dp ) + 1 ( Dp − d p )2 2 4C
(2.43)
Di mana jarak sumbu poros C [Ref. 6 Hal 170]: C=
b+
b 2 − 8( D p − d p )
2
8
(2.44)
Di mana jarak sumbu poros [Ref. 6 Hal 170]: b = 2L – 3,14(DP + dP)
(2.45)
31
Sudut kontak [Ref. 6 Hal 173]:
θ = 180°
57( DP − d P ) C
(2.46)
Jumlah sabuk N [Ref. 6 Hal 173]: N=
Pd P0 K θ
(2.47)
2.4.11 V-Belt V-Belt digunakan untuk memutar puli ke-2 dari puli ke-1. Cara pemasangan V-Belt adalah dipasang menyilang. V-belt mempunyai peranan yang sangatlah penting karena V-belt yang menggerakan impeler ke-2 agar impeler dapat berputar bersamaan pada waktu yang sama, V-belt juga yang berfungsi untuk mengatur putaran ke-2 impeler pada bak pengaduk, sehingga bahan cat dapat tercampur merata maka V-belt dipasang menyilang agar putaran bahan yang dicampur harus berlainan arah supaya hasilnya akan lebih merata. Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan transmisi langsung dengan roda gigi. Dalam hal demikian, cara transmisi putaran atau daya yang lain dapat diterapkan ,di mana sebuah sabuk luwes atau rantai dibelitkan sekeliling puli atau sproket pada poros. Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk-V karena mudah penangananya dan harganyapun murah.Kecepatan sabuk direncanakan untuk 10 sampai 20 (m/s) pada umumnya,dan maksimum 25 (m/s). Daya maksimum yang dapat ditransmisikan kurang lebih sampai 500 (kW).
BAB III PENGUMPULAN DATA
Pada bab ini akan jelaskan tentang data apa saja yang diperlukan untuk merancang sebuah alat pengaduk cat tembok.
3.1 Penggambaran Bentuk Alat Pengaduk Cat Tembok Untuk mempermudah merancang alat pengaduk cat tembok, perancang terlebih dahulu mengambarkan secara visual bentuk jadi dari alat pengaduk cat tembok
yang
akan
dirancang
tersebut.
Gambar
3.1
menggambarkan
penggambaran secara sederhana bentuk jadi dari alat pengaduk cat tembok yang akan di rancang. Alat pengaduk cat tembok yang akan dirancang untuk memproduksi cat sebanyak 660 kg per jam, mempunyai daya tampung yang cukup besar, dimensi bak alat pengaduk akan dijelaskan selanjutnya, daya yang diperlukan ditaksir cukup besar oleh karena itu dalam perancangan kali ini, perancang akan menggunakan tenaga motor bakar torak diesel. Kemudian daya dari engine akan
32
33
direduksi oleh transmisi roda gigi (gearbox) yang biasa digunakan pada kendaraan roda empat dengan empat perbandingan percepatan). Sedangkan untuk meneruskan daya dari transmisi digunakan poros propeler yang dihubungkan ke poros alat pengaduk 1 (poros alat pengaduk pertama) menggunakan kompling tetap. Dari poros alat pengaduk pertama, daya dihubungkan ke poros alat pengaduk kedua menggunakan sebuah v-belt, hal ini bertujuan supaya poros alat pengaduk pertama dan poros alat pengaduk kedua berputar secara bersama-sama mengaduk bahan cat tembok sehingga pengadukan menjadi merata.
Gambar 3.1 Penggambaran Awal Alat Pengaduk Cat Tembok
3.2 Daya yang Tersedia Alat pengaduk cat tembok dengan beban 660 kg per jam memerlukan daya yang cukup besar untuk penggeraknya. Ada beberapa jenis pembangkit daya dipasarkan yang bisa digunakan untuk penggerak alat pengaduk. Berdasarkan pada beberapa pertimbangan; antara lain efisiensi biaya, daya yang diperlukan, faktor keamanan, dan lain - lain maka untuk alat pengaduk cat tembok ini dipilih motor bakar torak dengan output daya 77 Hp = 56,672 kW. Sebelum motor bakar tersebut digunakan, perlu diperhitungkan efektifitas dan kemampuan dari pembangkit daya ini. Apakah mampu memenuhi kebutuhan
34
tenaga dan mengatasi kerugian – kerugian pada sistem atau tidak. Jadi dalam hal ini perhitungan difokuskan pada; daya yang diperlukan alat pengaduk, kerugian sistem dan daya yang tersedia.
3.3 Bak Alat Pengaduk Cat Tembok Pencampuran dan pengadukan bahan-bahan cat terjadi didalam bak alat pengaduk cat tembok. Oleh karena itu bak alat pengaduk harus di desain sedemikian rupa sehingga bak alat pengaduk mempunyai volume yang cukup untuk mengaduk cat dengan kavasitas 660 kg, tahan terhadap korosi karena bak alat pengaduk berhubungan langsung dengan fluida yang dapat menyebabkan korosi yaitu air. Selain itu bak alat pengaduk harus mampu menopang kedua poros alat pengaduk dan mampu menahan getaran yang dihasilkannya. Dari pertimbangan-pertimbangan diatas, maka berikut adalah data yang akan digunakan untuk membuat bak alat pengaduk : -
Bahan bak alat pengaduk Bahan bak alat pengaduk yang sesuai dengan kriteria diatas adalah pelat baja dengan ketebalan 3 mm atau 0,003 m.
-
Ukuran-ukuran bak alat pengaduk Bak alat pengaduk dirancang berbentuk persegi panjang yang menyempit kebagian bawah, tujuannya adalah supaya alat pengaduk dapat mengaduk bahan-bahan cat dari bawah keatas secara kontinyu dan tidak terjadi ruang yang tidak teraduk pada bagian bawah sehingga pencampuran menjadi sangat sempurna. Ukuran bak alat pengaduk dapat dilihat pada Gambar 3.2 dibawah ini.
35
Panjang bak alat pengaduk
(Pj) = 106 cm = 1,06 m = 94 cm = 0,94 m
Lebar bak alat pengaduk
(Lb) = 74 cm = 0,74 m
Tinggi bak alat pengaduk
(t) = 110 cm =1,1 m
Untuk bagian bawah bak alat pengaduk dibuat dua buah juring yang bentuk dan ukurannya dibawah ini. Pada bagian bawah juring-juring ini dipasang masing-masing satu keran pengeluaran cat. Ukuran - ukuran juring ini adalah: Panjang (Pj) = 94 cm = 0,94 m Lebar
(Lb) = 74 cm = 0,74 m
Jari-jari (r) = 26 cm = 0,26 m
Gambar 3.2 Ukuran-ukuran bak alat pengaduk
36
3.4 Poros Impeler Poros impeler alat pengaduk ditempatkan didalam bak alat pengaduk ditopang oleh dua buah bantalan gelinding pada kedua ujungnya Gambar 3.3. Pada bak alat pengaduk ini direncanakan akan dipasang dua buah poros impeler dan di setiap poros dipasang 4 buah impeler. Sehingga seluruhnya menjadi 8 buah impeler yang diharapkan akan beroperasi secara optimal sesuai dengan apa yang diharapkan. Poros impeler harus didesain sedemikian rupa supaya mampu menahan beban puntir yang dikenakan padanya. Selain itu poros impeler harus tahan korosi dan dibuat sangat kaku. Ukuran-ukuran dan bahan poros yang akan dibuat adalah sebagai berikut: Bahan poros terbuat dari baja khrom molibden (JIS G 4105) SCM 2. dengan kekuatan tarik σ = 85 (kg/m2) Panjang
(Pj) = ± 1564 mm = 1,6 m
Diameter (d) = ± 40 cm = 0,04 m
Gambar 3.3 Poros Impeler
37
3.5 Impeler Impeler berperan sangat penting didalam alat pengaduk cat tembok ini, impeler sebagai pengaduk bahan cat harus tahan terhadap korosi dan beban puntir. Bahan impeler dipilih baja paduan. Impeler mempunyai 2 blade dan 2 pengunci. Pengunci pada masing-masing blade di gunakan untuk melekatkan blade pada poros dan berguna untuk mempermudah penggantian blade bila terjadi kerusakan atau patah pada blade impeler. Impeler dapat dilihat pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Impeler alat pengaduk cat tembok
BAB IV PERHITUNGAN KOMPONEN RANCANGAN
Pada perancangan alat pengaduk cat tembok ini ada beberapa komponen yang perlu dilakukan perhitungan; yaitu mekanisme penggerak yang digunakan yang terdiri dari motor penggerak, poros, puli, sabuk dan lain-lain, alat pendukung lainnya seperti bak pengaduk juga perlu dihitung. Perhitungan akan dilakukan secara mendasar supaya mudah untuk dipahami. Berikut adalah komponen – komponen yang akan dilakukan perhitungan: 1. Motor penggerak 2. Poros pengaduk 3. Bak pengaduk 4. Puli 5. Bantalan yang digunakan 6. Sabuk Untuk merancang alat Pengaduk cat tembok secara keseluruhan dijelaskan pada Diagram 1 seperti dibawah ini :
38
39
1. Diagram Perencanaan Alat Pengaduk Cat Tembok START
1. Perhitungan daya motor penggerak P (kW)
2. Perhitungan diameter poros ds (m)
3. Perhitungan volume bak keseluruhan V (m3)
4. Perhitungan beban pada bak F (kg)
5. Perhitungan pemilihan puli dan sabuk -V
6. Perhitungan bantalan yang akan digunakan
END
40
4.1 Perhitungan pada Motor Penggerak 4.1.1
Perencanaan Daya Motor Kerugian yang terjadi pada mekanisme penggerak harus mampu diatasi
oleh daya motor, oleh karena itu output daya motor harus lebih besar dari pada resistensi mekanisme penggerak. Pemilihan motor penggerak dilakukan seperti pada diagram aliran 2 dibawah ini : 2. Diagram aliran untuk merencanakan motor penggerak. START 1. Resistansi pada sistem 2. Kecepatan putaran poros v (m/s) 3. Tekanan pada waktu mesin bekerja F (kg) 4. Daya yang terjadi pada sistem PE (kW) 5. Daya yang dibutuhkan Pd (kW) 6. Daya yang tersedia P (kW)
T
P ≥ Pd Y
Daya motor P diperoleh Perbandingan
END
41
1. Resistensi yang terjadi pada sistem dapat dihitung menggunakan persamaan 2.1 seperti dibawah ini : Rtotal = W1 + W2 W1 = 75 kg + 15 kg + 660 kg = 750 kg W2 = 10 kg + 40 kg + 30 kg = 80 kg sehingga Rtotal = 750 kg + 80 kg = 830 kg Ket: 1.Beben bak alat pengaduk = 75 kg (asumsi) 4.Berat pully = 10 kg (asumsi) 2.Berat poros penerus = 40 kg (asumsi) 3.Berat poros impeler = 15 kg (asumsi) 2. Kecepatan putaran poros pengaduk, v (m/s) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.2 sebagai berikut : Dengan d = 0,032 m n = 1500 rpm Sehingga v =
π × 0,032 × 1500 60
v = 2,51 m/s •
Tekanan yang terjadi pada waktu mesin bekerja: Ftekan = 80 kg
•
Koefisien gesek: µ = 0,4
F gesek = F tekan x µ = 80 x 0,4 = 32 kg
42
3. Daya yang terjadi pada sistem PE (kW) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.3 sebagai berikut: PE = (830 + 32) . 2,51 = 2163,62 W = 21,64 kW
4. Daya yang dibutuhkan Pd (kW) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.3 sebagai berikut : Pd = 21,64 kW x 1,5 = 32,46 kW
5. Daya motor yang tersedia P (kW) Dilihat dari brosur pada lampiran 6, daya yang tersedia adalah 56,7 kW Dengan demikian diperoleh kesimpulan; daya yang dibutuhkan sistem adalah 32,46 kW dan daya motor yang tersedia 56,7 kW. Sehingga daya yang dibutuhkan dapat dipenuhi, 32,46 kW < 56,7 kW, dan faktor keamanan daya motor adalah: 56,7 = 1,7 32,46
4.1.2
Perpindahan putaran pada transmisi roda gigi. Pada transmisi (gear box) terjadi perpindahan putaran dan momen.
Dari brosur pada lampiran 6, diketahui; i pada posisi percepatan 1 = 5,016 i pada posisi percepatan 2 = 2,672 i pada posisi percepatan 3 = 1.585
43
i pada posisi percepatan 4 = 1.000 Data diatas menunjukan terjadinya pereduksian kecepatan n, hal ini berdasarkan atas persamaan 2.8: Apabila : u < 1 = transmisi roda gigi reduksi i > 1 = transmisi roda gigi reduksi u >1 = transmisi roda gigi inkrisi i < 1 = transmisi roda gigi inkrisi Untuk menentukan berapa nilai pereduksian putaran pada masing-masing percepatan, akan diasumsikan berapa nilai awal putaran keluaran (output)dari enggine. Misalnya putaran awal n1 pada percepatan 1 diasumsikan sebesar 2000 rpm. Sehingga putaran keluaran (n2) pada poros propeler dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.10 sebagai berikut: Diketahui : putaran pada percepatan 1 = 2000 rpm i pada percepatan 1 = 5,016 sehingga : n2 =
2000 5,016
= 398,7 rpm
44
Putaran n2 dari kopling pada percepatan 2 diasumsikan sebesar 3000 rpm. Sehingga putaran keluaran (n2) pada poros propeler dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.10 sebagai berikut : Diketahui : n1 pada percepatan 2 = 3000 rpm i pada percepatan 2 = 2,672 sehingga : n2 =
3000 2,672
= 1122,8 rpm
Putaran n1 dari kopling pada percepatan 3 di asumsikan sebesar 4000 rpm. Sehingga putaran keluaran n2 pada poros propeler dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.10 sebagai berikut : Diketahui : n1 pada percepatan 3 = 4000 rpm i pada percepatan 3 = 1,585 sehingga : n2 =
4000 = 2523,7 rpm 1,585 Putaran n1 dari kopling pada percepatan 4 diasumsikan sebesar 6000 rpm.
Sehingga putaran keluaran (n2) pada poros propeler dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.10 sebagai berikut : Diketahui : n1 pada percepatan 4 = 6000 rpm
45
i pada percepatan 4 = 1,000 sehingga : n2 =
6000 1,000
= 6000 rpm
4.2 Perhitungan pada Poros Alat penguduk Cat Tembok Poros alat pengaduk dihitung supaya didapat diameter yang sesuai dengan kebutuhan dan mampu menahan beban yang dikenakan padanya.
Gambar 4.1 Beban yang terjadi pada poros pengaduk
Poros alat pengaduk akan direncanakan dan dihitung seperti pada diagram alir 3 berikut ini :
46
3. Diagram aliran untuk merencanakan poros alat pengaduk cat tembok.
START Daya yang ditransmisikan P (kW) Putaran poros n1 (rpm) 2. Faktor koreksi fc 3. Daya Rencana Pd (kW) 4. Momen rencana T (kg.m) Perhitungan beban Horizontal Perhitungan beban Vertikal 6. Gaya reaksi pada sistem Momen lentur gabungan Bahan poros Perlakuan panas Kekuatan tarik σB (kg/m2) Faktor keamanan sf1, sf2
9. Tegangan lentur yang diizinkan σba (kg/m2)
10. Faktor koreksi puntiran Km Faktor koreksi lenturan Kt Diameter poros ds (m) END
47
1. Daya yang transmisikan P = 32,46 kW, Putaran poros n1 = 1500 rpm 2. Faktor Koreksi fc = 1,6. Nilai fc diperoleh dari Tabel 2.1. 3. Daya rencana Pd = 1,6 x 32,46 = 51,9 kW 4. Momen rencana T (kg.m) dihitung menggunakan persamaan 2.13 sebagai berikut : T = 9,74 x 105 x 51,9/1500 = 33700 kg.mm = 33,7 kg.m 5. Perhitungan beban horizontal H (kg) H = 407 kg Perhitungan beban vertikal V (kg) V = 35 kg
6. Gaya reaksi yang terjadi pada sistem Rh1 =
407 × 1000 + 50 = 387,67 kg 1050
Rh2 = 407 – 387,67 = 19,33 kg Rv1 =
35 × 1000 + 50 = 33,38 kg 1050
Rv2 = 35 – 33,38 = 1,62 kg 7. Harga momen lentur gabungan (horizontal dan vertikal) MH : momen lentur horizontal MH = 387,67 x 50 = 19383,5 kg.mm =19,38 kg.m MV : momen lentur vertikal MV = 33,38 x 50 = 1669 kg.mm = 1,67 kg.m
48
Momen lentur gabungan (MR) MR =
(19383,5) 2 + (1669) 2
= 19455,22 kg.mm = 19,45 kg.m
8. Bahan poros yang akan digunakan adalah SCM 2 dengan kekuatan tarik σB = 58 kg/mm2 = 5,8.10-6 kg/m2. Poros harus diberi tangga sedikit pada posisi puli, puli ditetapkan dengan pasak. Faktor keamanan diambil masing-masing sf1 = 6,0 dan sf2 = 2,0 9. Tegangan lentur yang diizinkan σba (kg/m2) σba = 58/(6,0 x 2,0) = 4,83 kg/mm2 = 4,83.10-6 kg/m2 10. Faktor koreksi lenturan dan Faktor koreksi lenturan masing-masing nilainya Km = 2,0 dan Kt = 1,5 11. Dari persamaan 2.17 diameter poros dapat dihitung sebagai berikut: d s = ( 5,1 / 4,83)
( 2,0 × 22445,13) 2 + (1,5 × 33700) 2
1/ 3
= 40,73 mm → 40 mm = 0,04 m 4.3 Perhitungan pada Bak Alat Pengaduk 4.3.1
Menghitung Volume Alat Pengaduk
Bak alat pengduk didesain sedemikian rupa supaya mampu menampung bahan cat sesuai dengan kapasitas yang diperlukan. Bak alat pengduk berbentuk persegi panjang yang dibuat lebih lebar ke atas dan pada bagian bawah bak diberi alas berupa dua buah juring. Bentuk bak alat pengduk sacara utuh dapat dilihat pada Gambar 3.1. Dengan desain seperti itu maka untuk
mempermudah
menghitung
volume bak
pengaduk
secara
49
keseluruhan, dilakukan sesuai dengan volum bangun ruang yang membentuk bak alat pengduk Dalam hal ini bangun ruang yang membentuk bak alat pengduk terdiri dari; persegi panjang (Gambar 4.1), dua buah segitiga yang sebangun (Gambar 4.2) dan 2 buah juring silinder (Gambar 4.3). 1. Menghitung Volume Persegi Panjang Volume persegi panjang dapat dihitung menggunakan persamaan 2.22 dan Gambar 2.2 sehingga perhitungan volume persegi panjang tersebut menjadi sebagai berikut: Diketahui: Panjang bak alat pengduk (AB)
= 94 cm = 0,94 m
Lebar bak alat pengduk (BC)
= 74 cm = 0,74 m
Tinggi bak alat pengduk (AE)
= 110 cm = 1,1 m
Jadi volume persegi panjang adalah : VPP = 0,94 x 0,74 x 1,1 = 0,8 m3
2. Menghitung Volume Segitiga Segitiga adalah bagian dari bak alat pengduk seperti terlihat pada Gambar 4.2. Volume segitiga dapat dihitung menggunakan persamaan 2.23 sehingga perhitungannya sebagai berikut : Diketahui : Sisi 1 segitiga (BD)
= 74 cm = 0,74 m
Sisi 2 segitiga (AB)
= 6 cm = 0,06 m
Tinggi segitiga (AE) = 110 cm = 1,1 m
50
Jadi Volume segitiga adalah : VST = ½ (0,06 x 0,74) x 1,1 = 0,02 m3
3. Menghitung Volume Alas Bak alat pengduk Pada bagian bawah bak alat pengduk dipasang sejajar 2 buah poros alat pengduk. Untuk mendukung perputaran impeler supaya bahan yang diaduk tercampur sempurna, alas bak dibuat melengkung membentuk tembereng seperti pada Gambar 2.4. Untuk menghitung Volume alas bak alat pengduk tersebut terlebih dahulu akan dihitung volume juring yang kemudian dihitung pula volume segitiga yang terbentuk pada juring tersebut Gambar 2.5. Kemudian volume juring dikurangi volume segitiga maka didapat volume tembereng tersebut. a. Volume Juring ABF (VJ ABF ) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.24. sehingga perhitunggannya sebagai berikut: Diketahui : Sudut pusat yang terbentuk = 60° Jari- jari, r = 18,5 cm = 0,185 m Lebar atau tinggi Silinder, L = 94 cm = 0,94 m Jadi Volume Juring ABF : VJ ABF = =
60 x π 0,1852 x 0,94 360 1
6
x 3,14 x 0,034 x 0,94
= 0,0168 m3
51
b. Volume Segitiga ABF (VST
ABF
) dapat dihitung menggunakan
persamaan 2.23. sehingga perhitunggannya sebagai berikut: Diketahui : Sisi 1 segitiga (AB) = 18,5 cm = 0,815 m Sisi 2 segitiga (AF) = 94 cm = 0,94 m Tinggi segitiga (BC) = 16 cm = 0,16 m Jadi Volume segitiga adalah : VST ABF =
1
2
(0,185 x 0,94) x 0,16
= 0,0139 m3 Jadi volume tembereng adalah = 0,0168 – 0,0139 = 0,0029 m3. Dari perhitungan diatas didapat volume tembereng. Alas bak alat pengduk dibentuk dari dua buah tembereng, sehingga volume alas bak alat pengduk adalah Volume tembereng dikali 2 sehingga volumenya sebagai berikut: 0,0029 x 2 = 0,0058 m3 Volume total bak alat pengduk adalah : Vtotal = 0,8 + 0,02 + 0,0058 = 0,8258 m3 = 825,8 liter = 660,64 kg
52
4.3.2
Menghitung Beban di dalam Bak Alat Pengaduk Beban pada bak alat pengaduk F (kg) dapat dihitung menggunakan
persamaan 2.27 sebagai berikut: Diketahui : F = 815 kg g = 9,8 m/s2 m = 15 kg + 800 kg = 815 kg Maka: F = 815 kg x 9,8 m/s2 = 798,7 kg Gaya geser tegak maksimum Q (kg) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.28 sebagai berikut: Diketahui : Q = 798,7 kg Maka : Q=F/2 = 7987 / 2 = 399,35 kg Momen Lentur maksimum M (kg.m) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.29 sebagai berikut: Diketahui : L = 1,1 m Maka :
53
M =
3993,5 × 1,1 12
= 36,6 kg.m
Momen Inersia ix (m) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.31 sebagai berikut: Diketahui : b = 0,4 m h = 1,1 m Maka : ix =
0,4 ⋅ 1,13 = 0,04 m 12
iy =
1,1 ⋅ 0,4 3 = 0,005 m 12
Momen tahanan Wb (kg) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.32 sebagai berikut: 0,4 ⋅ 1,12 Wbx = = 0,08 kg 6 Wby =
1,1 ⋅ 0,4 2 = 0,02 kg 6
Tegangan tekan maksimum pada bak alat pengduk σb (kg/m) dapat dihitung menggunakan persamaan 2.33 sebagai berikut: Wbx maks =
Wbx ix
=
0,08 0,04
= 2 N = 0,2 kg
54
Wby maks =
Wby iy
=
0,02 = 4 N = 0,4 kg 0,005
Maka resultan tegangan normal yang terjadi pada bak alat pengduk berdasarkan perhitungan momen tahanan dan momen inersia dihitung dengan persamaan 2.34 seperti dibawah ini :
σ
b
=
( 2) 2 + ( 4) 2
=
20
= 4,47 N/m =0,47 kg/m
4.4 Perhitungan pada Puli dan sabuk-V Jarak yang cukup jauh antara poros alat pengduk, poros ke-1 dengan poros alat pengduk, poros ke-2 tidak memungkinkan apabila transmisi putaran menggunakan roda gigi oleh karena itu penerusan putaran dilakukan menggunakan puli dengan V-belt. Urutan perencanaan poros alat pengaduk tersusun dalam Diagram 4 dibawah ini :
55 4. Diagram aliran untuk memilih sabuk -V
START
Daya yang ditransmisikan P (kW) Putaran poros n1 (rpm) Perbandingan putaran i Jarak sumbu poros C (m)
2. Faktor koreksi fc
3. Daya Rencana Pd (kW)
4. Momen rencana T1, T2 (kg.m)
5. Bahan poros dan perlakuan panas
6. Perhitungan diameter poros ds1, ds2 (m)
7. Pemilihan penampang sabuk
8. Diameter minimum puli dmin (m)
Diameter lingkaran jarak bagi puli dp, Dp (m) Diameter luar puli dk, Dk (m) Diameter naf dB, DB (m) 10. Kecepatan sabuk v (m/s)
b
a
56
b
a
>
11. v : 30 ≤
≤
12. >
Pemilihan sabuk V (standar atau sempit) Kapasitas daya transmisi dari sabuk Po (kW)
14. Perhitungan panjang Keliling L (m)
Nomor nominal dan panjang sabuk dalam perdagangan L (m) Jarak sumbu poros C (mm)
Sudut kontak θ ( º ) Faktor koreksi Kθ
Jumlah sabuk N
Daerah penyetelan jarak poros ΔCi (m), ΔCt(m)
c
57
c
Penampang sabuk Panjang keliling L (m) Jumlah sabuk N Jarak sumbu poros C (m) Daerah penyetelan ΔCi (m), ΔCt(m) Diameter luar puli dk, Dk (m)
END 1. Daya yang akan ditransmisikan P = 32,46 kW Perbandingan putaran i = 1500/1500 = 1,0. Jarak sumbu poros c = 360 mm Putaran poros n1 = 1500 rpm, 2. Faktor Koreksi fc = 1,6 3. Daya rencana Pd (kW) Pd = 1,6 x 32,46 = 51,936 kW 4. Momen rencana T1 dan T2 dapat dihitung menggunakan persamaan 2.13 sebagai berikut : T1 = T2 = 9,74 x 105 (51,936/1500) = 33724 kg.mm 5. Bahan Poros SCM 2 dengan σB = 58 kg/mm2 = 5,8.10-6 kg/m2 sf1 = 6,0 dan sf2 = 2 (dengan alur pasak). τa = 58/(6 x 2) = 4,83 kg/mm2, Kt = 2 untuk beban tumbukan Cb = 2 untuk lenturan.
58
6. Dari persamaan 2.17 diameter poros dapat dihitung sebagai berikut: ds1 = ds2 = ( 5,1 / 4,83)
( 2,0 × 22445,13) 2 + (1,5 × 33724) 2
1/ 3
= 40 mm = 0,04 m 7. Penampang sabuk-V : Tipe B 8. Diameter minimum puli diperoleh dari Tabel 2.2. Dari Tabel tersebut dipilih: dmin = 145 mm. = 0,145 m 9.
Diameter lingkaran jarak bagi dp = 145 mm, Dp = 145 x 1 = 145 mm = 0,145 m dk = Dk = 145 + 2 x 5,5 = 156 mm = 0,156 m 5 d s1 + 10 = 260, 25 → dB = DB = 265 mm = 0,265 m 3
10. Dari persamaan 2.24. Kecepatan sabuk dapat dihitung sebagai berikut : v=
11. C =
π × 145 × 1500 = 11,38 m/s: 1500 60 × 1000 d k + Dk 156 − 156 = 360 − = 360 mm atau 0,36 m, baik. 2 2
12. Perhitungan panjang keliling, L dapat dihitung menggunakan persamaan 2.43 sebagai berikut : 3,14 L = 2 × 360 + (156 + 156) + (156 − 156) = 1209,84 mm = 1,2 m 2 4 × 300 2
59
13. Nomor nominal dan panjang sabuk-V : No. 48 L = 1219 mm = 1,2 m 14. Dari persamaan 2.44 dan 2.45 Jarak sumbu poros dapat dihitung sebagai berikut : b = 2 x 1219 – 3,14 (156+156)
= 1458,32 mm = 1,4 m C=
1458,32 +
1458,32 2 − 8(156 − 156 ) = 364,58 mm = 0,36 m 8 2
Jadi jarak sumbu poros diperoleh 0,36 m 15. Dari persamaan 2.46 sudut kontak dapat dihitung sebagai berikut : Sudut kontak θ = 180° −
57(156 − 156) = 180° 360
Faktor koreksi Kθ untuk sudut kontak 180° adalah 1,0 sehingga sudut kontak diperoleh 180°. 16. Jumlah sabuk N diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.47 sebagai berikut : N=
51,936 = 1,8 →2 Buah 28.9 × 1,0
Maka sabuk yang akan digunakan berjumlah dua buah sabuk. 17. Daerah penyetelan Δci = 25 mm, Δct = 40 mm = 0,004 m 18. Dari perhitungan diperoleh penampang sabuk Tipe B, No 48, 2 buah dk = Dk = 156 mm = 0,156 m, Lubang poros ds = 40 mm, Jarak sumbu poros 360 mm = 0,36 m.
60
4.5 Perhitungan pada Bantalan Berdasarkan perhitungan poros alat pengduk, maka diasumsikan bantalan berdiameter 40 mm atau 0,04 m. Sehingga dari lampiran 1 diperoleh data untuk diameter bantalan 40 mm, sebagai berikut:
No bantalan 408, outside diameter (diameter luar) = 110 mm atau 1,1 m dan width (lebar) = 27 mm atau 0,027 m. Co = 3750 kg C = 5000 kg Beban aksial Wt = 355 kg Beban radial Wr = 300 kg
Data tersebut dapat dikembangkan untuk memilih bantalan yang sesuai. Untuk memperjelas perhitungan dan pemilihan bantalan, akan diberikan pada Diagram 5 sebagai berikut :
61 5. Diagram aliran untuk memilih bantalan START Momen yang ditransmisikan T (kg.m) Diameter poros yang diminta ds (m) Nomor bantalan yang dipilih Kapasitas beban dinamis C (kg) Kapasitas beban statis Co (kg) Faktor beban radial XR Faktor beban aksial YT Konstanta bantalan k = 1/3 Beban Ekivalent We (kg) Beban dinamis rata-rata C (kg) Lama pemakaian bantalan (jam) Lama beroperasi (hari) Faktor kehandalan (%) Putaran poros (rpm)
Umur bantalan LH (jam) Umur bantalan rata-rata L (Rev) Umur bantalan rata-rata dari kehandalan Ln (jam)
L = 60 x N x LH Rev
-
Nomor nominal bantalan Pasan ketelitian Umur bantalan Beban bantalan
END
62
Untuk mendapatkan nilai Xr (Faktor radial) dan Yr (Faktor aksial), kita menggunakan persamaan 2.35 sebagai berikut : Wt 355 = = 0,02 C o 3750 Wt 355 = = 1,18 > e = 0,44 W r 300 Dari persamaan diatas maka dari lampiran 2 (Beban dinamik Xr dan Yr) didapat : Untuk
Wt W = 0,02 dan t > e , maka : Co Wr
Xr = 0,56 Yt = 2,0
Diasumsikan : Faktor rotasi, V = 1 (untuk semua bantalan ketika bagian dalam perputar) Faktor servis, KS = 1,5 (jika ada sedikit kejutan) Jadi perhitungan beban ekivalennya dapat dihitung menggunakan persamaan 2.36 sebagai berikut : We = (0,56 x 1 x 300 + 2,0 x 355) 1,5 = (168 + 710) 1,5 = 878 x 1,5 = 1317 kg
Jika k = 1/3 untuk bantalan gelinding maka beban dinamik rata – rata diperoleh dari persamaan 2.38 sebagai berikut :
63
1
1100 × 10 6 3 C = 1317 10 6 C = 13595 kg C Perhitungan Umur Bantalan Diasumsikan penggunaan bantalan selama 5 tahun, pemakaian 8 jam perhari dan beroperasi selama 210 hari dalam 1 tahun. Jadi umur bantalan adalah : LH = 5 x 210 x 8 = 8400 jam
Umur bantalan rata – rata adalah : L = 60 x N x LH Rev = 60 x 1600 x 8400 = 8064 x 105 Rev
Jika diketahui umur bantalan 8400 jam dan kehandalanya 99 % maka umur bantalan rata – rata dapat diperoleh dari persamaan 2.40 sebagai berikut : 1,17 L R = exp − 6,84 L10 8400 1,17 0,99 = exp − 6,84 L10
− 0,010050 = −
( 8400) 1,17 ( 6,84) 1,17 ( L10 ) 1,17 1
=
4117 ( L10 )
4117 1,17 L10 = = 62,08 × 10 3 jam 0,010050
64
Jadi dari hasil perhitungan diperoleh : Tipe bantalan yang akan dipergunakan adalah tipe Deep Groove Ball Bearing Diameter dalam (bore) = 40 mm = 0,04 m, Diameter luar (outside diameter) = 110 mm = 0,11 m, Lebar bearing = 27 mm = 0,027 m Beban dinamik rata-rata = 1359,5 kg Umur bantalan, LH = 8400 Jam Umur bantalan rata-rata, L = 62,08 x 103 Jam
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan Untuk merencanakan alat pengaduk dengan kapasitas 600 kg/jam, dari hasil perhitungan diperoleh : 1. Daya yang dibutuhkan sistem adalah P = 51.936 kW dan daya motor yang tersedia P = 56,7 kW, faktor keamanan daya motor adalah: 56,7 = 1,7 kW,dengan demikian daya motor yang tersedia memenuhi 32,46 syarat untuk digunakan karena daya motor yang tersedia lebih besar dari daya yang dibutuhkan,dan untuk daya terjadi daya yanghilang untuk menguranginya ditambah alat pendukung seperti mesin roll,viscomill dan generator, dan yang perludiperhatikan adalah daya yang digunakan harus : dibawah 24,24 kW dihitung dengan cara P = 56,7 – 32,46 =24,24 kW ,pemasangan dengan ditambahkan puli dan sabuk yang dipasang pada poros penerus lihat gambar 5.1 dibawah ini.
65
66
Gambar 5.1 Daya hilang 2. Diameter poros mikser dari perhitungan didapat d = 0,044 m 3. Volume keseluruhan bak mikser V = 0,8258 m3 atau 825,8 liter atau 660,4 kg 4. Penampang sabuk Tipe B, No 48, 2 buah, dk = Dk = 156 mm = 0,156 m Lubang poros ds = 53,86 mm = 0,053 m, Jarak sumbu poros 360 mm = 0,36 m . 5. No. Bantalan yang akan digunakan 408 (bore 40 mm, do 110 mm, di 27 3 mm) dengan umur bantalan adalah L10 = 62,08 × 10 jam .
DAFTAR PUSTAKA
1. Amstead H B dkk, 1993. “Teknologi Mekanik jilid II”. Erlangga. Jakarta 2. Khurmi S R dan Gupta K J 1980. “A Text Book Machine Design”. Eurasia Publishing house. New Delhi 3. Neimann G, 1987. “Elemen mesin Desain dan Kalkulasi dari sambungan Bantalan dan Poros jilid 1”. Erlangga. Jakarta 4. Pahl G, Beitz W, 1977. “ Engineering Design”. Heidelberg. Berlin 5. Shigley, Edward Joseph, 1986. “Mechanical Engineering Design Metric Edition”. McGraw Hill. Singapore 6. Sularso, Suga Kyokatsu, 1987. “Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin”. PT Pradnya Paramita. Jakarta 7. Suprastowo Fredy, Arifin Zainal, 1987. “Himpunan Rumus-Rumus Matematika Lengkap”. Indah. Surabaya 8. Susanto Putro Susanto, 2005. “Perencangan Ulang Transmisi Roda Gigi Honda Jazz”.UMB. Jakarta
58
