TUGAS AKHIR
PERANCANGAN MESIN PEMUTAR CAIRAN PRIMER GL-711 Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sajana Strata Satu (S1)
UNIVERSITAS
MERCU BUANA Disusun Oleh : Nama
: Ali Purnama
NIM
: 41305120040
Program Studi
: Teknik Mesin
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008
HALAMAN PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini Nama
: Ali Purnama
NIM
: 41301520040
Program Studi
: Teknik Mesin
Judul Skripsi
: Mesin Pemutar Cairan Primer GL-711
Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggung jawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib Universitas Mercu Buana. Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tanpa dipaksakan dari pihak manapun. Jakarta, Desember 2008 Penulis,
(Ali Purnama)
HALAMAN PENGESAHAN
PERANCANGAN MESIN PEMUTAR CAIRAN PRIMER GL-711
UNIVERSITAS
MERCU BUANA
Disusun Oleh : Nama
: Ali Purnama
NIM
: 41305120040
Program Studi
: Teknik Mesin
Mengetahui, Pembimbing
( Ir. Ruli Nutranta, M.Eng )
Koordiantor TA/Ka. Prodi
( DR. Abdul Hamid, M.Eng )
HALAMAN PERSETUJUAN
PERANCANGAN MESIN PEMUTAR CAIRAN PRIMER GL-711
UNIVERSITAS
MERCU BUANA Disusun Oleh Nama
: Ali Purnama
NIM
: 41305120040
Program Studi
: Teknik Mesin
Menyetujui, Pembimbing
( Ir. Ruli Nutranta, M.Eng )
ABSTRAKSI PERANCANGAN MESIN PEMUTAR CAIRAN PRIMER GL-711
PT. IRC INOAC INDONESIA Rubber Division adalah salah satu perusahaan yang bergerak dalam bidang perkaretan yang sebagian besar produknya adalah komponen otomotif. Salah satu produk tersebut adalah Glass Rounder yang merupakan kelengkapan dari kaca mobil Dalam proses pembuatannya menggunakan material berupa cairan primer GL-711 sebagai pelapis permukaan Glass Rounder agar tahan terhadap gesekan. Cairan Primer GL-711 tersebut akan mengendap bila disimpan pada keadaan diam. Kondisi seperti ini merupakan kendala dalam penyediaan material yang siap proses. Didasari oleh keadaan tersebut, dirasa perlu merancang suatu mesin pengaduk yang dapat menghindari cairan primer GL-711 tidak mengendap. Dengan demikian efektifitas dan efisiensi produksi dapat tercapai. Mesin ini terdiri dari empat komponen utama yaitu : unit daya berupa motor listrik dan panel kontrol, unit transmisi berupa reduser dan kopling bush, unit pengaduk berupa keranjang aduk, puli, bantalan dan poros, serta unit rangka sebagai tempat kedudukan komponen mesin. Cara kerja dari mesin ini adalah memutar keranjang aduk yang didalamnya terdapat cairan primer GL-711. Dari hasil perhitungan dan analisa didapatkan spesifikasi mesin : motor listrik 3 phase, daya 0,5 hp pada putaran 930 rpm; reduser yang digunakan tipe KA dengan rasio 1 : 10; bantalan single row deep groove ball bearing no. 204 dengan rumah bantalan (pillow block) tipe UCP 204. Kata kunci : Cairan primer GL-711, Mesin pemutar cairan primer GL-711 .
ABSTRACT DESIGN OF ROTARY MACHINE FOR PRIMER GL-711 LIQUID
PT. IRC INOAC INDONESIA Rubber Division is a rubber goods manufacturers with automotif component is produced. Each the other product is Glass Rounder for window vehicle. In manufacturer proses , the company use Primer GL-711 liquid to coating Glass Rounding surface for resist friction. In static condition, Primer GL-711 liquid would be settled. This case is a problem in inventory raw material. For solve this problem, company needs design a mixer machine to preventive Primer GL-711 liquid be sittled. So effective and Eficiency product will reach up. The machine consist of : power unit is nduction motor and control panel, transmission unit is a reducer and bush clutch, mixer unit is a mixer bracket, pulley, bearing and shaft; construction unit as bed of machine Work of machine is rotate mixer bracket with primer GL-711 liquid inside. Result of research and analysis gotten machine specification : induction motor 3 phase, 0.5 hp. Power, at 930 rpm; reducer used is KA type with 1:10 rasio; single raw ball bearing no.204 with pillow block type UCP 204.
Key word : Cairan primer GL-711, Rotary machine primer GL-711 liquid
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT. karena atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan pembuatan Laporan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya. Solawat beriring salam semoga tetap tercurah limpah untuk baginda yang mulia Nabi Muhammad SAW. Kepada keluarga, sahabat, serta pengikut setia semuanya hingga akhir zaman. Maksud dari pembuatan Laporan Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Program Sarjana di Universitas Mercu Buana Jurusan Teknik Mesin. Selesainya Laporan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari segenap bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini kami menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada : 1. Dr. Ir. H. Suharyadi, MS. selaku Rektor Universitas Mercu Buana. 2. Ir. Yenon Orsa, MT. selaku direktur program kuliah karyawan Universitas Mercu Buana. 3. Ir. Ruli Nutranta, M.Eng. selaku Kaprodi Jurusan Teknik Mesin Universitas Mercu Buana dan dosen pembimbing dalam penyusunan tugas akhir. 4. Segenap Dosen dan Instruktur yang telah memberi kami bekal ilmu pengetahuan. 5. Orang Tua kami tercinta yang selalu menyertakan
kami dalam setiap
munajatnya pada Ilahi Robbi agar kami semua meraih kesuksesan. 6. Rekan-rekan mahasiswa Universitas Mercu Buana. 7. Rekan kerja PT. IRC INOAC INDONESIA
8. Serta semua pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu. Semoga
Allah
SWT.
memberikan
pahala
yang
melimpah
dan
mejadikannya sebagai amal kebajikan untuk bekal kehidupan di akhirat kelak. Kami menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati, kami mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun guna peningkatan atau perbaikan dimasa yang akan datang. Akhirnya hanya kepada Allah kami serahkan segala urusan semoga penulisan Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat baik bagi pendidikan untuk saat ini maupun untuk pengembangan selanjutnya.
Tangerang,
Desember 2008
Penulis
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL …………………………………………...………………...i HALAMAN PERNYATAAN ...………………………………...………………ii HALAMAN PENGESAHAN …………………...………………...……………iii HALAMAN PERSETUJUAN…………………...………………...…………...iv MOTTO …………………...………………...……………………………...……v PERSEMBAHAN …………………...………………...……………………...…vi ABSTRAKSI ………………...………………...………………...…………......vii ABSTRACT…………………………………………………………………….viii KATA PENGANTAR ………………...………………...……….………...…....ix DAFTAR ISI ………………...………………...……….………...…..………….xi DAFTAR GAMBAR ………………...…………….………...…..…………….xiv DAFTAR NOTASI ...……….……...……………...………..…………………..xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah …...………........…….….………...…..…......…...…1 1.2 Rumusan Masalah ………………….……......………………………….……2 1.3 Pembatasan Masalah ………………..…….........………………………….…3 1.4 Tujuan Penulisan ……………………………...........……………………...…4 1.5 Metode Penelitian ………………………………….........……………………4 1.6 Metode Perancangan …………………………………......……………...……5 1.7 Sistematika Penulisan …………………………......………..…………...……5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tegangan normal …………………….……………………………………7 2.1.1 Tegangan Tarik …………………………………………………………8 2.1.2 Tegangan Tekan ……………………………………………………...…8
2.1.3 Tegangan Bengkok ………………………………………………...……9 2.2 Tegangan Tangensial ..………………………………...……………………10 2.2.1 Tegangan geser …………………………………...........………………10 2.2.2 Tegangan puntir ...……………………………………………………..11 2.3 Bantalan ……………………………………………………………………...12 2.3.1 Efek beban radial dan aksial ...………………………………………...12 2.3.2 Umur nominal bantalan ….………………...…………………………..13 2.4 Poros …………………………………………………………………………13 2.5 Baut ……………………………………………………………...…………..14 2.5.1 Tegangann tarik pada baut …...………………………………………..15 2.5.2 Tegangan geser pada baut .………………………………………….....15 2.6 Diagram perancangan mesin pemutar cairan primer GL-711 ……………….16 BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1 Gambaran Umum Alat ……………………………………………...……….18 3.2 Spesifikasi Masing-Masing Bagian ………………………………………….19 3.2.1 Unit daya ……………………………………...……………………….19 3.2.2 Unit transmisi ……………………………………………...…………..22 3.2.2.1 Reduser …………………………………………………………..22 3.2.2.2 Kopling bush …………………………………...………………..22 3.2.3 Unit pengaduk …………………………………….......……………….23 3.2.3.1 Keranjang aduk ……………………………...…………………..23 3.2.3.2 Puli ……………...………………………………………...……..25 3.2.3.3 Bantalan ............………………………………………………….26 3.2.3.4 Poros transmisi...…………………………………………...….....26 3.2.4 Unit rangka ………………………………………...…………………..27
3.3 Pengoperasian Alat …………………………………………………………..28 3.4 Perawatan dan pemeliharaan ……………………………...…………………29 3.4.1 Pelumasan …………………………………………………………….29 3.4.2 Pembersiahan mesin ………………………………………………...…29 BAB IV ANALISA 4.1 Masa komponen mesin ……………………………………………………...31 4.2 Perhitungan daya motor listrik ………………………………………………33 4.3 Perhitungan reduser ………………………………………………………….35 4.4 Perhitungan poros transmisi …………………………………………...…….37 4.4.1 Torsi dan momen bending yang bekerja pada poros ….……………….37 4.4.2 Perhitungan diameter poros berdasarkan momen puntir equivalent ..…39 4.4.3 Perhitungan diameter poros berdasarkan momen bending equivalent…41 4.5 Kopling bush ……………………………………………………….....……..42 4.6 Baut kopling bush ………………………………………………...………....43 4.7 Bantalan poros transmisi ……………………………………….…..………..44 4.8 Perhitungan tegangan pada rangka …………………………………………..45 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ......……………………………………………………………..49 5.2 Saran – saran ……………………………………………………...…………50 DAFTAR PUSTAKA ……………………………...………………………..…51 LAMPIRAN – LAMPIRAN ……………………………………………..……56
DAFTAR GAMBAR
1. Gb. 2.1 Pembebanan tarik pada material …………………………………….8 2. Gb. 2.2 Pembebanan tekan pada material ……………………………………9 3. Gb. 2.3 Pembebanan bengkok pada material ………………………………...9 4. Gb. 2.4 Pembebanan tegangan geser ………………………………………..10 5. Gb. 2.6 Diagram alur perancangan mesin pemutar cairan primer GL-711.....16 6. Gb. 3.1 Mesin pemutar cairan primer GL-711 ………………......………….19 7. Gb. 3.2 Diagram kontrol …………………………………………………....20 8. Gb. 3.3 Diagram piktorial …………………………………………………..20 9. Gb. 3.4 Diagram pengawatan ……………………………………………….21 10. Gb. 3.5 Kopling bush ……………………………………………………….22 11. Gb. 3.6 Keranjang aduk ..…………………………………………………..24 12. Gb. 3.7 Roda aduk …………………………………………………………..24 13. Gb. 3.8 Poros pengikat ……………………………………………………...25 14. Gb. 3.9 Puli …………………………………………………………………25 15. Gb. 3.10 Ball bearing ……………………………………………………….26 16. Gb. 3.11 Poros penggerak …………………………………………………..27 17. Gb. 3.12 Poros penyeimbang ……………………………………………….27 18. Gb. 3.13 Rangka …………………………………………………………….28 19. Gb. 4.1 Gaya dan reaksi pada poros ………………………………………...38 20. Gb. 4.2 Momen bending pada tiap titik ……………………………………..39 21. Gb. 4.3 Profile baja siku 40x40x3 mm ..…………………………………...47
DAFTAR NOTASI Simbol
Keterangan
Satuan
A
Luasan penampang
(m2)
C
Beban nominal dinamis spesifik
(kg)
d
Diameter poros
(m)
dc
Diameter core
(m)
d1
Diameter roda keranjang aduk
(m)
d2
Diameter puli
(m)
fc
Faktor koreksi
fn
Faktor Kecepatan Bantalan
fh
Faktor Umur Bantalan
F
Gaya
(N)
Ft
Gaya tarik
(N)
Ftk
Gaya tekan
(N)
I
Momen inersia
(m4)
J
Momen inersia polar
(m4)
L
Panjang kopling bush
(m)
Lh
Umur nominal bantalan
m
Masa
(kg)
M
Momen bending
(Nm)
Mb
Momen bengkok/bending
(N.m)
Me
Momen bending equivalent
(Nm)
n
Jumlah baut
(Buah)
n1
Kecepatan putar keranjang aduk
(rpm)
n2
Kecepatan putar puli
(rpm)
n3
Kecepatan putar motor listrik
(rpm)
N
Putaran
(Rpm)
P
Daya
(Watt)
Pd
Daya rencana
(watt)
r
Jari-jari poros
(m)
r1
Jari-jari terpendek dari roda aduk
(m)
r2
Jari-jari terpanjang dari roda aduk
(m)
T
Torsi/Momen puntir
(N.m)
Te
Momen puntir equivalen
(N.m)
v1
Kecepatan linier keranjang aduk
(m/s)
v2
Kecepatan linier puli
(m/s)
V
Volume
(m3)
W
Berat
(N)
Wa
Beban aksial
(N)
Wr
Beban radial
(N)
W e = Pr
Beban equivalen
(N)
Xr
Faktor radial
Y
Jarak sumbu netral ke extrem fibre
Ya
Faktor aksial
Z
Momen tahanan puntir
(m3)
Masa jenis
(kg/m3)
Tegangan bengkok
(N/m2)
Tegangan geser baut dan mur
(N/m2)
s
Tegangan geser
(N/m2)
t
Tegangan tarik
(N/m2)
Tegangan tekan
(N/m2)
b
gbaut =
tk
fgbaut
(m)
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang masalah Di tengah perkembangan ilmu pengetahuan yang semakin maju, manusia dituntut untuk berpikir kreatif serta berusaha mencari alternatif lain bagaimana agar dapat mempermudah pekerjaan dan mengefektifkan sumber daya yang ada. Salah satu cara yang dapat ditempuh antara lain dengan memodifikasi alat yang sudah ada atau menciptakan suatu alat bantu pekerjaan yang baru. Hal ini dimaksudkan untuk mempermudah dalam pekerjaan agar lebih efisien baik tenaga, waktu, maupun biaya. PT. IRC INOAC INDONESIA Rubber Division adalah salah satu perusahaan yang bergerak dalam bidang perkaretan dan sebagian besar barang jadi yaitu untuk komponen otomotif. Pada perusahaan ini terdapat Sub Departemen Flocking yang memproduksi barang jadi berupa Glass Rounder yang dipakai pada mobil. Dalam prosesnya sub departemen ini menggunakan material berupa cairan GL-711 yaitu suatu cairan coating primer yang berfungsi sebagai pelapis permukaan Glass Rounder agar tahan terhadap gesekan. Cairan GL-711 tersebut
akan mengendap bila disimpan pada keadaan diam. Oleh karena itu sebelum digunakan diperlukan suatu alat yang berfungsi mengaduk cairan tersebut. Melatar belakangi keadaan yang ada, maka kami mencoba untuk merancang suatu mesin pengaduk yang membuat cairan GL-711 tersebut tidak mengendap. Perlu ditegaskan bahwa perancangan alat ini diperuntukkan sebagai unit pendukung dari suatu proses produksi terutama di sub departemen flocking dimana proses kerja hanya menyiapkan cairan primer GL-711 agar selalu siap pakai untuk produksi.
1.2 Rumusan Masalah Menurut pengetahuan dan pengalaman di lapangan, penulis banyak melihat permasalahan di lapangan khususnya dalam hal penyediaan cairan primer dengan campuran yang homogen untuk coating pada proses flockless, masalah yang timbul antara lain : 1. Tidak adanya peralatan pendukung yang memadai untuk proses pengadukan cairan primer GL-711 akan sangat berpengaruh pada kualitas hasil produk flockless. 2. Tidak efektif dan efisien, baik dari segi waktu maupun tenaga jika menggunakan alat konvensional . 3. Pertimbangan tenaga manusia sebagai operator cenderung tidak stabil dan tidak konstan setiap saat. 4. Konsentrasi kerja operator kurang terfokus pada pekerjannya karena harus menyiapkan cairan primer GL-711 untuk proses selanjutnya.
Dari hal tersebut diatas, maka timbul ide dari penulis untuk mencoba mengatasi permasalahan tersebut, yaitu dengan merancang suatu mesin yang memudahkan pekerjaan untuk mengaduk cairan primer GL-711. Rancangan ini merupakan gabungan dari beberapa elemen mesin seperti motor penggerak, gearbox, poros, bearing, dan bentuk rangka yang dirangkai sedemikian rupa sehingga diharapkan alat ini bisa mempermudah proses kerja di sub departemen flocking. Namun demikian, pada perancangan ini dalam penggunaannya masih banyak memiliki keterbatasan antara lain terbatasnya kemampuan terhadap kapasitas maksimal dari cairan primer yang di aduk yaitu 15 liter.
1.3 Pembatasan Masalah Dalam perancangan tentunya banyak melibatkan beberapa hal yang mendukung sistem perancangan dan pengoperasian alat, yang tidak mungkin dibahas secara keseluruhan mengingat kapasitas ilmu pengetahuan dan wawasan yang penulis peroleh. Mengingat luasnya konsep didalam perhitungan pada penulisan ini, maka permasalahan yang kami bahas hanya meliputi : 1. Perhitungan daya motor listrik yang diperlukan untuk mengoperasikan mesin pengaduk cairan primer GL-711. 2. Penulis hanya mempertimbangkan perbandingan putaran reduser yang dibutuhkan untuk menghasilkan putaran keranjang aduk pada 15 Rpm. 3. Diameter poros transmisi yang diperlukan agar mesin ini dapat beroperasi dengan aman. 4. Dimensi untuk kopling bush dan baut kopling bush.
5. Perhitungan pada bantalan meliputi beban equivalent yang ditumpu dan umur dari bantalan yang dipakai. 6. Untuk rangka, penulis hanya menghitung besarnya tegangan yang terjadi pada rangka tersebut. 7. Untuk rangkaian listrik sebagai pengatur langkah kerja mesin penulis hanya menerangkan secara garis besar. 8. Dalam merencanakan keranjang aduk, penulis tidak menjelaskan secara mendetail tapi hanya menentukan dimensi pada roda aduk. 9. Satuan yang digunakan dalam perhitungan adalah satuan internasional. 10. Untuk perhitungan yang menggunakan percepatan gravitasi bumi digunakan 10 m/s2. 11. Penulis tidak menganalisa cairan yang diaduk. Dengan adanya pembatasan masalah ini diharapkan pembahasan masalah akan lebih terarah dan dapat menghasilkan rancangan yang mudah untuk dipahami serta dapat diaplikasikan.
1.4 Tujuan Penulisan 1.4.1
Tujuan Umum Sebagai salah satu persyaratan kelulusan dalam menyelesaikan pendidikan
program sarjana di Universitas Mercu Buana. 1.4.2
Tujuan Khusus a. Menerapkan dan mengembangkan ilmu serta teori yang telah dipelajari kedalam bentuk perancangan suatu alat yang memiliki fungsi.
b. Untuk meningkatkan efisiensi dan efektifitas dalam proses produksi khusunya untuk sub departemen flocking di PT. IRC INOAC INDONESIA. c. Merancang suatu mesin dengan desain dan komponen yang tepat.
1.5 Metode Penelitian Sebagai acuan dalam pembuatan tugas akhir ini, ada beberapa metode yang kami gunakan diantaranya : a. Studi pustaka, yaitu mencari referensi dan literatur yang sesuai dengan perancangan yang penulis buat. b. Observasi dan studi banding, yaitu dengan melakukan pengamatan dan membandingkan dengan berbagai peralatan yang sudah ada. c. Wawancara, yaitu dengan mencari keterangan langsung dari operator yang biasa bekerja pada sub departemen flocking.
1.6 Metode Perancangan Dalam perancangan mesin ini penulis menggunakan hasil analisa perhitungan sebagai acuan dalam memilih spesifikasi atau komponen mesin tersebut. Dalam menentukan dimensi, hasil perhitungan yang didapat merupakan nilai terendah untuk digunakan sebagai komponen sehingga mesin dapat dioperasikan dengan aman.
1.7 Sistematika Penulisan Penjelasan dari urutan penyusunan tugas akhir ini kami buat dalam suatu sistematika penulisan yang kami susun dengan garis besar sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN Bab ini adalah penjelasan secara global tentangtujuan latar belakang, Perumusan masalah, pembatasan masalah, penulisan, metode penelitian dan sistematika penulisan yang kami gunakan.
BAB II
DASAR TEORI Bab ini berisi dasar teori yang kami jadikan sebagai pedoman dalam perhitungan dan perencanaan dalam bab-bab berikutnya.
BAB III
PERANCANGAN Dalam bab perancangan ini menjelaskan gambaran secara umum alat akan kami buat, prinsip kerja serta penjelasan dari yangyang mendukungnya.
komponen yang mendukungnya. BAB IV masing-masing ANALISA Bab ini berisi perhitungan atau analisa dari unit-unit yang dirasa perlu untuk dilakukan perhitungan sehingga dalam rancang bangun ini dapat dipertanggungjawabkan kebenaran serta perhitungannya. BAB V PENUTUP Bab ini membahas tentang kesimpulan dan saran dari mesin yang dirancang dalam proyek Tugas Akhir ini.
BAB II DASAR TEORI
Sebelum memasuki bab perancangan, akan terlebih dahulu untuk dipaparkan teori-teori dasar yang berhubungan dengan mesin pengaduk yang dirancang. Ini dimaksudkan supaya pembaca dapat lebih memahami mengenai perancangan mesin ini. Dalam perancangan alat ini didasarkan pada pengetahuan yang didapatkan selama perkuliahan terutama pada mata kuliah yang menyangkut ilmu kekuatan bahan serta elemen mesin. 2.1 Tegangan Normal Dalam suatu perancangan teknik, terutama dalam perancangan mesin dan konstruksi-konstruksi yang membutuhkan material sebagai pendukungnya tentu tidak terlepas dari pemilihan dan ketepatan bahan yang akan di gunakan. Oleh karena itu harus dianalisa tegangan-tegangan yang bekerja pada masing-masing elemen dari konstrruksi mesin tersebut. Tegangan normal adalah tegangan yang disebabkan oleh gaya normal, yang arahnya tegak lurus dengan bidang kontak.
Tegangan normal dilambangkan dengan σ (sigma) atau dalam Referensi lain dinyatakan dengan fn. Tegangan normal terdiri atas tiga jenis yaitu : a. Tegangan tarik b. Tegangan tekan c. Tegangan bengkok 2.1.1 Tegangan Tarik Adalah gaya tarik (Ft) yang ditahan oleh luasan penampang tarik. Biasanya dinotasikan dengan σt. Perhitungan tegangan tarik ini selalu digunakan dalam pemilihan bahan untuk perencanaan mesin. Pembebanan tarik dapat dilihat seperti gambar dibawah ini :
F
F A
Gb. 2.1 Pembebanan tarik pada material Dirumuskan :
t
Ft A ……...................(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 76)
Dimana : t
: Tegangan tarik (N/m2)
Ft
: Gaya tarik (N)
A
: Luasan penampang (m2)
2.1.2 Tegangan Tekan Pada prinsipnya tegangan tekan adalah sama dengan tegangan tarik, yang membedakan adalah arahnya saja. Pembebanan tekan pada material dapat dilihat seperti gambar dibawah ini :
F
F A
Gb. 2.2 Pembebanan tekan pada material Dirumuskan :
tk
Ftk …...……….....(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 76) A
Dimana : tk
: Tegangan tekan (N/m2)
Ftk
: Gaya tekan (N)
A
: Luasan penampang (m2)
2.1.3 Tegangan Bengkok Tegangan ini terjadi karena adanya pembebenan pada suatu jarak tertentu sehingga menimbulkan momen tegangan
bengkok. Pembebanan yang
menimbulkan momen bengkok dapat dilihat seperti gambar di bawah ini : Besarnya tegangan bengkok dirumuskan sebagai berikut :
b
Z=
Mb ………...…........... (R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 114) Z
I ………………........(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 112) y
N
A
fb
Y
Gb. 2.3 Pembebanan bengkok pada material Dimana : Mb b
: Momen bengkok/bending (N.m) : Tegangan bengkok (N/m2)
Z
: Momen tahanan polar (m3)
I
: Momen inersia (m4)
Y
: Jarak dari sumbu netral ke extrem fibre (m)
A–N
: Sumbu netral
2.2 Tegangan Tangensial Tegangan tangensial adalah tegangan yang disebabkan oleh Gaya Tangensial. Tegangan tangensial ini dibedakan menjadi dua yaitu : a. Tegangan geser b.Tegangan puntir 2.2.1 Tegangan Geser Tegangan geser ditimbulkan oleh gaya yang menyebabkan gesekan per satuan luas geser. Besarnya tegangan geser adalah setengah dari tegangan tarik dari material yang sama.
Gb. 2.4 Pembebanan tegangan geser Tegangan geser dapat dirumuskan sebagai berikut : s=
(0,5 - 0,75 )
t
………………...(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 299)
Dimana : s
: Tegangan geser (N/m2)
t
: Tegangan tarik (N/m2)
2.2.2 Tegangan Puntir
T
T
Gb. 2.5 Pembebanan yang mengakibatkan tegangan puntir Dirumuskan : T J
s
r
............................(RS. Khurmi, Machine Design, Hal : 106)
Dimana : s
: Tegangan geser (N/m2)
T
: Momen puntir (N.m)
J
: Momen inersia polar (m4)
r
: Jari-jari poros (m)
Sedangkan untuk momen puntir dirumuskan :
P
2
N T 60
...............(R.S. Khurmi Machine Design, Hal :107)
60 P 2 N
T Dimana : P
: Daya (Watt)
N
: Putaran (Rpm)
T
: Momen puntir (N.m)
Untuk menghitung momen tahanan puntir pada poros pejal menggunakan rumus : Z=
32
d3
...................(R.S. Khurmi Machine Design, Hal :145)
Dimana : Z
: Momen tahanan puntir (m3)
d
: Diameter poros (m)
2.3 Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban sehingga putaran atau gerakan bolak – baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta
elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Pada perancangan ini digunakan bantalan jenis gelinding yang gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur.
2.3.1
Efek Beban Radial dan Aksial Beban radial adalah beban yang ditumpu bantalan yang arahnya tegak
lurus sumbu poros. Beban aksial adalah beban yang sejajar dengan sumbu poros. Besarnya beban equivalent yang ditumpu oleh bantalan gelinding pada saat bekerja adalah sebagai berikut : We = Pr (kg) = X V Fr + Y Fa ……………..….(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 135) Dimana : We = Pr : Beban equivalen (N) X
: Faktor radial
Y
: Faktor aksial
V
: Faktor servise
Fr = Wr : Beban radial (N) Fa = Wa : Beban aksial (N) 2.3.2
Umur Nominal Bantalan
Faktor Kecepatan Bantalan
fn
33,3 n
1 3
…………….....….(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 136)
Dimana : fn
: faktor kecepatan
n
: putaran
Faktor Umur Bantalan fh
fn
C ………………...….(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 136) P
Dimana : fh
: faktor umur
C
: beban nominal dinamis spesifik (kg)
P
: beban equivalent dinamis (kg)
Umur Nominal Bantalan Lh
3
500 f h ………………...….(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 136)
Dimana : Lh
: umur nominal bantalan
2.3.1 Poros Poros adalah elemen mesin yang berfungsi untuk memindahkan
daya
dengan bantuan beberapa elemen lain seperti : puli, roda gigi, pasak dan perleng kapan lain yang terpasang pada poros. Besarnya momen puntir yang terjadi pada poros ketika memindahkan daya dapat dihitung dengan rumus : P 4500 2 N
T
…….….(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 410)
Dimana : T
: Torsi poros (N.m)
P
: Daya (Watt)
N
: Putaran (Rpm)
Diameter poros minimum yang diizinkan untuk perhitungan konstruksi adalah sebagai berikkut :
Te
16
T2
Te
s
d3
……........(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 416)
M2
…………..(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 416)
Dimana : d
: Diameter poros minimum (m)
s
: Tegangan geser ijin (N/m2)
Te
: Momen puntir equivalen (N.m)
T
: Torsi (N.m)
M
: Momen bengkok (N.m)
2.5 Baut Mur dan baut yang berfungsi sebagai alat pengikat harus dihitung kekuatan maksimalnya sehingga mampu menahan besarnya beban maksimum. Untuk menghitung ukuran baut dapat dihitung berdasarkan tegangan yang bekerja pada baut akibat gaya luar yaitu tegangan tarik dan tegangan geser. 2.5.1 Tegangan Tarik Pada Baut Tegangan tarik pada baut adalah gaya luar yang bekerja segaris dengan sumbu pada baut, yang dirumuskan :
P
4
dc 2
t
…..............(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 325)
Dimana : F
: Gaya luar yang bekerja (N)
dc
: Diameter core (m) = 0.84 do : Tegangan tarik izin baut (N/m2)
t
Jika gaya luar ditahan oleh n baut maka tegangan tarik dapat dihitung dengan rumus :
P
dc2
4
t
n .......... (R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 325)
2.5.2 Tegangan Geser Pada Baut Tegangan geser pada baut dapat dihitung dengan rumus : gbaut
=
W .....…...…..(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 297) d K p Z
Dimana : gbaut = fgbaut
: Tegangan geser baut dan mur (N/m2)
W
: Beban yang diderita oleh baut (N)
z
: Jumlah ulir yang kontak
d
: Diameter core (m)
k p
: Tebal akar ulir(m)
2.6 Diagram Perancangan Mesin Pemutar Cairan Primer GL-711
START Mencari referensi, observasi di dunia kerja dalam menentukan judul
Menentukan Judul (Mesin Pemutar Cairan Primer GL-711)
Mengumpulkan data, mencari referensi baik dari Skripsi yang sudah jadi maupun dari Teks Book
Melakukan perancangan mesin, terdiri dari beberapa komponen sehingga menjadi satu kesatuan yang memiliki fungsi
Mencari dan mengumpulkan data pendukung baik dari referensi Skripsi maupun Teks Book untuk melakukan analisa, agar komponen mesin yang dirancang memiliki nilai keamanan
a
a Analisa berupa perhitungan terhadap komponen mesin yang dirancang, agar mendapatkan nilai konstruksi yang aman
Hasil analisa perhitungan komponen mesin
Dimensi mesin dan bahan.
komponen spesifikasi
STOP
END
Gb. 2.6 Diagram Alur perancangan mesin pemutar cairan primer GL-711
BAB III PERANCANGAN ALAT
Sistem kerja alat ini adalah mengaduk dan meratakan campuran cairan primer GL-711 dalam kaleng dengan menggunakan bantuan keranjang
yang
diputar oleh motor listrik. Pemerataan campuran cairan dapat terjadi akibat adanya aksi dari putaran keranjang aduk secara vertikal dimana penempatan kaleng cairan pada keranjang aduk adalah eksentrik sehingga dengan sendirinya cairan tersebut diaduk. Keranjang tersebut dipasang bersinggungan dengan puli yang dipasang pada poros. Untuk mendapatkan putaran puli pada salah satu ujung dari kedua poros dihubungkan langsung dengan motor penggerak dengan perantara kopling bush. 3.1 Gambaran Umum Alat Ditinjau dari mekanisme yang mendukungnya, mesin pemutar cairan primer GL-711 mempunyai bagian-bagian utama yaitu : 1. Unit daya, terdiri dari
: - motor listrik - panel control
2. Unit transmisi, terdiri dari
: --reduser - kopling bush
3. Unit pengaduk, terdiri dari
: - keranjang aduk - puli
- bantalan - poros 4. Unit rangka
3
4 2
1
Gambar 3.1 Mesin Pemutar Cairan Primer GL-711 3.2 Spesifikasi Masing-masing Bagian 3.2.1 Unit Daya Unit daya ini merupakan penggerak yang berhubungan secara langsung dengan sumber tegangan listrik (220-380 volt 3 phasa). Unit ini terdiri dari motor listrik dan unit kelistrikan yang berfungsi sebagai pengontrol. Unit pengontrol ini merupakan rangkaian dari : 1. Magnetic Contactor
= 1 buah
2. TOR
= 1 buah
3. MCB 3 Phase
= 1 buah
4. Push Button ON – OFF
= 1 buah
Rangkaian yang digunakan dalam perencanaan ini merupakan rangkaian satu arah putaran. Adapun diagram daya, diagram kontrol, dan diagram kabel adalah sebagai berikut :
START
R
N
STOP
OL
M
2
3
Gambar 3.2 Diagram Kontrol
R
S
T
MCB
MOTOR RANGKAIAN BEBAN RESET
T1 T2 T3
TOMBOL START - STOP
Gambar 3.3 Diagram Piktorial
Motor yang digunakan pada perencanaan ini adalah motor dengan kekuatan 0,5 HP dengan putaran 930 (rpm). Motor ini adalah penggerak utama pada mesin pengaduk cairan primer GL-711 yang dihubungkan langsung ke reduser.
R
S
T
MCB
START
3
STOP
2
T1
T2
MOTOR
Gambar 3.4 Diagram Pengawatan
T3
3.2.2 Unit Transmisi Unit transmisi ini berfungsi untuk memindahkan daya dari motor listrik sampai ke poros untuk memutar keranjang yang berisi kaleng cairan primer GL-711. Unit ini terdiri dari reduser yang langsung memutar poros dengan perantara kopling bush.
3.2.2.1 Reduser Reduser berfungsi untuk mereduksi putaran tinggi dari motor listrik menjadi putaran rendah dengan bantuan rangkaian roda gigi. Perhitungan reduser di sini hanya akan menghitung rasio perbandingan yang digunakan, jika putaran yang diharapkan untuk mengaduk cairan primer adalah 15 (rpm) dan putaran motor listrik 930 (rpm). 3.2.2.2 Kopling Bush
Gambar 3.5 Kopling Bush Kopling bush berfungsi untuk memindahkan daya dari motor listrik ke reduser, serta dari reduser ke poros transmisi. Kopling
yang
dipakai
pada
perancangan mesin pengaduk cairan primer GL-711 adalah jenis kopling tetap yang terbuat dari bahan ST 37.
3.2.3 Unit Pengaduk Unit pengaduk terdiri dari beberapa komponen diantaranya : 1. Keranjang aduk 2. Puli 3. Bantalan 4. Poros Transmisi 3.2.3.1 Keranjang Aduk Keranjang aduk berfungsi sebagai tempat menyimpan cairan primer GL-711 pada saat proses aduk. Cara kerja keranjang aduk adalah berputar dimana putaran dihasilkan oleh putaran salah satu poros yang berhubungan dengan reduser. Keranjang aduk ini terdiri dari sebuah keranjang yang dipasang dengan posisi eksentrik pada dua buah roda aduk yang ditopang dengan empat buah poros dengan pengikat baut. Keranjanjang ini dilengkapi penutup dengan sistem engsel dan dikunci dengan sistem baut. Keranjang aduk di tumpu oleh dua buah puli secara bersinggungan pada tiap roda aduk. Keranjang di buat dari pelat ST 37 dengan tebal pelat 3 mm yang dibuat melingkar membentuk tabung dengan diameter luar 350 mm.Untuk Roda aduk dari keranjang aduk terbuat dari pelat ST 37 dimana diameter luar 550 mm dan diameter dalam 355 mm dengan garis sumbu yang tidak sepusat dan ketebalan pelat 8 mm. Sedangkan poros pengikat ada empat buah yang terbuat dari bahan ST 37 dengan diameter 12 mm dan panjang 450 mm.
Gambar 3.6 Keranjang Aduk
Gambar 3.7 Roda Aduk
Gambar 3.8 Poros Pengikat 3.2.3.2 Puli Puli berfungsi sebagai dudukan keranjang aduk pada poros yang dikuatkan dengan baut. Terdapat empat buah puli, dimana tiap dua buah puli terpasang dalam satu poros. Puli tersebut berbentuk bertingkat dengan diameter 100 mm, 75 mm, dan diameter 50 mm dengan keseluruhan tebal 50 mm. Bahan dari puli adalah baja karbon ST41.
Gambar 3.9 Puli
3.2.3.3 Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban sehingga putaran atau gerakan bolak – baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Pada perencanaan ini dipilih jenis bantalan ball bearing. Bantalan tersebut berfungsi untuk menumpu putaran poros serta beban keranjang aduk dan cairan primer GL-711.
Gambar 3.10 Ball Bearing 3.2.3.4 Poros Transmisi Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama – sama putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Poros pada mesin pengaduk ini berfungsi meneruskan putaran dari reduser dan berfungsi untuk memutar keranjang aduk. Pada perancangan mesin ini terdapat dua poros untuk transmisi daya dan putaran, poros pertama berfungsi sebagai penggerak (Driver) untuk memutar roda aduk, sedangkan poros
yang
kedua adalah poros penyeimbang (Driven) yang berfungsi sebagai penumpu roda aduk. Kedua poros tersebut tiap ujungnya dipasang puli sebagai
penyangga
Keranjang aduk. Bahan poros terbuat dari baja karbon ST37 dengan diameter 30mm dan panjang 670mm untuk poros penggerak dan panjang 620mm untuk poros yang digerakkan.
Gambar 3.11 Poros Penggerak (Driver)
Gambar 3.12 Poros Penyeimbang (Driven)
3.2.4
Unit Rangka Rangka mesin berfungsi untuk menempatkan komponen mesin yang
dirangkai sedemikian rupa sehingga dapat menjalankan fungsi dengan baik. Dalam perencanaan ini unit rangka terbuat dari baja siku 40x40 ST 41. Rangka penyangga ini dibuat dengan ukuran panjang 680 mm, tinggi 280 mm, dan lebar 750 mm.
Gambar 3.13 Rangka 3.3 Pengoperasian Alat Pengoperasian mesin ini tidak memerlukan keterampilan khusus.dan tidak terlalu sulit. Adapun cara pengoperasian mesin ini adalah sebagai berikut : 1. Buka pengunci tutup keranjang aduk, kemudian buka penutup keranjang aduk. 2. Masukkan kaleng yang berisi cairan primer yang akan diaduk ke dalam keranjang aduk. 3. Tutup kembali keranjang aduk dan pasang pengunci tutup keranjang aduk. 4. Tekan tombol ON untuk mengoperasikan mesin. Pastikan panel listrik sudah tersambung dengan sumber arus listrik 5. Tekan tombol OFF untuk menghentikan mesin. 6.
5. Agar memudahkan pada saat memasukkan atau mengeluarkan kaleng cairan dari keranjang aduk, usahakan agar pada saat mematikan mesin pengunci dari penutup keranjang aduk berada pada posisi di atas. 3.4 Perawatan dan Pemeliharaan Perawatan dan pemeliharaan sangat diperlukan agar mesin dapat berfungsi secara optimal dalam jangka waktu yang cukup lama. Pencegahan kerusakan dengan cara perawatan dan pemeliharaan lebih baik daripada menunggu mesin rusak dan baru diperbaiki. 3.4.1 Pelumasan Pelumasan merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam perawatan mesin. Pelumasan yang tepat dapat memperpanjang umur mesin dan memperlancar pengoperasian mesin. Bagian-bagian dari mesin yang perlu dilumasi adalah : -
Reduser
-
Bantalan
-
Roda aduk
Pelumasan pada bagian-bagian tersebut dianjurkan setiap sebulan sekali dikontrol dan pengontrolan ini diharapkan secara teratur. 3.4.2 Pembersihan Mesin Mesin
pengaduk
cairan
primer
GL-711
ini
harus
diperhatikan
kebersihannya dengan tujuan untuk menghindari korosi dan tetesan cairan primer GL-711. Setiap selesai menggunakan mesin ini harus selalu dibersihkan sehingga kondisi mesin selalu bersih.
BAB IV ANALISA
Untuk memastikan perancangan mesin pemutar cairan primer GL-711 dapat digunakan atau dioperasikan dengan baik maka perlu dilakukan analisa perhitungan baik terhadap bahan yang dipilih maupun dari segi dimensi. Dalam bab ini penulis tidak melakukan analisa secara mendetail dan menyeluruh terhadap pokok bahasan tetapi dalakukan secara garis besar saja. Analisa perhitungan pada perancangan mesin pengaduk cairan primer GL-711 meliputi :
Perhitungan daya motor listrik
Reducer (Gear Box)
Perhitungan poros transmisi
Kopling bush
Baut kopling bush
Bantalan poros transmisi
Perhitungan tegangan pada batang rangka
4.1 Masa Komponen Mesin Untuk menghitung besarnya daya motor listrik yang diperlukan, terlebih dahulu dihitung besarnya masa dari komponen mesin yang akan digerakkan oleh motor listrik meliputi keranjang aduk, roda aduk, puli serta berat dari cairan primer itu sendiri : m =Vx Dimana : m
: masa (kg)
V
: volume (m3) : masa jenis (kg/m3) : 7,9 x10 3 (kg/m3) .....(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 10)
a. Masa puli m = (V1 + V2 + V3 – V4) x 2
4
4
d 1 L1
0,12 .0,01
2
4
d 2 L2
4
2
4
0,075 2 .0,02
2
d 3 L3
4
4
d 4 L4
0,05 2 .0,02
x
4
0,03 2 .0,05
x 7,9 x10 3 0,0000785
0,0000883
= 1,3 kg Jumlah puli yang dipasang 4 buah, maka : m 4 puli = 1,349 kg x 4 = 5,395 kg
0,0000393
0,0000353
x 7,9 x10 3
b. Masa keranjang aduk m = (V1 - V2 + V3 + V4 ) x 2
4
4
2
d 1 L1
4
0,32 2.0,6
d 2 L2
2
4
0,314 2.0,6
4
2
d 3 L3
4
4
d 4 L4
0,32 2.0,003
xρ
4
x 7,9 x10 3
0,0482
0,0464
0,2412
0,00024
x 7,9 x10 3
= 17,965 kg c. Masa roda aduk m = (V1 - V2 ) x 2
4
4
2
d 1 L1
4
d 2 L2
0,55 2 .0,008
0,0019
0,00079
4
xρ
0,355 2 .0,008
x 7,9 x10 6
= 8,769 kg Jumlah roda aduk yang dipasang 2 buah, maka : m 2 roda = 8,789 x 2 = 17,538 kg d. Masa poros pengikat m = V1 x 2
4 4
d 1 L1
xρ
0,012 2.0,450
x 7,9 x10 3
x 7,9 x10 3
0,32 2 .0,003
0,000051
x 7,9 x10 3
= 0.402 kg Jumlah poros pengikat yang dipasang 4 buah, maka : m 4 poros pengikat = 0,402 x 4 = 1,607 kg e. Masa cairan primer Masa cairan primer yang diaduk dalam kondisi penuh adalah 17,1 kg. 4.2 Perhitungan Daya Motor Listrik Besarnya daya motor listrik yang diperlukan dipengaruhi oleh besarnya torsi yang dihasilkan oleh masa komponen aduk yang digerakkannya : m
= mcairan + mkeranjang aduk + mroda + mporos pengikat + mpuli = (17,1 + 17,965 + 17,538 + 1,607 + 5,395 ) kg = 59,605 kg
Besarnya torsi yang dihasilkan : T
W x r ................................................(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 45)
Karena masa yang diputar eksentris pada roda aduk maka torsi yang dihasilkan : T1
mg x r1 = 596,05 N x 0,223 m = 132,919 Nm
T2
mg x r2 = 596,05 N x 0,329 m
Dimana :
= 196,1 Nm
W
: Berat (N)
T
: torsi (Nm)
m
: masa (kg)
r1
: jari-jari terpendek dari roda aduk
r2
: jari-jari terpanjang dari roda aduk
Besarnya daya motor listrik yang diperlukan untuk memutar keranjang aduk pada putaran 15 rpm adalah : P
2 x n xT2 60
P
2 x 15 rpm x 196 ,1 N 60 = 308,033 Watt
Dengan berbagai macam pertimbangan, faktor keamanan digunakan dalam perencanaan. Sehingga besarnya Daya Rencana adalah : Pd
= fc x P .......................................(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 7) = 1,2 x 308,033 Watt = 369,640 Watt = 0.37 KW
Dimana : Pd
: daya rencana (watt)
fc
: faktor koreksi
Sehingga besarnya daya motor listrik yang dibutuhkan untuk melakukan kerja adalah motor listrik dengan daya 0,37 KW dengan spesifikasi : Jenis
: motor 3 phasa 380 Volt
Daya
: 0,37 KW
Jumlah putaran : 930 rpm Frame No.
: 80
4.3 Reducer (Gear Box) Reduser berfungsi untuk mereduksi putaran tinggi yang berasal dari motor listrik sebelum diteruskan ke bagian selanjutnya. Pada perancangan mesin pengaduk cairan primer ini putaran yang diinginkan adalah 15 rpm pada putaran keranjang aduk. Diketahui : Putaran keranjang pengaduk yang diinginkan : 15 rpm Diameter roda keranjang aduk
: 0,550 m
Diameter puli
: 0,075 m
Dikarenakan roda keranjang aduk dan puli berputar bersinggungan maka kecepatan liniernya adalah sama, sehingga :
v1
v2
d1 n1 60
d 2 n2 60 0,075 n 2 60
0,550 15 60
0,393
0,004 n2
0,393 0,004
n2
= 98,25 rpm Rasio reduser untuk mereduksi putaran motor listrik dari 98,25 rpm adalah : Rasio reduser
n2 n3
98,25 930 1 9,466
930 rpm
menjadi
Dimana : kecepatan linier keranjang aduk (m/s)
v1
:
v2
: kecepatan linier puli (m/s)
n1
: kecepatan putar keranjang aduk (rpm)
n2
:
kecepatan putar puli (rpm)
n3
:
kecepatan putar motor listrik (rpm)
d1
: diameter roda keranjang aduk (m)
d2
: diameter puli (m)
karena reduser menggunakan rasio dengan kelipatan pembagi 10, yang mendekati rasio reduser 1 : 9,466 adalah : Tipe reduser : KA Size
: 60
Rasio
: 1/10
Dengan rasio reduser 1 : 10, maka kecepatan putar 930 rpm pada motor listrik menjadi 93 rpm pada reduser dan kecepatan linier pada keranjang aduk menjadi : d1 n1 60 0,550 n1 60
d 2 n2 60
0,075 98,25 60
0,029 n1 = 0,386 n1
0,386 0,029 = 13,3 rpm = 14 rpm
4.4 Perhitungan Poros Transmisi Dalam menentukan diameter poros harus dihitung pada saat poros tersebut bekerja menerima beban maksimal. Beban maksimal ini meliputi berat keranjang aduk, puli dan cairan primer GL-711 dalam kondisi penuh. 4.4.1 Torsi dan Momen Bending yang bekerja pada poros 1. Torsi yang bekerja pada poros Besarnya torsi yang dihasilkan oleh motor listrik dapat dihitung dengan asumsi daya yang ditransmisikan adalah daya normal. P
= 0,37 KW
Pd
= fc x P = 1,5 x 0,378 kw = 0,555 kw
Sehingga torsi yang dihasilkan oleh motor listrik pada putaran 15 rpm adalah : P
=
2 nT 60
T
=
P.60 2 n
=
555W .60 2 14
=
33.300W 87,965 rpm
= 378,560 Nm 2. Momen Bending yang bekerja pada poros Gaya yang bekerja pada poros dapat digambarkan sebagai berikut :
0,067 m
0,458 m
0,067 m
297,89 N
297,89 N
Gambar 4.1 Gaya dan Reaksi Pada Poros Gaya reaksi yang bekerja pada poros adalah sebagai berikut : MA = 0 = (FC x 0,067) + (FD x 0,525) - (RB x 0,592) Nm = (297,89 x 0,067 ) + (297,89 x 0,525) - (RB x 0,592) Nm = (19,959) + (156,392) - (RB x 0,592) Nm = (176,351) - (RB x 0,592) Nm RB =
176,351 Nm 0,592 m
= 297,89 N
MA =
MB = 0
RA = RB = 297,89 N 3. Momen bending pada tiap titik Momen bending pada titik A MA = 0 Momen bending pada titik C MC
= RA x 0,067 m = 297,89 N x 0,067 m = 19,958 Nm
Momen bending pada titik D MD = RA x 0,525 - FC x 0,458 Nm = 297, 89 x 0,525 – 297,89 x 0,458 Nm = 156,392 –136,434 Nm = 19,958 Nm Momen bending pada titik B MB = RA x 0,592 - FC x 0,525 - FD x 0,067 Nm = 297,89 x 0,592 – 297,89 x 0,525 – 297,89 x 0,067 Nm = 176,351 – 156,392 – 19,959 Nm = 0 Nm
19,958 Nm
19,958 Nm
Gambar 4.2 Momen Bending Pada Tiap Titik 4.4.2 Perhitungan diameter poros berdasarkan momen puntir equivalent Besarnya momen puntir equivalent pada poros dapat dihitung dengan memperhatikan besarnya momen bending yang bekerja pada poros dan torsi yang dihasilkan oleh motor listrik, yang besarnya : Te =
M2
T 2 ................(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 417) 2
=
19,958
=
398,322
=
143.705,997 Nm
378,560
2
Nm
143.307,674 Nm
= 379,085 Nm dimana : Te
: Momen puntir equivalent Nm
M
: Momen bending Nm : diambil yang terbesar dari hasil perhitungan = 19,958 Nm
Bahan yang digunakan untuk poros adalah S35C-D yang memiliki tegangan tarik t
= 53 kg/mm2. = 5,3 x 108 N/m2
Besarnya tegangan geser untuk bahan poros : = 0,5 x
s
t
……………….........(Sularso, Elemen Mesin, Hal : 299)
= 0,5 x 5,3 x 108 N/m2 = 2,65 x 108 N/m2 Dimana : s
: tegangan geser N/m2
t
: tegangan tarik N/m2
Sehingga besarnya diameter poros berdasarkan momen puntir equivalent adalah : Te =
d3 =
d3 (mm3) =
=
16
. s .d 3
Te x16 .x.
s
379,085 Nm x16 .x.2,65.108 6.065,36 Nm m3 832.522.053,2
d3 = 0,00000286 m3 d = 0,0194 m = 19,4 mm ~ 20 mm
4.4.3 Perhitungan diameter poros berdasrkan momen bending equivalent Besarnya momen bending equivalent yang terjadi pada poros adalah : Me
=
1 M 2
M2
T 2 ………………………………………………
…………………...........(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 417) Me =
1 (19,958 Nm 2
19,958 Nm
=
1 (19,958 Nm 2
398 ,322 Nm
=
1 (19,958 Nm 379 ,086 Nm) 2
=
1 (399 ,044 ) Nm 2
2
2
378 ,560 Nm )
143 .307 ,674 Nm
= 199,522 Nm dimana : Me
= momen bending equivalent (Nm)
Tegangan bengkok untuk bahan poros S35C-D adalah : max = 53 kg/mm2
t
= 5,3 x 108 N/m2 b
=
1 . 0,7
=
1 x5,3.108 Nm 0,7
t
max....................(G. Niemann, Elemen Mesin, Hal : 53)
= 7,57 x 108 Nm dimana : = Tegangan bengkok Nm Diameter poros berdasarkan momen bending equivalent adalah : b
Me =
32
b
x d 3 ………......(R.S. Khurmi, Machine Design, Hal : 417)
d3 =
M e x 32 x b
d3 =
199,522 Nm x 32 x 7,57.108
=
6.384,704 23,78.108
d3 = 0.0000027 m3 d = 0,0139 m d = 13,9 mm ~ 14 mm Diameter yang digunakan adalah diameter dengan hasil perhitungan yang terbesar berdasarkan momen puntir equivalent yaitu d = 20 mm. 4.5 Kopling Bush Untuk menyatukan poros motor listrik dengan poros reduser dibutuhkan sebuah komponen yang dinamakan kopling. Kopling yang digunakan pada perancangan mesin ini adalah kopling bush. Selain itu kopling juga berfungsi untuk memindahkan daya dari poros motor listrik ke poros reduser. Panjang kopling bush L = 3d + 0,035 m = (3 x 0,020 m) + (0,035 m) = 0,095 m = 95 mm Tebal kopling bush t = (0,4 . 0,02 m) + (0,010 m) = 0,018 m = 18 mm
dimana : L
= Panjang kopling bush (m)
t
= tebal kopling bush (m)
d
= diameter poros (m)
4.6 Baut Kopling Bush Baut ini digunakan untuk mengikat atau mengunci kopling bush pada poros motor listrik dan poros transmisi. Baut yang digunakan terbuat dari bahan S55C dengan tegangan tarik
t
= 66 kg/mm2 (6,60.108 N/m2 )
Besarnya tegangan geser pada baut : s
= 0,75 x
t
= 0,75 x 6,60.108 N/m2 = 4,95.108 N/m2 Te ……..(Hall, Holowenko Machine Design, Hal : 138) b.L.r
s
karena yang digunakan adalah baut, maka diameter core yang diperlukan untuk mengunci kopling bush pada poros motor listrik adalah :
Te s 2
4
.d c .r
sehingga besarnya diameter core : dc
2
4.Te s . .r.n
4 x 379,085 Nm 4,95.108 N / m 2 x x 0,01m x 2 1.516 ,34 Nm 3 3,11 .10 7 Nm
= 0,0000487 m2 dc = 0,00697 m
dc = 6,9 mm Dengan menggunakan table, diameter core standar 6,9 mm adalah ukuran untuk baut M8. 4.7 Bantalan Poros Transmisi Pada perencanaan mesin ini digunakan bantalan tipe single row deep grove ball bearing dengan nomor bearing 204. Tipe ini mempunyai diameter bore 0,02 m (20 mm), kapasitas beban statis 6550 N, dan kapasitas beban dinamis 10.000 N. 1. Perhitungan Beban Equivalent Masa yang ditumpu oleh bantalan adalah : mtotal = mcairan + mkeranjang aduk + mroda + mporos pengikat + mpuli+ mporos transmisi mporos transmisi
2x
2x
4
4
d2 L x ρ
0,020 2 x 0,670 m3 x 7,9.10 3 kg/m3
= 4,21.10-4 m3 x 7,9.10 3 kg/m3 = 3,326 kg mtotal = mcairan + mkeranjang aduk + mroda + ,mporos pengikat+ mpuli + mporos transmisi = (17,1 + 17,965 + 17,538 + 1,607 + 5,395 +3,326) kg = 62,931 kg Besarnya beban equivalent yang ditumpu oleh bantalan gelinding : We
= X.V.Wr + Y Wa = (0,56 x 1 x 629,931N) + (0 x 0) = 352,76 N
2. Faktor Kecepatan Bantalan
fn
33,3 n
fn
33,3 14
fn
2,379
1 3
1 3
1 3
= 1,33 3. Faktor Umur Bantalan fh
fn
C P
= 1,33 x
6550 N 352 ,76 N
= 24,695 4. Umur Nominal Bantalan Lh
500 f h
3
= 500 x (24,695)3 jam = 7.530.036 jam 4.8 Perhitungan tegangan pada batang rangka Karena penulis tidak memfokuskan pada pembahasan mengenai rangka secara terperinci, maka perhitungan hanya dilakukan pada salah satu bagian rangka saja dengan berasumsi : 1. Beban terbagi rata 2. Semua gaya yang bekerja dianggap vertikal 3. Rangka yang digunakan dari siku (40 x 40 x 3 )mm
1.Beban yang dipikul oleh rangka mtotal = m1 + m2 = 62,931 kg + 5 kg = 67,931 kg Dimana : m1
: beban yang ditumpu oleh bantalan
m2
: beban 4 set ball bearing beserta rumahnya : 5 kg (asumsi)
2. Gaya geser tegak maksimum Q=
=
Wtotal 2
679 ,31 N = 339,655 N 2
3.Pada titik geser nol momen lentur maksimum adalah M=
Wtotal x L 12
=
679 ,31 N x 0,680 m 12
=
461,931 Nm 12
= 38,494 Nm = 38,5 Nm
Momen inersia terhadap sumbu netral
Gambar 4.3 Profile Baja Siku 40x40x3 mm A1 = 0,003 m x 0,037 m = 0,000111 m2 = 111 mm2 A2 = 0,003 m x 0,0 40 m = 0,00012 m2 = 120 (mm2) Y1 = 0,003 m +
0,037 m 2
= 0,0215 m = 21,5 mm Y2 =
0,003 m 2
= 0,0015 m = 1,5 mm Y =
A1 x Y1 A2 x Y2 A1 A2
=
(111 mm 2 x 21,5 mm ) (120 mm 2 x 1,5 mm ) 111mm 2 120 mm 2
=
2.566 ,5 mm 3 231 mm 2
= 11,11 mm = 0,0111 m
Ix =
=
bh 3 12
Y2 A
3 x 37 3 12
3 x 37 3 = 12
40 x 33 12
(9,61) 2 120 mm4
40 x 33 (10,39) 111 + 12
(9,61) 2 120 mm4
(10,39) 2 111 +
2
= (12.663,25 + 11.982,683) + (90 + 11.082,252) mm4 = 24.645,933 + 11.172,252 = 35.818,185 mm4 Iy =
bh 3 12
=
3 7 x 33 40 x 33 + 12 12
=
999 1080 + 12 12
mm4
mm4
= (83,25) + (90) mm4 = 173,25 mm4 4. Tegangan geser maximum
F B bh 2 2 2 (H h ) s (maks) = I xb 8 8
=
67 ,902 40 bh 2 (40 2 37 2 ) 173 ,25 x 3 8 8
= 130,364 x (1.155 + 513,375) kg/mm2 = 130,364 x (1.668,375) kg/mm2 = 217.962,481 kg/mm2 = 2,18.106 N/mm2
kg/mm2
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan Mesin pengaduk cairan primer GL-711 dengan kapasitas 15 liter ini merupakan alat yang dibuat dengan teknologi sederhana. Meskipun demikian alat ini mempunyai manfaat yang cukup besar sehingga dapat membantu menyiapkan material yang siap untuk diproses pada Sub Departemen Flocking. Mesin pengaduk cairan primer secara keseluruhan mempunyai dimensi 893 x 680 x 890 mm (panjang x lebar x tinggi). Rangka meja mesin ini terbuat dari baja siku ukuran 40 x 40 x 3 mm. Mesin ini terdiri dari empat komponen utama yaitu : unit daya (motor listrik dan panel kontrol), unit transmisi (reduser, kopling bush), unit pengaduk (keranjang aduk, puli, bantalan, poros) dan unit rangka. Motor listrik yang digunakan adalah motor listrik dengan 3 phase dengan no. frame 80 yang memiliki daya 0,5 hp. pada putaran 930 rpm. Reduser yang digunakan tipe KA dengan rasio 1 : 10. Bantalan yang dipakai single row deep groove ball bearing no. 204 dengan rumah bantalan (pillow block) tipe UCP 204.
5.2 Saran-saran 1. Untuk menjamin keamanan, penggunaan mesin harus sesuai dengan spesifikasi yang telah ditetapkan. 2. Pelumas yang dipakai untuk bearing adalah pelumas padat dan dilakukan dua minggu sekali untuk pemakaian terus menerus. 3. Jika tejadi kerusakan pada komponen mesin segera lakukan perbaikan. 4. Perhatikan keselaman kerja pada saat mengoperasikan mesin ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Gupta J.K, R.S. Khurmi. A Text Book of Machine Design, New Delhi, Eurasia Publishing House (Pvt) Ltd, Ram Nagar, 1982. 2. Hall, Hollowenko, Laughlin. Machine Design, Singapore, Schaum Outline Series Mc Graw Hill Book Company Co, 1982. 3. Niemann G, Anton B, dkk. Elemen Mesin Jilid I, Jakarta, Erlangga,1994. 4. Petruzella, Frank D. Elektronik industri,Yogyakarta, Andi, 1996. 5. Sularso, Suga Kiyokatsu. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Jakarta, PT. Pradnya Paramita, 1991. 6. Wahyudi, Iwan. Rancang Bangun Mesin Pengaduk (Mixer) Bahan Olah Daging Bakso, Jakarta, Universitas Mercu Buana, 2007.
