50 REKAYASA MIXER PEMBUAT PUPUK ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI PROYEK AKHIR Diajukan untuk memenuhi persyaratan guna memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md) Program Studi DIII Teknik Mesin Disusun oleh : JOKO SETYAWAN I 810609 PROGRAM DIPLOMA III MESIN PRODUKSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 010
51 REKAYASA MIXER PEMBUAT PUPUK ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI PROYEK AKHIR Diajukan untuk memenuhi persyaratan guna memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md) Program Studi DIII Teknik Mesin Disusun oleh: JOKO SETYAWAN I 810609 PROGRAM DIPLOMA III MESIN PRODUKSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 010
5 HALAMAN PERSETUJUAN REKAYASA MIXER PEMBUAT PUPUK ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI Disusun Oleh : JOKO SETYAWAN I 810609 Proyek Akhir ini telah disetujui untuk diajukan dihadapan Tim Penguji Tugas Akhir Program Studi D-III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Pembimbing I Pembimbing II Dr.Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 1971013 19970 1 001 Eko Prasetya Budiana, ST., MT NIP. 1971096 1999031 00
53 HALAMAN PENGESAHAN REKAYASA MIXER PEMBUAT PUPPUK ORGANIK KOTORAN SAPI Disusun oleh : Nama : Joko Setyawan NIM : I810609 Telah dipertahankan dihadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada : Hari : Tanggal : No. Nama 1. Dr.Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 1971013 19970 1 001. Eko Prasetya Budiana, ST., MT NIP. 1971096 1999031 00 3. Eko Surojo, ST., MT NIP. 19690411000031006 ( ) ( ) ( ) 4. Bambang Kusharianta, ST., MT NIP. 1969111619970 1 001 ( ) Mengetahui, Ketua Program D-III Teknik Fakultas Teknik UNS Disahkan, Koordinator Proyek Akhir Fakultas Teknik UNS Zainal Arifin, S.T., M.T. Jaka Sulistya Budi, S.T. NIP. 19730308 00003 1 001 NIP. 19671019 199903 1 001
54 HALAMAN MOTTO Manusia sepantasnya berdoa dan berusaha, walau Tuhan yang menentukan. Wujudkan cita-cita disertai tekad dan usaha yang keras. Tak ada suatu rencana yang tak dapat terwujud kala kita punya keyakinan dan mengubah cara pandang kita, semua itu dapat terwujud karena tekad semangat dan keyakinan. keberhasilan ialah sebagian rasa bahagia di dunia ini. Dapat meraih keberhasilan bersama teman adalah rasa bahagia yang luar biasa. Kegagalan merupakan sebuah peringatan atas kesalahan kita dalam mewujudkan cita-cita. Orang yang mengabaikan orang lain lambat laun akan mengabaikan dirinya sendiri.
55 PERSEMBAHAN Sebuah hasil karya yang kami buat demi menggapai sebuah cita-cita, yang ingin saya persembahkan kepada: Umi yang saya sayangi dan cintai yang telah memberi dorongan moril maupun meteriil serta semangat sehingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Ade`-ade`saya yang saya sayangi, makasih atas kritikan-kritika penyemangat kalian. Tole ku AD 5118 GT yang setia menemaniku kemana pun. Kantin Pak Min selalu dihati. Saino resto yang menyenangkan.. Teman-teman dan semua yang selalu memberi dukungan, terima kasih banyak. Fakultas Teknik, terima kasih banyak. Ade -ade angkatanku, tingkatkan mutu dan kualitas diri, jangan pernah menyerah!!!
56 PERSEMBAHAN Saya Persembahkan Kepada : v Umi tercinta. v Adik dan keluarga yang tersayang. v Teman teman yang memberi dukungan. v Fakultas Teknik
57 ABSTRAKSI JOKO S, 010, REKAYASA MIXER PEMBUAT PUPUK ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI, Proyek Akhir, Program Studi, Diploma III Mesin Produksi, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pondok pesantren Abdurrahman Bin Auf di klaten mempunyai peternakan sapi cukup banyak, sehingga menghasilkan kotoran yang banyak. Kotoran ini dikumpulkan dan digunakan untuk pemembuatan biogas. Sisa kotoran hasil biogas dimanfaatkan untuk pembuatan pupuk pertanian. Proyek Akhir ini bertujuan untuk merencanakan, membuat, dan menguji mesin mixer sebelum pelletisasi untuk keperluan homogenisasi pupuk kotoran sapi. Metode dalam perancangan mesin ini adalah studi pustaka dan pengujian alat. Alat ini memiliki bagian utama yaitu tabung pengaduk bersudu. Untuk mentransmisikan daya dari motor ke reducer menuju ke poros melalui puli, V- belt, juga gear dan rantai. Proses pembuatannya melalui beberapa tahapan yaitu pemotongan, pembubutan, pengelasan, pelubangan dan perakitan komponen. Dari hasil perancangan dan pembuatan mesin mixer didapatkan mesin dengan spesifikasi sebagai berikut: diameter poros 4 mm, diameter tabung 550 mm, panjang tabung 800 mm, keliling lubang masukan 690 mm. Dari uji alat yang dilakukan mesin mixer ini dapat mencetak homogenisasi pupuk kotoran sapi dengan kapasitas 10 kg/jam.
58 KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Tuhan YME. yang memberikan limpahan rahmat, karunia dan hidayah-nya, sehingga laporan Proyek Akhir dengan judul REKAYASA MIXER PEMBUAT PUPUK ORGANIK LIMBAH KOTORAN SAPI ini dapat terselesaikan dengan baik tanpa halangan suatu apapun. Proyek Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan kelulusan bagi mahasiswa DIII Teknik Mesin Produksi Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dalam laporan ini, penulis menyampaikan banyak terima kasih atas bantuan semua pihak, sehingga laporan ini dapat disusun. Penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Zainal Arifin, ST.,MT Selaku ketua program DIII Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret.. Bapak Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT. Selaku pembimbing Proyek Akhir I. 3. Bapak Eko Prasetya Budiana, ST., MT Selaku pembimbing Proyek Akhir II. 4. Bapak Jaka Sulistya Budi, ST. Selaku Koordinator Proyek Akhir. 5. Bapak dan Ibu di rumah atas segala bentuk dukungan dan doanya. 6. Rekan-rekan mahasiswa D III Produksi dan Otomotif angkatan 006. 7. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis menyadari dalam penulisan laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari pembaca sangat dinantikan. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan bagi pembaca bagi pada umumnya. Amin. Surakarta, Januari 010 Penulis
59 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii HALAMAN PENGESAHAN... iii HALAMAN MOTTO... iv PERSEMBAHAN...v ABSTRAKSI...vi KATA PENGANTAR...vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR...x DAFTAR TABEL... xi DAFATAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN...1 1.1. Latar Belakang... 1 1.. Perumusan Masalah... 1.3. Batasan Masalah... 1.4. Tujuan Proyek Akhir... 1.5. Manfaat Proyek Akhir... 1.6. Metode Pemecahan Masalah...3 BAB II DASAR TEORI... 4.1. Puli dan Sabuk...4.. Bantalan...8.3. Poros... 9.4. Statika...11.5. Proses Pengelasan...15.6. Proses Permesinan... 17.7. Pemilihan Mur dan Baut...19 BAB III ANALISA PERHITUNGAN...1 3.1. Prinsip Kerja... 1 3.. Perhitungan dan Analisis... 3..1. Menentukan Poros Motor...
60 3... Perencanaan Reduksi Putaran... 3 3..3. Perhitungan Rantai dan Sprocket...6 3..4. Perencanaan Porros...9 3..5. Diagram Porros...30 3..6. Perhitungan Rangka... 36 3.3. Perencanaan Mur dan Baut...41 3.3.1. Baut Pada Dudukan Motor...41 3.3.. Baut Pada Dudukan Reducer... 44 3.4. Perencanaan Bantalan...46 3.5. Perhitungan Las...47 BAB IV PROSES PRODUKSI... 50 4.1. Pembuatan Poros...50 4.. Waktu Permesinan...51 4.3. Membuat Rangka... 54 4.4. Proses Pengecatan...55 4.5. Perakitan...55 4.6. Estimasi Biaya... 57 4.7. Perawatan Mesin...59 BAB V PENUTUP...61 5.1. Kesimpulan... 61 5.. Saran...61
61 DAFTAR GAMBAR Gambar.1. Gambar sabuk dan sudut kontak puli (Khurmi dan Gupta, 00)...1 Gambar.. Jenis-jenis bantalan gelinding (Sularso dan Gupta, 1978)... Gambar.3. Sketsa prinsip statika kesetimbangan (Popov, 1996)...3 Gambar.4. Sketsa gaya dalam (Popov, 1996)...4 Gambar.5. Sketsa reaksi tumpuan rol (Popov, 1996)...5 Gambar.6. Sketsa reaksi tumpuan sendi (Popov, 1996)...6 Gambar.7. Sketsa reaksi tumpuan jepit (Popov, 1996)...1 Gambar 3.1. Sketsa mesin rekayasa Mixer... Gambar 3.. Skema pembebanan pada poros...3 Gambar 3.3. Potongan yang dianalisa...4 Gambar 3.4. Potongan X-X (C-A)...5 Gambar 3.5. Potongan Y-Y (A-D)...6 Gambar 3.6.Potngan A-A (B-E)...1 Gambar 3.7. Potongan Z-Z (B-D)... Gambar 3.8. Diagram Gaya Normal...3 Gambar 3.9. Diagram Gaya Geser...4 Gambar 3.10. Diagram Momen Lentur...5 Gambar 3.11. Pembebanan pada salah satu rangka...6 Gambar 3.1. Analisa pembebanan salah ssatu ranngka...1 Gambar 3.13. Diagram gaya geser (A-E-B)... Gambar 3.14. Diagram momen lentur (A-E-B)...3 Gambar 3.15. Diagram gaya pada rangka...4 Gambar 3.16. Diagram gaya normal...5 Gambar 3.17. Diagram pembebanan pada batang A-C...6 Gambar 3.18. SFD batang A-C...1 Gambar 3.19. NFD batang A-C... Gambar 3.0. BMD batang A-C...3 Gambar 4.1. Poros transmisi...4 Gambar 4.. Konstruksi rangka...5
6 DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Kecepatan pahat HSS (mm/menit)...1 Tabel 4.. Kecepatan pemakanan pahat (mm/rev)... Tabel 4.3. Daftar harga komponen mesin...3 Tabel 4.4. Daftar harga komponen cat...4 Tabel 4.5. Daftar harga pengerjaan...5
63 DAFTAR NOTASI A luas penampang (mm ). b d F i L l tebal roda gigi (mm). diameter (mm). gaya (N). jumlah langkah pemakanan. panjang pembubutan (mm). jarak (mm). M momen (kg.m). m modul (mm). Me momen ekivalen (kg.m). N,n kecepatan putaran (rpm). P r s T daya motor (watt). jari-jari (mm). kecepatan pemakanan (mm/rev). torsi (kg.m). Te torsi ekivalen (kg.m). T G jumlah gigi gear. T P jumlah gigi pinion. v kecepatan (m/s). WA beban aksial pada gigi (N). WT beban tangensial pada gigi (N). y faktor pinion. z jumlah gigi pahat frais. a sudut kemiringan gigi (derajat). σ tegangan tekan (N/mm ). s tegangan kerja ijin (N/mm ). w s beban statis ijin (N/mm ). o τ tegangan geser (N/mm ). q sudut kontak (derajat)
64 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Tabel L1.1. Tipe sabuk 64 Table L1.. Kekuatan sabuk 64 Table L1.3. Material sabuk 64 Lampiran Panjang sabuk menurut IS : 494-1974 65 Lampiran 3 Tabel data sabuk 66 Lampiran 4 Kekuatan bahan 67 Lampiran 5 Ukuran pasak dan alur pasak 68 Lampiran 6 Profil siku 69 Lampiran 7 Ukuran Baut 70 Lampiran 8 Tipe Bantalan 71 Lampiran 9 Tabel L9.1 Besar factor X R, Y T beban ekivalen untuk beban statis bantalan menurut IS : 384-1984 7 Tabel L9.. Kecepatan putaran spindle 7 Tabel L9.3. Faktor safety 7 Lampiran 10 Tabel L10.1. Table permesinan 73 Tabel L10.. Tabel kecepatan pemotongan 73 Lampiran 11 Standar values for cutting speeds angles specific cutting force 74 Lampiran 1
Tables Cutting speed v Feed s Colents 75 Lampiran 13 Ukuran bearing 76 Lampiran 14 Besar factor X R, Y T beban ekivalen untuk beban dinamis bantalan 77 Lampiran 15 Tabel L15.1. Value of service factor (Ks) 78 Tabel L15.. Kekuatan Sambungan Las 78... 65
66 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Berdasarkan peninjauan di lapangan pada Pondok Pesantren Abdurrahman Bin Auf yang memiliki luas lahan kurang lebih mencapai lima hektar mempunyai beberapa unit usaha, diantaranya peternakan ayam, dan peternakan sapi. Pondok Pesantren berkapasitas 10 orang santri ini memiliki sekitar 4.000 ekor ayam dan 100 ekor sapi yang dipisahkan dalam empat kandang ayam dan dua kandang sapi. Dengan jumlah sapi mencapai 100 ekor, volume kotoran yang dihasilkan sekitar.360 kg/hari. Kotoran ini dikumpulkan dan digunakan untuk membuat biogas. Sisa kotoran setelah dibuat biogas digunakan untuk pupuk pertanian. Sebagian pupuk ini digunakan sendiri dan yang lain dijual. Penggunaan pupuk ini masih dalam bentuk serbuk, sehingga menimbulkan beberapa masalah antara lain: pemerataan pupuk dalam bentuk ini dirasa kurang begitu mudah dan berdebu. Permasalahan pemerataan dan berdebu ini dapat diatasi dengan mengolahnya menjadi pellet. Pembuatan pellet membutuhkan teknologi dan mesin-mesin tepat guna. Pembuatan pellet adalah proses mengkompresikan kotoran sapi berbentuk serbuk untuk menghasilkan pupuk yang berbentuk silindris. Namum sebelum proses peletisasi kotoran sapi harus dicampur dengan cairan tetes tebu menggunakan mesin mixer. Mesin mixer memberikan keuntungan dalam pencampuran cairan tetes tebu dengan kotoran sapi lebih efisien waktu dan lebih merata. Sehingga hasil pupuk yang dibuat semakin berkualitas tinggi bagi tanaman. Beberapa keuntungan ini yang mendorong kami untuk membuat mesin mixer.
67 1.. Perumusan Masalah Perumusan masalah dalam proyek akhir ini adalah bagaimana merancang, membuat, dan menguji mixer dengan tabung yang berputar dengan penggerak motor bensin yang sederhana dan efektif. Masalah yang akan diteliti meliputi: 1. Cara kerja mesin.. Pemilihan bahan dalam proses pembuatan komponen mesin. 3. Analisa perhitungan mesin. 4. Perkiraan perhitungan biaya. 5. Pembuatan mesin. 6. Pengujian campuran kotoran sapi dengan tetes tebu. 1.3. Batasan Masalah Batasan masalah pada proyek akhir ini adalah: 1. Perhitungan dibatasi hanya pada komponen mesin yang meliputi: perhitungan putaran rantai, roda gigi, poros, bantalan, kekuatan rangka, dan kekuatan las.. Daya motor yang digunakan 5,5 HP. 3. Kapasitas volume tabung adalah 40 Kg 1.4. Tujuan Proyek Akhir Tujuan dari proyek akhir ini adalah supaya mahasiswa dapat merancang,membuat, dan menguji mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi untuk dimanfaatkan sebagai usaha yang berguna. 1.5. Manfaat Proyek Akhir Proyek akhir ini mempunyai manfaat sebagai berikut : 1. Secara Teoritis Mahasiswa dapat memperoleh pengetahuan tentang perencanaan, pembuatan, dan pengujian alat rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi sistem putar drum sentrifugal.
68. Secara Praktis Mahasiswa dapat menerapkan ilmu yang diperoleh selama kuliah khususnya dalam bidang mata kuliah kerja bangku dan plat, permesinan, mekanika teknik, elektronika, dan elemen mesin serta mengetahui karakteristik setiap komponen yang digunakan beserta cara kerjanya. 1.6. Metode Pemecahan Masalah Dalam penyusunan laporan ini penulis mengunakan beberapa metode untuk merancang rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi antara lain: a. Studi pustaka. Yaitu data diperoleh dengan merujuk pada beberapa literatur sesuai dengan permasalahan yang dibahas. b. Pengujian alat. Yaitu dengan melakukan beberapa kali percobaan/pembuatan langsung untuk mendapatkan mesin dengan spesifikasi yang dikehendaki.
69 BAB II DASAR TEORI.1 Puli dan Sabuk Puli merupakan salah satu elemen dalam mesin yang mereduksi putaran dari motor bensin menuju reducer, ini juga berfungsi sebagai kopling putaran motor bensin dengan reducer. Puli dapat terbuat dari besi cor, baja cor, baja pres, atau aluminium (Khurmi dan Gupta, 00). Sabuk berfungsi sebagai alat yang meneruskan daya dari satu poros ke poros yang lain melalui dua puli dengan kecepatan rotasi sama maupun berbeda. Tipe sabuk antara lain: sabuk flat, sabuk V, dan sabuk circular. Faktor-faktor dalam perencanaan sabuk (Khurmi dan Gupta, 00) : 1. Perbandingan kecepatan Perbandingan antara kecepatan puli penggerak dengan puli pengikut ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 00) : N D 1.....(.1 ) N 1 D dengan: D 1 D N 1 N Diameter puli penggerak (mm) Diameter puli pengikut (mm) Kecepatan puli penggerak (rpm) Kecepatan puli pengikut (rpm)
70 c T DP1 T1 Dp Gambar.1. Panjang sabuk dan sudut kontak pada sabuk terbuka (Khurmi dan Gupta, 00). Perhitungan panjang sabuk Perhitungan panjang sabuk ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978) : L C + π/ ( Dp + dp ) + ¼c ( Dp dp )²...(. ) dengan: L Panjang sabuk ( cm ) C Jarak sumbu poros ( m ) Dp Diameter puli besar ( m ) dp Diameter puli kecil ( m ) 3. Jarak antara kedua poros Perhitungan jarak kedua poros ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978) : C b + dimana : ( ) b - 8 D p - d p 8... (.3 ) b h 3,14 ( Dp dp )...(.4 ) 4. Sudut singgung sabuk dan puli Perhitungan sudut singgung sabuk dan puli ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 00) : r r sin α - 1...(.5 ) X dengan : α Sudut singgung sabuk dan puli ( ) R Jari-jari puli besar ( m )
71 r Jari-jari puli kecil ( m ) 5. Sudut kontak puli Perhitungan sudut kontak puli ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 00) : q ( 180 +.α ) π/180...(.6 ) q Sudut kontak puli ( ) 6. Kecepatan sabuk Perhitungan kecepatan sabuk ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 00) : p. d. n V 60 dengan : d Diameter puli roll ( m ) n Putaran roll ( rpm ) 7. Gaya sentrifugal ( m/s )...(.7 ) Perhitungan gaya sentrifugal ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 00) : Tc m. ( V )²... (.8 ) dengan : Tc Tegangan sentrifugal m Massa sabuk ( kg/m ) V Kecepatan keliling sabuk ( m ) 8. Besarnya gaya yang bekerja pada sabuk V Perhitungan gaya gaya yang bekerja pada sabuk V ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 00) : Tt 1 -Tc,3 log mq...(.9 ) T -Tc t T t1 Tegangan total sisi kencang (N) T t Tegangan total sisi kendor (N) m Koefisien geser antara sabuk dan puli q Sudut kontak puli (rad) 9. Perhitungan Penggunaan Jumlah Sabuk
7 Perhitungan penggunaan jumlah sabuk ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 00) : Ps ( T 1 T ). V...(.10 ) P Ps : daya yang ditransmisikan sabuk ( watt ) T 1 F1 : gaya tegang sabuk sisi kencang ( kg ) T F : gaya tegang sabuk sisi kendor ( kg ) V Kecepatan linier ( m/s ) 10. Jumlah Sabuk Yang Diperlukan Perhitungan jumlah sabuk yang diperlukan ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978): P d N... (.11 ) P s Dengan : P d : Daya motor (watt) P s : Daya yang ditransmisikan sabuk (watt) 11. Menentukan banyaknya gigi sprocket Perhitungan untuk menentukan banyaknya gigi sproket ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978): n Z 1. 1 Z... (.1 ) n dengan : Z Jumlah gigi sprocket pada poros I (penggerak) Z 1 n 1 n Jumlah gigi sprocket pada poros II (yang digerakkan) Putaran pada poros I (rpm) Putaran pada poros II (rpm) 1. Menentukan Diameter Jarak Bagi Sprocket Perhitungan untuk menentukan diameter jarak bagi sproket ditulis dengan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1978): p dp...(.13 ) sin ( 180 0 / Z ) 1
73 p Dp... (.14 ) sin ( 180 0 / Z ) dengan : dp Diameter lingkaran jarak bagi sprocket poros I (mm) Dp P Diameter lingkaran jarak bagi sprocket poros II (mm) Jarak bagi rantai (mm) Z Z 1. Bantalan Jumlah gigi sprocket pada poros I Jumlah gigi sprocket pada poros II Bantalan adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros yang berbeban dan mengurangi gesekan pada poros, sehingga putaran poros dapat berlangsung secara halus. Pelumas digunakan untuk mengurangi panas yang dihasilkan dari gesekan tersebut. Secara garis besar bantalan dapat diklasifikasikan menjadi jenis yaitu (Sularso dan Suga, 1987): 1. Bantalan Luncur Pada bantalan ini terjadi gesekan antara poros dengan bantalan yang dapat menimbulkan panas yang besar sehingga untuk mengatasi hal tersebut diberikan lapisan pelumas antara poros dengan bantalan (Sularso dan Suga, 1987).. Bantalan Gelinding Pada bantalan gelinding ini terjadi gesekan antara bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding, sehingga gesekan yang terjadi menjadi lebih kecil. Berdasarkan arah beban terhadap poros bantalan dibagi menjadi 3 macam yaitu (Sularso dan Suga, 1987): 1. Bantalan radial Pada bantalan ini arah beban adalah tegak lurus dengan sumbu poros.. Bantalan aksial Pada bantalan ini arah beban adalah sejajar dengan sumbu poros.
74 3. Bantalan gelinding khusus Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros. Gambar.. Jenis-jenis bantalan gelinding (Sularso dan Suga, 1978).3 Poros Poros merupakan bagian yang berputar, dimana terpasang elemen pemindah gaya, seperti roda gigi, bantalan dan lain-lain. Poros bisa menerima beban-beban tarikan, lenturan, tekan atau puntiran yang bekerja sendiri-sendiri maupun gabungan satu dengan yang lainnya. Kata poros mencakup beberapa variasi seperti shaft atau axle (as). Shaft merupakan poros yang berputar dimana akan menerima beban puntir, lenturan atau puntiran yang bekerja sendiri maupun secara gabungan. Sedangkan axle (as) merupakan poros yang diam atau berputar yang tidak menerima beban puntir (Khurmi dan Gupta, 00). Jenis poros yang lain (Sularso dan Suga, 1987) adalah jenis poros transmisi. Poros ini akan mentransmisikan daya meliputi kopling, roda gigi, puli, sabuk, atau sproket rantai dan lain-lain. Poros jenis ini memperoleh beban puntir murni atau puntir dan lentur.
75 Untuk merencanakan suatu poros maka perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1987): 1. Kekuatan Poros. Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau gabungan antara puntir dan lentur, juga ada poros yang mendapatkan beban tarik atau tekan. Oleh karena itu, suatu poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-beban di atas.. Kekakuan Poros. Meskipun suatu poros mempunyai kekuatan cukup tetapi jika lenturan puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian atau getaran dan suara, karena itu disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani poros tersebut. 3. Korosi. Baja tahan korosi dipilih untuk poros. Bila terjadi kontak fluida yang korosif maka perlu diadakan perlindungan terhadap poros supaya tidak terjadi korosi yang dapat menyebabkan kekuatan poros menjadi berkurang. 4. Bahan Poros. Poros untuk mesin biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan finishing, baja konstruksi mesin yang dihasilkan dari ingot yang di cill (baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilikon dan dicor, kadar karbon terjamin). Meskipun demikian, bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang. Poros-poros untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan terhadap keausan. Pertimbangan-pertimbangan yang digunakan untuk poros menggunakan persamaan sebagai berikut (Khurmi dan Gupta, 00): 1. Torsi 60 x P T...(.15) xp x N
76 Keterangan : T Torsi maksimum yang terjadi (kg.m). P Daya motor (W). N Kecepatan putaran poros (rpm).. Torsi ekivalen T e + M T... (. 16) Diameter poros : d 16 x T 3 e p. xt...(. 17) s Keterangan : T e Torsi ekivalen (kg.m). T Torsi maksimum yang terjadi (kg.m). M Momen maksimum yang terjadi (kg.m). t s Tegangan geser maksimum yang terjadi (kg/cm ). d Diameter poros (cm). 3. Momen ekivalen 1 M e [ M M + T ] Diameter poros : +...(.18 ) d 3 x M e 3 p xs b...(.19 ) Keterangan : M e Momen ekivalen (kg.m). s b Tegangan tarik maksimum yang terjadi (kg/cm )..4 Statika Statika adalah ilmu yang mempelajari tentang statika dari suatu beban terhadap gaya-gaya dan juga beban yang mungkin ada pada bahan tersebut. Dalam ilmu statika keberadaan gaya-gaya yang mempengaruhi sistem menjadi suatu obyek tinjauan utama dan meliputi gaya luar dan gaya dalam. Gaya luar adalah gaya yang diakibatkan oleh beban yang berasal dari luar sistem yang pada umumnya menciptakan kestabilan konstruksi.
77 Beban Reaksi Reaksi Reaksi Gambar.3. Sketsa prinsip statika kesetimbangan ( Popov, 1996 ) Jenis bebannya dibagi menjadi: 1. Beban dinamis adalah beban sementara dan dapat dipindahkan pada konstruksi.. Beban statis adalah beban yang tetap dan tidak dapat dipindahkan pada konstruksi. 3. Beban terpusat adalah beban yang bekerja pada suatu titik. 4. Beban terbagi adalah beban yang terbagi merata sama pada setiap satuan luas. 5. Beban terbagi variasi adalah beban yang tidak sama besarnya tiap satuan luas. 6. Beban momen adalah hasil gaya dengan jarak antara gaya dengan titik yang ditinjau. 7. Beban torsi adalah beban akibat puntiran. Gambar.4. Sketsa gaya dalam ( Popov, 1996 ) Gaya dalam dapat dibedakan menjadi : 1. Gaya normal (normal force) adalah gaya yang bekerja sejajar sumbu batang.. Gaya lintang/geser (shearing force) adalah gaya yeng bekerja tegak lurus sumbu batang.
78 3. Momen lentur (bending momen). Persamaan kesetimbangannya adalah (Popov, 1996): - Σ F 0 atau Σ Fx 0 Σ Fy 0 (tidak ada gaya resultan yang bekerja pada suatu benda) - Σ M 0 atau Σ Mx 0 Σ My 0 (tidak ada resultan momen yang bekerja pada suatu benda) 4. Reaksi. Reaksi adalah gaya lawan yang timbul akibat adanya beban. Reaksi sendiri terdiri dari : 1. Momen. (M) F x s...(.0) di mana : M Momen (N.mm). F Gaya (N). S Jarak (mm).. Torsi. 3. Gaya. 5. Tumpuan Dalam ilmu statika, tumpuan dibagi atas: 1. Tumpuan roll/penghubung. Tumpuan ini dapat menahan gaya pada arah tegak lurus penumpu, biasanya penumpu ini disimbolkan dengan. Reaksi Gambar.5. Sketsa reaksi tumpuan rol (Popov, 1996 ). Tumpuan sendi. Tumpuan ini dapat menahan gaya dalam segala arah.
79 Reaksi Reaksi Gambar.6. Sketsa reaksi tumpuan sendi (Popov, 1996) 3. Tumpuan jepit. Tumpuan ini dapat menahan gaya dalam segala arah dan dapat menahan momen. Momen Reaksi Reaksi Gambar.7. Sketsa reaksi tumpuan jepit (Popov, 1996) 4. Diagram gaya dalam. Diagram gaya dalam adalah diagram yang menggambarkan besarnya gaya dalam yang terjadi pada suatu konstruksi. Sedang macam-macam diagram gaya dalam itu sendiri adalah sebagai berikut (Popov, 1996) : 1. Diagram gaya normal (NFD), diagram yang menggambarkan besarnya gaya normal yang terjadi pada suatu konstruksi.. Diagram gaya geser (SFD), diagram yang menggambarkan besarnya gaya geser yang terjadi pada suatu konstruksi. 3. Diagram moment (BMD), diagram yang menggambarkan besarnya momen lentur yang terjadi pada suatu konstruksi..5 Proses Pengelasan Dalam proses pengelasan rangka, jenis las yang digunakan adalah las listrik DC dengan pertimbangan akan mendapatkan sambungan las yang kuat.
80 Pada dasarnya instalasi pengelasan busur logam terdiri dari bagian bagian penting sebagai berikut (Kenyon, 1985): 1. Sumber daya, yang bisa berupa arus bolak balik (ac) atau arus searah (dc).. Kabel timbel las dan pemegang elektroda. 3. Kabel balik las (bukan timbel hubungan ke tanah) dan penjepit. 4. Hubungan ke tanah. Fungsi lapisan elektroda dapat diringkaskan sebagai berikut : 1. Menyediakan suatu perisai yang melindungi gas sekeliling busur api dan logam cair.. Membuat busur api stabil dan mudah dikontrol. 3. Mengisi kembali setiap kekurangan yang disebabkan oksidasi elemen elemen tertentu dari genangan las selama pengelasan dan menjamin las mempunyai sifat sifat mekanis yang memuaskan. 4. Menyediakan suatu terak pelindung yang juga menurunkan kecepatan pendinginan logam las dan dengan demikian menurunkan kerapuhan akibat pendinginan. 5. Membantu mengontrol (bersama sama dengan arus las) ukuran dan frekuensi tetesan logam cair. 6. Memungkinkan dipergunakannya posisi yang berbeda. Dalam las listrik, panas yang akan digunakan untuk mencairkan logam diperoleh dari busur listrik yang timbul antara benda kerja yang dilas dan kawat logam yang disebut elektroda. Elektroda ini terpasang pada pegangan atau holder las dan didekatkan pada benda kerja hingga busur listrik terjadi. Karena busur listrik itu, maka timbul panas dengan temperatur maksimal 3450 o C yang dapat mencairkan logam (Kenyon, 1985). 1. Sambungan las Ada beberapa jenis sambungan las, yaitu: Butt join Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang yang sama.
81 Lap join Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang yang pararel. Edge join Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang paparel, tetapi sambungan las dilakukan pada ujungnya. T- join Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas tegak lurus satu sama lain. Corner join Yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas tegak lurus satu sama lain.. Memilih besarnya arus Besarnya arus listrik untuk pengelasan tergantung pada diameter elektroda dan jenis elektroda. Tipe atau jenis elektroda tersebut misalnya: E 6010, huruf E tersebut singkatan dari elektroda, 60 menyatakan kekuatan tarik terendah setelah dilaskan adalah 60.000 kg/mm, angka 1 menyatakan posisi pengelasan segala posisi dan angka 0 untuk pengelasan datar dan horisontal. Angka keempat adalah menyatakan jenis selaput elektroda dan jenis arus (Kenyon, 1985). Besar arus listrik harus sesuai dengan elektroda, bila arus listrik terlalu kecil, maka: - Pengelasan sukar dilaksanakan. - Busur listrik tidak stabil. - Panas yang terjadi tidak cukup untuk melelehkan elektroda dan benda kerja. - Hasil pengelasan atau rigi-rigi las tidak rata dan penetrasi kurang dalam. Apabila arus terlalu besar maka: - Elektroda mencair terlalu cepat. - Hasil pengelasan atau rigi-rigi las menjadi lebih besar permukaannya dan penetrasi terlalu dalam.
8.6 Proses Permesinan Proses permesinan adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengerjakan elemen-elemen mesin, yang meliputi proses kerja mesin dan waktu pemasangan. Pada umumnya mesin-mesin perkakas mempunyai bagian utama sebagai berikut (Scharkus dan Jutz, 1996): 1. Motor penggerak (sumber tenaga).. Kotak transmisi (roda-roda gigi pengatur putaran). 3. Pemegang benda kerja. 4. Pemegang pahat/alat potong. Macam-macam gerak yang terdapat pada mesin perkakas sebagai berikut (Scharkus dan Jutz, 1996) : 1. Gerak utama (gerak pengirisan). Adalah gerak yang menyebabkan mengirisnya alat pengiris pada benda kerja. Gerak utama dapat dibagi : Gerak utama berputar Misalnya pada mesin bubut, mesin frais, dan mesin drill. Mesin perkakas dengan gerak utama berputar biasanya mempunyai gerak pemakanan yang kontinyu. Gerak utama lurus Misalnya pada mesin sekrap. Mesin perkakas dengan gerak utama lurus biasanya mempunyai gerak pemakanan yang periodik.. Gerak pemakanan. Gerak yang memindahkan benda kerja atau pahat tegak lurus pada gerak utama. 3. Gerak penyetelan. Menyetel atau mengatur tebal tipisnya pemakanan, mengatur dalamnya pahat masuk dalam benda kerja Adapun macam-macam mesin perkakas yang digunakan antar lain: Mesin bubut Prinsip kerja mesin mesin bubut adalah benda kerja yang berputar dan pahat yang menyayat baik memanjang maupun melintang. Benda
83 kerja yang dapat dikerjakan pada mesin bubut adalah benda kerja yang silindris, sedangkan macam-macam pekerjaan yang dapat dikerjakan dengan mesin ini adalah antara lain (Scharkus dan Jutz, 1996): - pembubutan memanjang dan melintang - pengeboran - pembubutan dalam atau memperbesar lubang - membubut ulir luar dan dalam Perhitungan waktu kerja mesin bubut adalah: 1. Kecepatan pemotongan (v). V π.d.n...(.1) dimana : D Diameter banda kerja (mm). N Kecepatan putaran (rpm).. Pemakanan memanjang waktu permesinan pada pemakanan memenjang adalah : n v.1000...(.) p. d T m L S....(.3) r n Dimana : T m Waktu permesinan memanjang (menit) L Panjang pemakanan (mm) S Pemakanan (mm/put) N Putaran mesin (rpm) d Diameter benda kerja (mm) v Kecepatan pemakanan (m/menit) 3. Pada pembubutan melintang waktu permesinan yang dibutuhkan pada waktu pembubutan melitang adalah : T m r S.... (.4) r n Dimana :
84 r Jari-jari bahan (mm) Mesin Bor Mesin bor digunakan untuk membuat lubang (driling) serta memperbesar lubang (boring) pada benda kerja. Jenis mesin bor adalah sebagai berikut (Scharkus dan Jutz, 1996): 1. Mesin bor tembak. Mesin bor vertikal 3. Mesin bor horisontal Pahat bor memiliki dua sisi potong, proses pemotongan dilakukan dengan cara berputar. Putaran tersebut dapat disesuaikan atau diatur sesuai dengan bahan pahat bor dan bahan benda kerja yang dibor. Gerakan pemakanan pahat bor terhadap benda kerja dilakukan dengan menurunkan pahat hingga menyayat benda kerja. Waktu permesinan pada mesin bor adalah (Scharkus dan Jutz, 1996): T m L S x n r... (.5) v x1000 n... (.6) p x d L l + 0,3 x d... (.7) `Dimana: d Diameter pelubangan (mm).7 Pemilihan Mur dan Baut Pemilihan mur dan baut merupakan pengikat yang sangat penting. Untuk mencegah kecelakaan, atau kerusakan pada mesin, pemilihan baut dan mur sebagai alat pengikat harus dilakukan secara teliti dan direncanakan dengan matang di lapangan. Tegangan maksium pada baut dihitung dengan persamaan di bawah ini (Khurmi dan Gupta, 1980): σ maks F... (.8) A F d p x 4
85 Bila tegangan yang terjadi lebih kecil dari tegangan geser dan tarik bahan, maka penggunaan mur-baut aman. Baut berbentuk panjang bulat berulir, mempunyai fungsi antara lain (Khurmi dan Gupta, 00): Sebagai pengikat Baut sebagai pengikat dan pemasang yang banyak digunakan ialah ulir profil segitiga (dengan pengencangan searah putaran jarum jam). Baut pemasangan untuk bagian-bagian yang berputar dibuat ulir berlawanan dengan arah putaran dari bagian yang berputar, sehingga tidak akan terlepas pada saat berputar. Sebagai pemindah tenaga Contoh ulir sebagian pemindah tenaga adalah dongkrak ulir, transportir mesin bubut, berbagai alat pengendali pada mesin-mesin. Batang ulir seperti ini disebut ulir tenaga (power screw). Tegangan geser maksimum pada baut t max p x 4 F d c x n...(.9) Dimana : t max Tegangan geser maksimum (N/mm ) F dc r n Beban yang diterima (N) Diameter baut (mm) Jari-jari baut (mm) Jumlah baut
86 BAB III ANALISA PERHITUNGAN 3.1. Prinsip Kerja Gambar 3.1 Sketsa mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk Mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi sistem pemasukan dengan dituang ke dalam drum dengan gerakan utama berputar. Gaya putar ini disebabkan karena adanya putaran dari motor diesel. Motor diesel dipasang pada kerangka dan diberi gear, kemudian dipasangkan couple yang terdapat tuas sebagai kopling antar mesin diesel dengan reducer. Putaran reducer dari gear dilanjutkan ke rantai yang berhubungan dengan gear besar yang terpasang pada satu poros yang berhubungan dengan dengan drum. Setelah motor diesel dihidupkan (dalam keadaan on), maka drum akan berputar. Karena adanya reducer maka akan mengurangi kecepatan putar drum sehingga putaran menjadi lambat, tetapi tetap menghasilkan tenaga yang besar. Untuk memudahkan dalam pencampuran kotoran sapi dengan tetes tebu pada
87 bagian drum terdapat sudu sebagai jari jari yang melintang. Pada bagian poros terdapat dua buah bearing yang menopang drum. Rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi memiliki lubang masukan pada drum setengah lingkaran, pada bagian pintu terdapat pengunci. Kotoran sapi dimasukkan ke dalam drum, sedang perbandingan tetes tebu dengan air yaitu 60% untuk air dan 40% untuk tetes tebu. Setelah selesai maka pintu masukan ditutup dan mesin dihidupkan, selama mesin diesel hidup drum bisa dihentikan putarannya untuk menuangkan campuran tetes tebu dengan menarik tuas koplingnya yang terpasang pada rangka. Jika tetes tebu sudah tercampur dengan kotoran sapi maka mesin bisa dimatikan Bagian-bagian utama dari mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi sistem putaran drum antara lain: a. Elemen yang berputar : gear, rantai, poros dan drum. b. Elemen yang diam : bearing c. Penggerak : motor listrik. d. Bagian pendukung : rangka, reducer, dudukan dan lain-lain. Cara kerja mesin rekayasa mixer pembuatan pupuk organik limbah kotoran sapi sistem pencampur dengan putaran drum antara lain: 1. Memasukkan kotoran sapi. Menuangkan campuran tetes tebu 3. Setelah bahan dimasukkan mesin dinyalakan dengan menarik tuas 4. Setelah 0 menit mesin dimatikan dengan menekan tombol off. 3..Perhitungan dan Analisis 3..1. Menentukan Putaran Poros Motor Daya dari bahan bakar untuk motor diesel Kebutuhan Bahan bakar Asumsi campuran tetes tebu yang dibutuhkan Kebutuhan mixer kotoran sapi 4.103 W 1 liter 108 liter/hari 1.440 kg/har i
88 Asumsi laju massa mixer (kg/jam) sebanding dengan putaran (rpm) Panjang poros 1.50 mm Diameter drum 550 mm Tinggi drum 800 mm 3... Perencanaan reduksi putaran Putaran motor (N 1 ).000 rpm Puli 1 (D 1 ) 60 mm r 1 30 mm Puli (D ) 114 mm r 57 mm Jarak puli 1dan 10 mm Reducer 30 : 1 Putaran puli (N) Putaran sproket (N3) N1 x D D 1.000 x 60 114 1.05,6 rpm N1 Perbandingan 1.05,6 30 30,1 rpm reducer Sudut kontak puli 1 dan : Sin α r- r1 X1 57-30 10 Sin α 0,1 α 6,8
89 Sudut kontak puli1 dan p θ (180 - α ) 180 p ( 180 x 6,8 ) 180,90 rad Panjang sabuk antara puli motor dengan puli ( L 1 ) L 1 p (r 1 +r ) + X 1 + ( ) 1 r r - 3,14( 30+57 ) + x 10 + ( 30-57 ) 10 719,18 mm X 1 Sesuai dengan data analisa menunjukan bahwa untuk transmisi ini mengunakan sabuk tipe A yang mempunyai data sbb : 1. Lebar ( b ) 13 mm. Tebal ( t ) 8 mm 3. Berat 1,06 N/m Kecepatan linier puli1 dan : v 3,14xD1xN1 60 3,14x60( mm) x.000( rpm) 60 6,8 m/dt Direncanakan sabuk yang digunakan adalah sabuk V tipe A untuk sabuk V tipe A, m 0, 106 (Kg/m)...(Khurmi dan Gupta, 00) Gaya sentrifugal ( Tc ) Tc m. v ² 0,106 (Kg/m) x 6,8² (m/dt) ² 4,18 ( N )
90 Gaya gaya yang bekerja pada sabuk : Direncanakan bahan puli dari besi cor dan sabuk dari karet sehingga koefisien geseknya ( µ 0,3 ).......(Khurmi dan Gupta, 00) Besarnya gaya yang bekerja pada sabuk V :,3 log T T t1 t - T C - T C µ θ,3 log Log T T t1 t T T t1 t - 4,18-4,18-4,18-4,18 0,3 x,90 0,38 T T t1 t - 4,18,38-4,18 Tt1 [,38.(Tt 4,18)] + 4,18...(1) Daya yang dihasilkan motor 5,5 Hp 1Hp 746 watt P 5,5Hp x 746 watt 4103 (Watt) P ( Tt1 - Tt ) x v 4103 watt ( Tt1 - Tt ) x 6,8 Tt1 - Tt 653,3 Tt 1 653,3+ Tt.. () Disubstitusikan persamaan ke 1 [,38.(Tt 4,18)] + 4,18 653,3 + Tt,38Tt 9,95 + 4,18 653,3+ Tt 1,38 Tt 659,07 Tt 477,6 ( N ) Maka Tt 1 653,3 + 477,6 1.130,9 ( N )
91 T 1 Tt 1 - Tc 1.130,9 N 4,18N 1.16,7 N T Tt Tc 477,6 N 4,18N 473,4 N Daya yang ditransmisikan sabuk (Ps) Ps (T 1- T ). v Dengan : Ps P Daya yang ditransmisikan sabuk ( Watt ) T1 T : Gaya sabuk sisi kencang 1.16,7 N : Gaya sabuk sisi kendor 473,4 N v kecepatan linier 6,8 (m/dt) Ps (1.16,7 N) (473,4 N ) x 6,8 (m/dt) Ps 4.10,7 (Watt) Dengan demikian sabuk yang diperlukan ( N ) adalah : N N P P d s 4.103( Watt) 4.10,7( Watt) N 1,00» 1 buah Jadi jumlah sabuk yang dibutuhkan dalam merencanakan mesin ini adalah 1 buah 3..3. Perhitungan Rantai dan sprocket Perhitungan rantai reducer ke poros drum Direncanakan : Z 1 11 n 30,1 (rpm) 1 Z 17 Dipilih rantai 50 dengan jarak bagi
9 (p) 15,875 (mm)...(sularso dan Suga, 1997) Z1 n1 Jumlah gigi ( Z ) i Z n Z 17 n1 x Z n 1 30,1 ( Rpm) x11 n n 19,47 (Rpm) Diameter jarak bagi sprocket : dp p æ180 sin ç è Z1 0 ö ø Dp 15,875( mm) æ180 sin ç è 11 0 56,7 (mm) p æ180 sin ç è Z 0 ö ø ö ø 15,875( mm) 0 æ180 ö sin ç è 17 ø 88, (mm) Kecepatan rantai : v D p x Z1 x n 60 x1000 1 menit meter 15,875 (mm) x 11 x 30,1 (Rpm) x x 60 dt 1.000( mm) 0,0876 (m/dt)
93 Beban pada rantai : Gaya yang terjadi pada satu rantai : 10 x Pd F (Kg) v D dimana Fc 1,9...( Sularso dan Suga, 1997) Pd Fc x N F 1,9 x 30,1 57,19 w 0,057 kw 10 x Pd v 10 x 0,057 0,0876 66,3Kg Panjang rantai : Direncanakan jarak sumbu poros ( C ) adalah 35 mm C Cp.p C 35( mm ) Cp 14,8 p 15,875( mm) Panjang rantai yang diperlukan ( Lp ) : Lp Lp [( Z Z )/ 6, ] í ì Z + + + - 1 Z 1 8 Cp î Cp ü ý þ [( 11 17) / 6,8] í ì 11+ 17 + x 14,8+ - î 14,8 43,6» 43 buah mata rantai Jarak sumbu poros ü ý þ 1 ì ïæ Z1+ Z Cp íç L- 4ïî è ö + ø æ Z1+ Z ç L- è ö ø - 9,86 ( Z - Z ) 1 ü ï ý ïþ
94 1ï ì æ 11+ 17ö Cp íç 43- + 4 è ø ïî æ 11+ 17ö ç43- - è ø 9,86 ( 11-17) ï ü ý ïþ 1 4 Cp ( 9+ 8,9) Cp 14,5 (mm) 3..4. Perencanaan poros Diasumsikan bahan poros yang digunakan adalah ST 4 dengan s B 40 N / mm Putaran poros tabung rencana (N) 30,1 rpm Daya yang di transmisikan (P) 4.10,7 watt Torsi yang ditransmisikan poros T P x 60 p N 4.10,7 x 60 p 30,1 46.163, 189 1.30,5 Nm 1.30.500 Nmm Panjang poros 1.50 mm Beban pada poros : Berat tabung + poros 11 kg Berat kotoran sapi dan tabung 55 kg F C berat gear & rantai + Gaya yang memutar poros (F) 3 + 66,4 kg 69,3 kg
95 3..5. Diagram poros Gambar 3. Reaksi gaya dalam Fy 0-69,3kg + 7,5kg + 7,5kg RAV RBV 0 14,3 kg RAV + RBV MA 0-69,3 kg x 100 mm + 7,5 kg x 100mm + 7,5kg x 1000 RBV x 1.100 0-6930 kg.mm +.750 kg.mm + 7.500 kg.mm RBV x 1100mm 0 330 kg.mm RBV x 1.100 RBV 1, kg RAV + RBV 14,3 kg RAV + 1, kg 14,3 kg RAV 103,1 kg
96 Potongan yang dianalisa : Gambar 3.3 Potongan yang dianalisa Potongan X X ( C ke A ) Gambar 3.4 Potongan X X ( C ke A ) Nx 0 Vx -69,3 N Mx -69,3 x X
97 Titik A ( X 100 ) N A 0 V A - 69,3 Kg M A - 69,3 x 100 Titik C ( X 0 ) N C 0 V C - 69,3 kg M C 0-6.930 kg.mm Potongan y y ( A - D ) Gambar 3.5 Potongan y y ( A - D ) Nx 0 Vx - 69,3 + 103,1 33,8 kg Mx - 69,3 x X + 103,1 x ( X-100 ) Titik A ( X 100 ) N A 0 V A 33,8 kg M A - 69,3 x 100 + 103,1 x 0-6.930 kg.mm Titik D ( X 00 ) N D 0 V D 33,8 kg M D - 69,3 x 100 + 103,1 x 100-3.550 kg.mm
98 Potongan A A kanan ( B E ) Gambar 3.6 Potongan A A kanan ( B E ) Nx 0 Vx 1, kg Mx 1, x X Titik B ( X 0 ) N B 0 V B - 1, kg M B 1, x 0 0 Titik E ( X 100 ) N E 0 V E - 1, kg M E 1, x 100.10 kg.mm Potongan Z Z kanan ( B D ) Gambar 3.7 Potongan Z Z kanan ( B D ) Nx 0 Vx - 1, + 7,5 6,3 kg Mx 1, x X + 7,5 x (X 100)
99 Titik E ( X 100 ) N E 0 V E 6,3 kg M E 1, x 100 + 7,5 x 0.10 kg.mm Titik D ( X 1000) N D 0 V D 6,3 kg M D 1, x 1000 + 7,5 x 900-3.550 kg.mm Diagram gaya dalam yang ada pada batang a. Diagram gaya normal ( NFD ) C A D E B Gambar 3.8 Diagram gaya normal b. Diagram Gaya Geser ( SFD ) Gambar 3.9 Diagram gaya geser
100 c. Diagram momen lentur ( BMD ) Gambar 3.10 Diagram momen lentur Bahan poros utama (horisontal) dari ST 4 Sehingga : - Tegangan tarik (σt) 40 N/mm t - Tegangan geser (τ) sf 40 8 5,5 Nmm - Momen maksimal poros ( M ) 9050 Nmm Dari tabel 14. (Khurmi, R.S., 00, hal : 474) mengenai poros berputar dengan beban kontinyu dan tetap diperoleh : Faktor keamanan momen ( Km ) 1,5 Faktor keamanan torsi ( Kt ) 1 Sehingga torsi ekuivalen dapat dicari dengan rumus :
101 Momen ekivalen ( Me ) : Diameter poros Tegangan Lentur ijin Tegangan geser Faktor Keamanan 50 1 0,8 N/ mm p M. 3 s b. 3 d d 3 3 3. M p. s b 3.73 3,14.0,8 11,15 mm Dari perhitungan yang didapat maka untuk mendapatkan poros dengan kekuatan yang baik maka dipilih poros dengan diameter 4 mm 3..6. Perhitungan rangka Berat drum + poros Berat kotoran sapi maksimal Berat gear + rantai 15 kg 40 kg 3 kg Berat keseluruhan yang diterima dua buah rangka 58 kg
10 Gambar 3.11 Pembebanan pada salah satu rangka Gambar 3.1 Diagram pembebanan pada salah satu rangka å M A 0 P x 4,5 R BV x 9 0 90 x 4,5 R BV x 9 0 1.305 R BV x 9 0 R BV 1.305 9 R BV 145 N å M B 0 R AV x 9 P x 4,5 0 R AV x 9 90 x 4.5 0 R AV x 9 1.305 0 R AV 145 N
103 Momen lentur di titik E ME R AV x X 145 N x 4,5 65,5 N Diagram gaya geser ( SFD ) Gambar 3.13 Diagram gaya geser ( A - E - B ) Diagram momen lentur (BMD) Gambar 3.14 Diagram momen lentur ( A E B ) Gambar 3.15 Diagram gaya pada rangka
104 F Rah Rav 145N Cosa 0,90 161,1 N F Sin a 161,1 x 0,4 67,66 N Dimana F F 1 Rcv Rch Cos a x 1 F 0,90 x 161,1 N 144,99 1 F x Cos b 161,1 x 0,4 67,66 Gambar 3.16 Diagram gaya normal F1 F Rav x Cos b 145 N x 0,4 60,9 N Rav x Cos a 145 N x 0,90 130,5 N
105 Mc F x X 60,9 x 99 6.09,1 Nmm Gambar 3.17 Diagram pembebanan pada batang A-C Gambar 3.18 SFD batang A-C Gambar 3.19 NFD batang A-C Gambar 3.0 BMD batang A-C Pada kontruksi rangka untuk mesin mixer ini digunakan baja profil L ISA 00 (50 mm x 50 mm x 4 mm) dengan momen inersia (I) 9,05 x 10 4 mm 4 dan pusat titik berat (Y) 10,9 mm. Dan dari hasil perhitungan,
106 dapat diketahui besar momen maksimum rangka adalah 6.09,1 Nmm. Sehingga dari data tersebut akan ditentukan : 1. Tegangan tarik yang terjadi s max M. y I 6.09,1 x10,9 9,05 x10 4 0,76 N/mm. Tegangan tarik ijin bahan s b s Sf 370 8 46,5 N/mm Sehingga didapat s max < s b ( rangka aman digunakan ) 3.3. Perencanaan Mur dan Baut Dalam perencanaan mesin mixer dengan tenaga motor ini mur dan baut digunakan untuk merangkai beberapa elemen mesin diantaranya : 1. Baut pada dudukan rangka motor, untuk mengunci posisi motor.. Baut pada dudukan rangka reducer, untuk mengunci posisi reducer. 3. Baut pengunci rangka dengan rumah bantalan. 4. Baut pengunci sambungan (klem) dengan rangka. 3.3.1. Baut pada dudukan motor Baut yang digunakan adalah M10 sebanyak 4 buah, terbuat dari baja ST 37 yang menopang beban (P) sebesar 150 N. dari lampiran diketahui mengenai baut M10 antara lain sebagai berikut : 1. Diameter mayor (d) 1 mm. Diameter minor (dc) 9,85 mm 3. Tegangan tarik (s ) 370 N/mm 4. Tegangan geser (t ) 0,18 x s 0,18 x 370 N/mm² 66,6 N/mm
107 5. Faktor keamanan ( sf ) 6 6. W (T 1 + T ) (1.50,5 + 631,15 ) (.133,4 ) 4.66,8 N Kekuatan baut berdasarkan perhitungan tegangan tarik a. Tegangan tarik ijin (s t ) s s t sf 370 6 61,67 N /mm b. Tegangan geser ijin (t t ) t t t sf 66,6 6 11,1 N /mm c. Beban geser langsung yang diterima baut Ws n W 4.66,8 4 1.066,7 N d. Beban tarik yang terjadi akibat gaya tarik sabuk, beban tarik maksimal terjadi pada baut 3 dan 4. W t W x L x L ( L + ) L 1 ( 15 + 8 ) 4.66,8 x 6 x8 04,806,4 578 354,34 N
108 e. Diasumsikan beban tarik dan geser yang diterima baut ekivalen 1 - Beban tarik ekivalen W te [ W t + Wt + 4W s ] 1 [ 354,34+ 354,34 + 4 x1.066,7 ] 1.58,48 N 1 - Beban geser ekivalen W se [ W t + 4W s ] 1 [ 354,34 + 4 x1.066 ] 1.081,3 N f. Tegangan tarik ( s baut ) dan tegangan geser ( t baut ) yang terjadi - Tegangan tarik s baut W te p 4 x dc 1.58,48 p x 9,858 4 16,49 N /mm Tegangan tarik pada baut s baut < tegangan tarik ijin s t maka baut aman - Tegangan geser t baut W se p 4 x d 1.081,3 p x1 4 9,56 N /mm Tegangan geser pada baut t baut < tegangan geser ijin t t maka baut aman
109 3.3.. Baut pada dudukan reducer Baut yang digunakan adalah M1 sebanyak 4 buah, terbuat dari baja ST 37 yang menopang beban (P) sebesar 100 N. dari lampiran diketahui mengenai baut M1 antara lain sebagai berikut : 1. Diameter mayor (d) 1 mm. Diameter minor (dc) 9,85 mm 3. Tegangan tarik (s ) 370 N/mm 4. Faktor keamanan ( sf ) 6 5. Tegangan geser (t ) 0,18 x s 0,18 x 370 66,6 N/mm 6. W (T 1 + T ) (1.50,5 + 631,15 ) 4.66,8 N Kekuatan baut berdasarkan perhitungan tegangan tarik a. Tegangan tarik ijin (s t ) s s t sf 370 N mm 6 61,67 N /mm b. Tegangan geser ijin (t t ) t t t sf 66,6 N mm 6 11,1 N /mm c. Beban geser langsung yang diterima baut Ws n W 4.66,8 1.066,7 N 4
110 d. Beban tarik yang terjadi akibat gaya tarik sabuk, beban tarik maksimal terjadi pada baut 3 dan 4. W x L x L W t ( L1 + L) 4.66,8 x8,75 x1,5 9,5 + 1,5 ( ) 56.001,75 3.434,86 N e. Diasumsikan beban tarik dan geser yang diterima baut ekivalen 1 - Beban tarik ekivalen W te [ W t + Wt + 4W s ] 1 [.434,86+.434,86 + 4 x1.006,7 ].836,06 N 1 - Beban geser ekivalen W se [ W t + 4W s ] 1 [.434,86 + 4 x1.006,7 ] 1.618,65 N f. Tegangan tarik ( s baut ) geser ( t baut ) yang terjadi pada baut a. Tegangan tarik s baut W te p 4 x dc.836,06 p x 9,858 4 37,18 N /mm Tegangan tarik pada baut s baut < tegangan tarik ijin s t maka baut aman W se b. Tegangan geser t baut p 4 x d
111 1.618,65 p x1 4 14,3 N /mm Tegangan geser pada baut t baut < tegangan geser ijin t t maka baut aman. 3.4. Perencanaan Bantalan Perencanaan bantalan pada mesin mixer ini berfungsi untuk menyangga poros, maka diperlukan analisa bantalan yang sesuai. Diketahui : 1. Nomor bantalan yang digunakan 05. Beban dasar static (Co) 7.100 N 3. Beban dinamik (C) 11.000 N 4. Kecepatan putar (N) 19,47 rpm Bantalan B Beban radial (W R ) Sama dengan R BV 7,3 N Beban radial ekivalen (W e ) - Beban radial ekivalen statis (W e ) Faktor radial (X) 0,6 Faktor aksial (Y) 0,5 Faktor keamanan (K S ) 1 Beban aksial (W A ) 0 W e ( X. W R + Y. W A ). K S ( 0,6. 7,3+ 0,5. 0 ). 1 16,33 N - Beban radial ekivalen dinamis (W e ) Faktor radial (X) 1 Faktor aksial (Y) 0 Faktor keamanan (K S ) 1 Faktor putaran (V) 1 ( semua jenis bantalan ) Beban aksial (W A ) 0 W e ( X. V. W R + Y. W A ). K S
11 ( 1. 1. 7,3 + 0. 0 ). 1 7,3 N Jadi bantalan yang digunakan aman karena W e < 11.000 N Bantalan C Beban radial (W R ) Sama dengan R AV 30,77 N Beban radial ekivalen (W e ) - Beban radial ekivalen statis (W e ) Faktor radial (X) 0,6 Faktor aksial (Y) 0,5 Faktor keamanan (K S ) 1 Beban aksial (W A ) 0 W e ( X. W R + Y. W A ). K S ( 0,6. 30,77 + 0,5. 0 ). 1 18,46 N - Beban radial ekivalen dinamis (W e ) Faktor radial (X) 1 Faktor aksial (Y) 0 Faktor keamanan (K S ) 1 Faktor putaran (V) 1 ( semua jenis bantalan ) Beban aksial (W A ) 0 W e ( X. V. W R + Y. W A ). K S ( 1. 1. 30,77 + 0. 0 ). 1 30,77 N Jadi bantalan yang digunakan aman karena W e < 11.000 N 3.5. Perhitungan Las Perhitungan Las Sambungan las yang dilakukan adalah sambungan las jenis sudut ( fillet ) dan las temu (butt) Sambungan pada rangka utama menggunakan baja profil L (50 mm x 50mm x 4 mm)
113 Dari data diketahui : h 4 mm l 50 mm b 46 mm W 9 kg Tegangan geser ijin pada pengelasan ( t s ) 350 kg/cm Tegangan geser pada sambungan las t s t s W 0,707hl 9 0,707.4.50 t s 0,0 kg/mm 0 kg /cm Section modulus æ 4l. b+ b Z t ö ç è 6 ø æ 4.50.46+ 46 4 ö ç è 6 ø 4 x 1.886 7.544 mm 3 Tegangan lengkung s b W.l Z
114 9.50 7.544 0,19 kg /mm 19 kg /cm Tegangan geser maxsimum 1 t max s + ( t ) s b 4 s 1 19 + 4(0) 1. 44,8,14 kg/cm t s maximum < t s ijin ( aman )
115 BAB IV PROSES PRODUKSI 4.1. Pembuatan Poros Dari perencanaan di atas poros mesin mixer memiliki panjang (Lo) 1.50 mm, diameter (do) sebesar 4 mm, dan Bahan dari jenis baja ST-4..1. Gambar 4.1 Poros transmisi Pengerjaan poros sepanjang (Lo) 1.50 mm diameter (do) 4 mm bahan poros ST-37. Bahan dibubut dari diameter mula mula (do) 4 mm, menjadi dimeter (d1) mm dengan panjang (L) 50 mm, dan (d) mm dengan panjang (L3) 100 mm. Proses kerja setelah dilakukan persiapan di atas adalah sebagai berikut. Bahan yang dipergunakan sebagai poros adalah baja ST 4 dengan kekuatan tarik sebesar 50 N/mm. Poros dibubut dengan mesin bubut. Kecepatan pemakanan disesuaikan dengan benda kerja. Beberapa hal yang perlu dipersiapkan dalam proses pembubutan adalah : 1. Alat ukur seperti jangka sorong.. Dial indicator untuk menentukan titik pusat. 3. Pahat yang digunakan adalah pahat HSS untuk baja dengan kecepatan tinggi. 4. Kunci kunci untuk penyetelan chuck dan pahat. 5. Penitik. 6. Center drill. 7. Gerinda untuk mengasah pahat.
116.. Tabel 4.1 Kecepatan pahat HSS (mm/menit) Bahan benda kerja Bubut kasar Bubut halus Bubut ulir Baja mesin 7 30 11 Baja perkakas 1 7 9 Besi tuang 18 4 8 Perunggu 7 30 8 alumunium 61 93 18 Tabel 4. Kecepatan pemakanan pahat (mm/rev) Bahan benda kerja Bubut kasar Bubut halus Baja mesin 0,5 0,50 0,07 0,5 Besi tuang 0,5 0,50 0,07 0,5 Baja perkakas 0,40 0,65 0,13 0,30 Perunggu 0,40 0,65 0,07 0,5 Langkah-langkah pembubutan: 1. Proses pertama yakni pemasangan pahat, pahat dipasang secara benar dengan pengaturan letak ketinggian supaya center dengan bantuan kepala lepas pada bagian mesin bubut.. Pemasangan bahan poros pada chuck kepala tetap, dengan bantuan dial indicator kita dapat menentukan letak center yang tepat pada benda kerja, dibuat lubang kecil pada center sebagai pegangan kepala lepas. 3. Membubut benda kerja sampai ukuran yang diinginkan. 4. Setelah itu benda kerja yang sudah jadi dilepas. 4.. Waktu Permesinan Bahan poros dari ST-4 (do) 4 mm (d 1 ) mm ( d ) mm (L o ) 1.50 mm (L 1 ) 1.100 mm (L ) 50 mm