13. bab ii edit
TRANSCRIPT
BAB II
PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH
A. Kajian Singkat dari Sand Mixer Machine.
1. Perancangan
a. Pengertian
Perancangan adalah kegiatan awal dari suatu rangkaian
kegiatan dalam proses pembuatan produk. Proses tersebut berawal
pada ditemukannya kebutuhan manusia akan suatu produk sampai
diselesaikannya gambar dan dokumen hasil rancangan yang dipakai
sebagai dasar pembuatan produk. Hasil rancangan yang dibuat dapat
menjadi produk akan menghasilkan produk yang dapat memenuhi
kebutuhan manusia (Darmawan, 2000:1).
b. Macam-macam Produk Hasil Rancangan
Setiap produk hasil rancangan memiliki keoriginalitasnya
sendiri, originalitas produk satu berbeda dari originalitas produk
lainnya. Macam-macam produk hasil rancangan berdasarkan
originalitasnya dibedakan menjadi (Darmawan, 2000:18):
1) Produk Original
Produk original adalah produk yang dapat dikatakan sama
sekali baru yang merupakan kreatifitas penemunya. Produk
9
10
original tersebut adalah produk yang belum pernah ada
sebelumnya.
2) Produk Hasil Inovasi
Produk hasil inovasi adalah produk lama (produk yang
sudah ada) yang mengalami perubahan-perubahan baik perubahan
bentuk dan ukurannya tetapi terutama perubahan dalam fungsinya
sebagai hasil inovasi perancangan, sehingga terdapat fungsi-fungsi
baru.
3) Produk Varian
Produk varian adalah produk yang hanya berbeda
dimensinya dari produk yang sudah ada. Tidak diperlukan
kreativitas maupun inovasi untuk merancang produk varian.
c. Konsep Perancangan
Konsep perancangan merupakan solusi-solusi alternatif dari
masalah dalam bentuk skema yang biasa disebut dengan perancangan
konsep produk (Conceptual Design Phase). Fase perancangan ini
menuntut semua kemampuan dan kreativitas perancang dan
merupakan fase yang sangat memberi peluang untuk mendapatkan
solusi yang baru, baik dan original. Konsep perancangan yang
digunakan pada perancangan sand mixer machine adalah konsep
perancangan Pahl dan Beitz (BAB III).
11
2. Pasir Cetak
a. Syarat bagi pasir cetak
Pasir cetak memerlukan sifat-sifat yang memenuhi persyaratan sebagai
berikut (Surdia dan Chijiiwa, 2006:109):
1) Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam
pembuatan cetakan dengan kekuatan yang cocok.
2) Permeabilitas yang cocok.
3) Distribusi besar butir yang cocok.
4) Tahan terhadap temperatur logam yang dituang.
5) Komposisi yang cocok.
6) Mampu dipakai lagi. Pasir harus dapat dipakai berulang-ulang
supaya ekonomis.
7) Pasir harus murah.
b. Macam-macam pasir cetak
Pasir cetak yang biasa digunakan untuk membuat cetakan adalah
pasir gunung, pasir pantai, pasir sungai dan pasir silika. Pasir gunung,
pada umumnya memiliki kandungan tanah lempung dan kebanyakan dapat
digunakan setelah dicampuri air. Namun demikian, pasir gunung juga
dapat langsung dipakai apabila pasir mempunyai kadar lempung yang
cocok dan bersifat adhesi. Apabila sifat adhesinya kurang, maka perlu
ditambahkan lempung. Pasir dapat dikatakan sifat adhesinya kurang
apabila kadar lempung pada pasir tersebut mencapai 10-20%.
12
Pasir pantai biasanya diambil dari daerah pantai ataupun kali,
sedangkan pasir silika dapat diambil secara alami ataupun buatan.
Pengambilan pasir silika secara alami dilakukan dengan mengambil
langsung dari gunung sedangkan secara buatan dengan cara memecah
kwarsit. Semua pasir tersebut mengandung silika ( SiO2 ), dan kotoran
seperti mika dan felspar.
Pasir pantai dan pasir kali lebih banyak mengandung kotoran
dibanding dengan pasir silika. Pasir silika sendiri selain kandungan
kotorannya yang sedikit, pasir tersebut memiliki kandungan silika ( SiO2 )
lebih dari 95% baik silika alam maupun silika buatan (Surdia dan
Chijiiwa, 2006:110).
3. Pasir Cetak Basah (Green Sand)
Pasir cetak basah merupakan pasir yang digunakan untuk
membuat cetakan pasir basah (Green Sand Mold). Pasir ini terdiri dari
campuran pasir silika, lempung dan air. Pasir silika (SiO2) sangat cocok
untuk cetakan karena tahan suhu tinggi tanpa terjadi penguraian, murah
dan awet. Namun pasir silika murni tidak bisa digunakan karena tidak
mempunyai daya ikat. Pasir silika murni dicampur dengan lempung
sebanyak 5 sampai 5,5% untuk meningkatkan daya ikatnya. Jenis lempung
yang banyak digunakan adalah bentonit. Air juga dibutuhkan untuk
mencampur lempung dan pasir silika sehingga akan terjadi keplastisan
13
akibat penggelembungan bentonit. Besarnya air yang dibutuhkan untuk
membuat pasir basah adalah 3-4% (Brown, 2000:160).
Pasir cetak yang diikat dengan tanah lempung atau bentonit
menunjukkan berbagai sifat sesuai dengan kadar air, oleh karena itu kadar
air adalah faktor yang sangat penting untuk pasir cetak. Hubungan antara
kadar air dengan berbagai sifat yang terjadi dengan pengikat tanah
lempung ditunjukkan pada gambar dibawah ini
Gambar 2.1. Pengaruh kadar air dan kadar lempung pada pasir diikat lempung (Surdia dan Chijiiwa, 2006:112).
Titik maksimum dari kekuatan dan permeabilitas adalah keadaan
dimana butir–butir pasir dikelilingi oleh campuran tanah lempung dan air
dengan ketebalan tertentu. Pengaruh dari kelebihan kadar air yaitu
kekuatan dan permeabilitas akan menurun karena ruangan antara butir–
14
butir ditempati oleh lempung yang berlebihan air. Demikian halnya
apabila kadar air yang tidak cukup akan menurunkan kekuatan karena
kurang lekatnya lempung.
Gambar 2.2. Pengaruh air dan bentonit pada pasir dengan pengikatbentonit (Surdia dan Chijiiwa, 2006:112).
Kalau kadar air bertambah, maka kekuatan dan permeabilitas naik
sampai titik maksimum dan akan menurun kalau kadar air tersebut terus
bertambah. Pada pasir dengan pengikat bentonit, kadar air yang
menyebabkan kekuatan basah maksimum dan yang menyebabkan
permeabilitas maksimum sangat berdekatan. Gambar 2.2. menunjukkan
bahwa hubungan antara kadar air, kekuatan dan permeabilitas dari pasir
dengan pengikat bentonit.
15
4. Sand Mixer Machine
Sand Mixer Machine adalah mesin penggiling pasir, khususnya
untuk pasir dengan lempung sebagai pengikatnya. Penggilingan pasir ini
bertujuan untuk mencegah terjadinya bungkah-bungkah pasir setelah
pencampuran dan sebagai mesin pencampur pasir (Surdia dan Chijiiwa,
2006:116).
Penggiling pasir biasanya memiliki dua rol yang berputar dalam
tangki atau tabung. Rol tersebut berfungsi untuk mengaduk pasir dan
pengikatnya dengan menekannya ke dasar atau ke samping tangki. Jumlah
putaran sekeliling poros pusat biasanya 40 sampai 60 rpm. Proses tersebut
biasanya berlangsung dengan kisaran waktu 5-10 menit. Setelah 10 menit
pasir campuran tersebut dapat digunakan untuk membuat cetakan (Surdia
dan Chijiiwa, 2006:116).
Salah satu perusahaan besar china Henan Hongxiang, menjual
produk sand mixer menerapkan spesifikasi yang lebih jelas. Spesifikasi
tersebut ditunjukkan pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Spesifikasi sand mixer oleh perusahaan Henan Hongxiang,
(http://www.china-crusher.com/sand-mixer4.html).
No. TypeS1110 S1116 S1120B S1125B
1. Dimensions (L*W*H)
1248*1039*1178
1788*1640*1610
2650*2036*2625
3108*2876*3240
16
2. Table diameter 1000 mm 1600 mm 2000 mm 2500 mm
3. Single load (kg) 110 450 900 1800
4. Capacity (t/h) 1.5-2.5 10 18-20 35-45
5. Motor power (Kw)
4 18.5 37 75
6. Main shaft rotation speed
(rpm)
45 40 34.5 27.7
7. Roller wheel
Diameter (mm)
420 670 800 1000
Width (mm)
130 210 260 320
8. Single roller wheel pressure
(N)
0-1100 0-4200 0-8000 0-12000
9. Discharger dimension (mm)
300*170 480*280 620*360 830*470
10. Water consumption (t/h)
Manual water supply
0.6 1.2 2.8
11. Pipe joint G1 3/4" 3/4" 5/4"
Note: only green sand is adopted in the capacity column with less than 5% of water content.
Meski terkesan memiliki fungsi yang sederhana namun mesin
berperan cukup besar dalam proses pembuatan cetakan. Umumnya pada
Sand mixer terdapat beberapa bagian utama seperti; motor penggerak,
reducer, tabung, heavy wheels, pengeruk dan setting tools.
17
a. Motor penggerak
Berfungsi sebagai penggerak utama yang mana akan menggerakan rol
untuk melakukan penggilingan.
b. Speed Reducer
Berfungsi untuk mengerungai kecepatan putaran mesin sehingga rol
dapat diputar dengan kecepatan yang diinginkan.
c. Tabung
Berfungsi untuk menampung pasir yang akan diolah.
d. Pengeruk
Berfungsi untuk menggeser pasir ke arah dalam (pengeruk luar) dan ke
arah luar (pengeruk dalam) sehingga pasir tergilas oleh roda gelinding.
e. Heavy wheel
Berfungsi untuk menggiling dan mencapur pasir yang ada dalam
tabung. Umunya terdapat dua rol pada mesin sand mixer.
f. Setting tools
Berfungsi untuk mengatur naik turunnya roda gelinding saat bekerja.
5. Bahan yang digunakan pada Sand Mixer Machine
a. Baja profil
Baja profil dapat digunakan untuk kontruksi rangka dan
tabung. Pada umumnya baja profil dibuat dalam bentuk profil I, U, L,
18
siku sama kaki dan bundar (pipa). Baja profil termasuk dalam baja
karbon rendah dengan panduan antara besi (Fe) dan karcon (C) sebesar
0,1- 0,3% sehingga mempunyai sifat dapat ditempa dengan modulus
elastisitas rata-rata 210.000 MPa, (Wikipedia, 2008). Baja profil
memiliki beberapa spesifikasi salah satunya ST 37 (standar DIN) yang
mempunyai kekuatan tarik maksimal 37 kgf/mm2. Berikut ini
merupakan macam-macam dari baja profil:
1) Baja Profil Siku
Baja profil siku merupakan baja profil berpenampang
seperti huruf L dengan lebar (A) dan tebal (t) kedua kakinya sama.
Umumnya profil siku dibuat melalui proses canai panas (hot
rolling mil) dengan bahan baku yang digunakan adalah bloom dan
billet dengan panjang 6,9 dan 12 M (SNI 07-2054-2006). Jenis
ukuran profil siku yang digunakan adalah L40 dengan ukuran
“AxA” sebesar 40 mm x 40 mm dan “t” 4 mm.
Gambar 2.3. Penampang baja profil siku
19
Keterangan :
A = Lebar kaki (mm)
t = Tebal kaki (mm)
r1 = Radius sudut (mm)
r2 = Radius tepi kaki (mm)
2) Baja profil bujur sangkar
Baja profil bujur sangkar/persegi termasuk dalam jenis
pipa baja karbon yang dibuat dengan sambungan las lurus. Baja
jenis ini sering digunakan untuk pembuatan rangka mesin, aplikasi
arsitektur dan pekerjaan sipil.
Panjang standar meliputi 6, 8, 10 dan 12-m. Penandaan
notasi dicontohkan seperti PKP-30 berarti pipa baja karbon
kontruksi persegi dengan kekuatan taik minimum 30 kgf/mm2 (294
N/mm2).
Gambar 2.4. Penampang profil bujur sangkar
20
Keterangan :
A = Sisi-sisi (mm)
B = Sisi-sisi (mm)
t = Tebal sisi (mm)
r = Radius sudut (mm)
3) Baja profil lingkaran
Baja profil lingkaran terbuat dari beberapa unsur seperti
unsur Karbon (C), Silikon (Si), Mangan (Mn), Pospor (P), dan
Sulfur (S). Baja profil lingkaran biasa disebut dengan pipa baja.
Pipa baja secara umum dapat dibuat melalui beberapa cara seperti
tanpa ada sambungan (seamless), dengan las tahan listrik dan
tahan tempa (forged welding) berupa sambungan spiral dan
sambungan lurus. Pipa baja ini dapat digunakan untuk pekerjaan
arsitektur, sipil, tiang pancang menara dan keperluan sejenisnya.
Gambar 2.5. Penampang baja profil lingkaran
21
Keterangan:
D = Diameter (mm)
t = Tebal (mm)
b. Baja batangan
Baja batangan mempunyai bentuk variasi bentuk seperti
persegi panjang (datar), persegi empat dan bundar. Baja ini termasuk
dalam klasifikasi baja karbon rendah dan cocok dipakai untuk
membuat poros dam rangka. Berbeda dengan baja profil, baja
batangan mempunyai bentuk fisik yang padat (pejal).
Gambar 2.6. Baja batangan profil bundar
c. Baja lembaran/pelat baja
Secara umum plat baja terbagi menjadi tiga kategori, pelat
tebal (> 4,75mm), pelat sedang (3-4,75 mm) dan pelat tipis (<3 mm).
Pelat baja dapat digunakan sebagai bahan pembuatan casing dan lain-
lain dengan pemilihan didasarkan pada permukaan dan ketebalan
pelat.
22
Gambar 2.7. Salah satu jenis baja lembaran
d. PorosPoros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap
mesin. Hampir setiap mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan
putaran. Elemen utama dalam tranmisi seperti itu adalah poros.
1) Macam-macam poros
Poros untuk meneruskam daya diklasifikasikan menurut
pembebanannya sebagai berikut (Achmad, 1999:111):
a) Poros transmisi (line shaft)
Poros semacam ini mendapat beban puntir murni atau
puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini
melalui kopling, roda gigi puli sabuk atau sprocket rantai, dan
lain-lain.
b) Spindel
Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros
utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa
puntiran, disebut sepindel. Syarat yang harus di penuhi poros
23
ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukuranya
harus teliti.
c) Gandar (axle)
Poros seperti yang di pasng di antara roda – roda kereta
barang, dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang –
kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya
mendapat beban lentur, kecuali jika digerakan oleh penggerak
mula dimana akan mengalami beban puntir juga.
d) Poros (shaft)
Poros yang ikut berputar untuk memindahkan daya dari
mesin ke mekanisme yang digerakkan. Poros ini menerima
beban puntir murni dan lentur.
e) Poros Luwes
Poros yang berfungsi memindahkan daya dari dua
mekanisme, dimana perputaran poros membentuk sududt
dengan porors lainnya. Daya yang dipindahkan kecil.
Menurut bentuk poros dapat digolongkan atas poros lurus
umum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, dan lain-
lain. Poros luwes untuk tranmisi daya kecil agar terdapat kebebasan
bagi perubahan arah, dan lain-lain. Contoh gambar poros adalah
gambar 2.8.
24
Gambar 2.8. Poros.
2) Hal-hal penting dalam merencanakan sebuah poros sebagai berikut
ini perlu diperhatikan (Sularso, 1994) :
a) Kekuatan poros
Suatu poros transmisi dapat mengalami suatu beban
puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur seperti
telah diutarakan di atas. Juga ada poros yang mendapat beban
tarik atau tekan seperti poros baling- baling kapal atau turbin.
Kelelahan, tumbukan atau pengaruh kosentrasi tegangan bila
diameter poros diperkecil (poros bertangga ) atau bila poros
mempunyai alur pasak, harus diperhatikan.
b) Kekakuan poros
Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang
cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntiran terlalu besar
akan mengakibatkan ketidak telitian atau getaran dan suara.
Disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus
25
diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan
dilayani poros tersebut.
c) Putaran kritis
Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka suatu harga
putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya.
Putaran ini disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada
turbin, motor torak, motor listrik , dan lain-lain. Juga dapat
mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian bagian
lainya. Jika mungkin, poros harus direncanakan sedemikian
rupa hingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran
kritisnya.
d) Korosi
Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus
dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi dengan
kontak dengan fluida yang korosif. Demikian juga yang
terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti
lama. Sampai dengan batas-batas tertentu dapat pula dilakukan
perlidungan terhadap korosi.
6. Sifat Mekanis Logam
Menurut Saito dan Surdia (2005:7), sifat mekanis logam adalah
kemampuan logam untuk menahan beban yang dikenakan padanya, baik
26
berupa pembebanan statis maupun pembebanan dinamis. Pembebanan
statis merupakan pembebanan yang besar dan arahnya tetap setiap saat.
Pembebanan dinamis merupakan pembebanan yang besar maupun arahnya
berubah setiap saat. Pembebanan-pembenan tersebut menjadi acuan dalam
penentuan sifat mekanis logam.
Sifat mekanisme logam antara lain sebagai berikut:
a. Kekuatan bahan (strength)
Kekuatan bahan (strength) atau biasa disebut dengan tengan
batas (ultimate strength) merupakan tegangan terbesar dari dari suatu
bahan yang dapat ditahan tanpa menimbulkan kerusakan
(Rohyana,1999:15). Kekuatan bahan bervariasi menurut bentuk dan
beban yang diberikan, sehingga ada kekuatan atau ketahanan terhadap
beban statis seperti tarik, lentur, tekan, puntir (torsi), dan geser.
Sedangkan beban dinamis merupakan beban yang terjadi secara tiba-
tiba (kejut) dan berubah-rubah.
1) Tegangan Tarik dan Tekan
Menurut Achmad (1999:15), suatu gaya aksial yang
bekerja tegak lurus dengan penampang tertentu, akan
menimgulkan tegangan normal di setiap titik dari sebuah
penampang. Tegangan normal positif disebut tegangan tarik,
dimana gaya yang bekerja mempunyai arah ke luar (positif),
sedangkan tegangan normal negatif disebut tegangan tekan,
27
karena gaya yang bekerja mempunyai arah masuk penampang
(negative).
σ= PA
………… ………………………………………… ………… (1 )
Dimana σ=¿tegangan. N/m2 (Kg/mm2)
P=¿beban. N (Kg)
A=¿luas penampang. m2 (mm2)
Gambar 2.9. Gaya aksial yang bekerja pada plat
2) Tegangan Bengkok
Momen bengkok pada sebuah poros akan menimbulkan
tegangan bengkok.
σ b=MbWb
……………………………………...……………...(2)
Dimana σ b= tegangan bengkok. N/m2 (Kg/mm2)
Mb=¿ momen bengkok. Nm (Kg.mm)
Wb=¿ momen tahanan bengkok. m3 (mm3)
Menurut Achmad (1999:17), monen bending Mb dari suatu
gaya F didefinisikan sebagai perkalian besar gaya F dengan jarak
tegak lurus l dari a ke garis aksi F, seperti gambar 2.11.
l F
y
a
x
d
28
Gambar 2.10. Pembebanan Bengkok
Mb=F . l ………………………………… …………………………. (3 )
Dimana Mb=¿ momen bengkok. Nm (Kgmm)
F=¿ beban. N (Kg)
l=¿jarak tumpuan ke pusat gaya. m (mm)
Momen tahanan bending dapat dinyatakan sebagai berikut:
wb= Ixe
…………………………… ……………………………….(4)
Dimana :
Ix = momen inersia. m4 (mm4)
e = jarak yang terdekat dengan sumbu. m (mm)
besarnya momen tahanan bengkok tergantung dari bentuk
penampang elemen. Untuk menentukan momen inersia dan
momen tahanan bengkok dilihat pada tabel 2.2.
d
x x
y ydo
o dodi di
x x
y y
b
x
y
h
29
Tabel 2.2. Cara menentukan I dan Wb
Bentuk PenampangMomen Inersia Momen Tahanan Bengkok
I x=I y=π d4
64 W bx=W by=
π d3
32
I x=I y=π (d0
4−d i4)
64W bx=W by=
π (d04−di
4)64
I x=b h3
12
I y=h b3
12
W bx=b h2
6
W by=h b2
6
3) Torsi dan Tegangan Puntir
30
Setiap vector momen yang berhimpit dengan sumbu
suatu bagian mesin disebut vector torsi, karena momen ini
menyebabkan bagian mesin tersebut memuntir terhadap sumbunya.
Batang yang menerima momen seperti ini disebut batang torsi.
(Sygley dan Mitchell, 1986:68).
Ukuran panjang batang torsi dapat mempengaruhi
besarnya momen yang terjadi. Gambar 2.12. menerangkan torsi T
yang bekerja pada sebuah batang torsi dengan panjang L
dinyatakan dengan menggambarkan anak panah pada permukaan
batang untuk menanyakan arahnya, atau menggambarkan vector
torsi sepanjang sumbu putar barang tersebut. Vector torsi adalah
berupa tanda anak panah kosong pada sumbu x.
Gambar 2.11. Analisa torsi
Sudut puntir untuk batang bulat adalah (Harahap, 2000:68)
∅= TLGJ
………… ………………………………………… ………… (5 )
Dimana ∅=¿sudut puntir, rad
31
T=¿torsi, N.m
L=¿panjang, m
G=¿modulus kekakuan, N/m2 (Pa)
J=¿momen inersia sudut dari penampang, m4
Modulus kekakuan μ atau modulus geser adalah hubungan
deformasi di daerah elastik yang berbanding lurus dengan
tegangan geser τ atau puntir. E dan G adalah modulus elastik yang
penting dalam bahan teknik. Harga G memiliki hubungan dengan
E pada bahan isotropik yaitu (Saito dan Surdia, 1999: 8):
G= E2 (1+v )
…………………..…………………………………(6)
Keterangan, ν = perbandingan poisson, (0,33)
Momen puntir (torsi) dari daya motor penggerak adalah (Achmad,
1999:21) :
T=Nω
……………… ……………………………………… ……… (7 )
ω=2 πn60
……………………………………… …………………… (8 )
Dimana T=¿momen puntir (Nm)
N=¿daya (watt)
ω=¿ kecepatan sudut (rad/s)
32
n=¿ putaran motor (rpm)
Bila momen torsi T (Nm) dibebankan pada suatu poros
dengan diametes ds (m), maka tegangan puntir τ t (Nm) yang terjadi
adalah :
τ t=T
ds3
16
=5,1T
ds3
………………………………………… ……….. (9 )
Syarat perencanaan
τ t ≤ [ τ t ]
5,1T
ds3
≤ [τ t ]
Dimana [τ t ] adalah tegangan puntir yang diijinkan bahan.
4) Tegangan geser
Gaya normal F yang bekerja sejajar penempang dengan kondisi
seperti pada gambar 3.1. akan menimbulkan tegangan geser
langsung τ s (Achmad, 1999:18).
τ s=FA
… ………………………………………… ……………… (10 )
33
Gambar 2.12. Tegangan geser langsung
a) τ s=F
t .W b) τ s=
F2.t .W
……………………...(11)
Dimana
τ s=¿ tegangan geser (N/m2)
F=¿ gaya normal (N)
t=¿ tebal (m)
W =¿ lebar (m)
A=¿ luas penampang (m2)
5) Tegangan puntir dan lentur pada poros
Poros pada umumnya meneruskan daya melalui sabuk, roda
gigi dan rantai. Dengan demikian poros tersebut mendapat beban
puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros akan terjadi
tegangan geser karena momen puntir T dan tegangan tarik karena
momen lentur.
Besarnya tegangan gabungan antara tegangan puntir dan
tegangan lentur pada poros pejal adalah
34
τ maks=√σ x2+τ t
2 ………………………………………… …. (12 )
τ maks=√ (16 Mb )2
πd s3 +
(16 Mt )2
πds3 …………………………. …. (13 )
Syarat perencanaan
τ maks≤|τ|
√ (16 Mb )2
πds3 +
(16 Mt )2
πds3 ≤
σ y
2 N……… …………………………(14 )
Sehinggan besarnya diameter poros adalah
d s≥[ 10,2 Nσ y
√Mb2+Mt2]13 ……… ……………………… .. (15 )
Dimana
σ x = Tegangan bending (N/m2)
τ t = Tegangan puntir (N/m2)
σ y = Tegangan luluh (N/m2)
Mb = Momen bending (Nm)
Mt=¿ Momen torsi (Nm)
N=¿ Faktro keamanan
b. Kekuatan Luluh (Yield Strength)
Batasan elastik suatu logam yang berguna dalam keperluan
rekayasa adalah kekuatan luluh. Kekuatan luluh atau yield strength
adalah tegangan yang akan menghasilkan deformasi permanen dalam
35
jumlah kecil. Umumnya regangan yang dihasilkan sebesar 0,002
(Djaprie, 1990). Menurut Djaprie (1990), gambar 3 regangan
permanen yang terjadi adalah OC. Deformasi plastik suatu logam akan
muncul setelah melampaui batas elastiknya.
Gambar 2.13. Grafik tegangan-regangan
c. Kekerasan
Kekerasan bahan adalah sifat dasar dari logam setelah
kekuatan. Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan
untuk menahan pembebanan yang berupa goresan atau penekanan.
Untuk pengukuran kekerasan dengan penekanan dapat dilakukan
dengan pengujian Brinell (HB), Vicker (HV), dan Rockell skala C
(HRC).
d. Elastisitas
36
Elastisitas adalah kemampuan untuk kembali ke bentuk
semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan
bentuk. Sifat ini perlu diperhatikan dalam perancangan elemen mesin
karena jika beban melebihi batas elastisitasnya maka bahan akan
berubah bentuk serta melemahkan struktur atau turunnya kekuatan
bahan.
Menurut saito dan surdia (1999) deformasi di daerah elastik
merupakan sifat proporsional atau sebanding lurus dengan tegangan.
Hubungan lururs ini disebut modulus elastik dan dalam deformasi
memanjang disebut modulus elastik memanjang atau modulus young
yang dinyatakan dengan E (Saito dan Surdia, 1999:8).
E=σε
………… ………………………………………… ………… (16 )
ε= δllo
………………………………… ………………………… .. (17 )
Dimana
E=¿ modulus elastik (GPa)
ε=¿ regangan
σ=¿ tegangan (N/m2)
δl=¿ pertambahan panjang (m)
lo=¿ panjang mula-mula (m)
e. Kekakuan
37
Kekakuan bahan adalah ukuran dari kekampuan suatu bahan untuk
menahan perubahan bentuk atau deformasi bila bahan tersebut diberi
beban, kekakuan ini bisa didefinisikan sebagai modulus young dari suatu
bahan.
f. Plastisitas
Plastisitas adalah kemampuan dari suatu bahan padat untuk
mengalami perubahan bentuk tetap tanpa kerusakan. Perubahan bentuk
plastis ini hanya akan terjadi setelah melewati daerah elastis. Banyak
dari pengerjaan panas dan pengerjaan dingin tergantung pada
deformasi plastis (Rohyana, 1999:21). Biasanya plastisitas dari suatu
bahan akan bertambah bila suhunya naik. Oleh sebab itu banyak bahan
yang dikerjakan dengan menaikkan suhunya.
g. Kelelahan bahan.
Kelelahan bahan adalah kemampuan bahan untuk menerima
beban yang berganti-ganti dimana tegangan maksimum diberikan pada
setiap pembebanan (Rohyana, 1999:21). Pada kondisi ini bahan akan
rusak atau patah setelah berkali-kali menerima pembebanan atau
sebaliknya bahan mampu menahan beban. Sifat-sifat ini perlu
diperhatikan dalam pemilihan bahan untuk pembuatan elemen mesin,
karena sifat ini jika tidak dipenuhi akan menimbulkan kerugian yang
fatal.
38
7. Faktor Keamanan (Safety Factor)
Faktor keamanan n adalah faktor yang digunakan untuk
mengevaluasi keamanan dari suatu elemen mesin (Achmad, 1999: 3).
Analisis faktor keamanan banyak digunakan pada proses membandingkan
antara tegangan dengan kekuatan untuk menaksir angka keamanannya.
Cara menentukan faktor keamanan adalah (Harahap, 2000:13).
n=FpF
=σpσ ..........................................................................................(18)
Dimana, Fp = Beban yang diijinkan
F = Beban yang bekerja
σp = Tegangan yang diijinkan
σ = Tegangan yang bekerja
Menurut Achmad (1999), Berikut ini adalah rekomendasi nilai
faktor keamanan menurut P. Vidosic (tabel 2.3. ).
Tabel 2.3. Faktor keamanan berdasarkan tegangan luluh
No. Nilai keamanan, n Keterangan
1. 1,251,5 Untuk bahan yang sesuai dengan
penggunaan pada kondisi terkontrol dan
beban tegangan yang bekerja dapat
39
ditentukan dengan pasti.
2. 1,52,0
Untuk bahan yang sudah diketahui dan pada
kondisi lingkungan beban dan tegangan yang
tetap dan mudah ditentukan dengan mudah.
3. 2,02,5
Untuk bahan yang beroperasi pada
lingkungan biasa dan beban serta tegangan
dapat ditentukan.
4. 2,53,0
Untuk bahan getas di bawah kondisi,
lingkungan beban dan tegangan dapat
ditentukan.
5. 3,03,5
Untuk bahan belum diuji yang digunakan
pada kondisi lingkungan, beban dan
tegangan rata-rata atau untuk bahan yang
sudah diketahui baik yang bekerja pada
tegangan yang tidak pasti.
Elemen mesin dengan beban berulang, faktor ketetapan nomor 1
sampai 5 sudah sesuai, tetapi harus disalurkan pada batas ketahanan lelah
daripada kekuatan luluh bahan. Apabila elemen mesin dengan gaya kejut,
faktor keamanan yang sesuai adalah nomor 3 sampai 5 tetapi faktor kejut
termasuk dalam beban kejut.
40
8. Analisis Ekonomi
Analisis ekonomi merupakan salah satu bagian dari pertimbangan
dalam perencanaan sebuah produk yang berupa mesin. Pertimbangan
tersebut dipengaruhi oleh biaya-biaya yang dikeluarkan selama
menghasilkan produk.
a. Biaya
Biaya dalam arti luas adalah pengorbanan sumber ekonomi
yang diukur dalam satuan uang yang telah terjadi atau yang
kemungkinan akan terjadi untuk tujuan tertentu. Sedangkan biaya
dalam arti sempit adalah pengorbanan sumber ekonomi untuk
memperoleh aktiva (Mulyadi, 1993).
Biaya digolongkan dengan berbagai macam cara.
Penggolongan biaya ditentukan atas dasar tujuan yang hendak dicapai.
Biaya dapat digolongkan menurut :
1) Objek pengeluaran
Objek pengeluaran merupakan dasar penggolongan biaya.
Misalnya biaya gaji dan biaya asuransi.
2) Fungsi pokok dalam perusahaan
Biaya menurut fungsi pokok dalam perusahaan terbagi
menjadi tiga, yaitu: biaya produksi, biaya pemasaran, dan biaya
administrasi. Biaya produksi adalah biaya-biaya yang terjadi untuk
mengolah bahan baku menjadi produk jadi yang siap untuk dijual.
41
Contoh: biaya bahan baku, biaya karyawan, dan biaya bahan
penolong.
Biaya pemasaran adalah biaya-biaya yang terjadi untuk
melaksanakan kegiatan pemasaran produk. Contoh: biaya iklan,
biaya promosi, dan biaya angkutan. Sedangkan biaya administrasi
adalah biaya-biaya untuk mengkoordinasi kegiatan produksi dan
pemasaran produk. Contohnya biaya personalia, biaya akuntan,
dan biaya foto kopi.
3) Hubungan biaya dengan sesuatu yang dibiayai
Berdasarkan hubungannya, biaya dibagi menjadi dua
golongan, yakni biaya langsung dan biaya tidak langsung. Biaya
langsung adalah biaya yang terjadi dimana penyebab satu-satunya
karena ada sesuatu yang dibiayai. Biaya tidak langsung adalah
biaya yang terjadi tidak hanya disebabkan oleh sesuatu yang
dibiayai.
4) Perilaku dalam hubungannya dengan perubahan volume kegiatan
Berdasarkan perilaku dalam hubungannya dengan volume
kegiatan, biaya digolongkan menjadi empat, yaitu: biaya variabel,
biaya semivariabel, biaya semifixed, dan biaya tetap.
a) Biaya variabel adalah biaya yang jumlah totalnya berubah
sebanding dengan perubahan volume kegiatan.
42
b) Biaya semivariabel adalah biaya yang berubah tidak
sebanding dengan perubahan volume kegiatan.
c) Biaya semifixed adalah biaya yang tetap untuk tingkat volume
kegiatan tertentu dan berubah dengan jumlah yang konstan
pada volume produksi tertentu.
d) Biaya tetap atau fixed cost adalah biaya yang jumlah totalnya
tetap dalam kisar volume kegiatan tertentu.
5) Jangka waktu manfaatnya
Berdasarkan jangka waktu manfaatnya biaya dapat dibagi
menjadi dua, yaitu pengeluaran modal dan pengeluaran
pendapatan. Pengeluaran modal adalah biaya yang mempunyai
manfaat lebih dari satu periode akuntansi. Pada saat terjadi
dibebankan sebagai harga pokok aktiva. Sedangkan pengeluaran
pendapatan adalah biaya yang hanya mempunyai manfaat dalam
periode akuntansi terjadinya pengeluaran.
Pembuatan suatu produk terdapat dua kelompok biaya
yaitu biaya produksi dan biaya non produksi. Biaya produksi
merupakan biaya-biaya yang dikeluarkan dalam pengolahan bahan
baku menjadi produk. Sedangkan biaya non produksi seperti
pemasaran dan administrasi. Biaya produksi membentuk harga
pokok produksi yang digunakan untuk menghitung harga pokok
43
produk. Kemudian biaya non produksi ditambahkan pada harga
pokok produksi untuk menghitung total harga pokok produk.
b. Metode Penentuan Harga Pokok Produk Berdasarkan Pesanan
Penentuan harga pokok produk berdasarkan pesanan (full
costing) dilakukan dengan mengumpulkan biaya-biaya produksi
pesanan tertentu dan harga pokok produksi persatuan dihitung dengan
cara membagi total biaya produksi pesanan dengan jumlah satuan
produk pesanan yang bersangkutan.
Sebuah perusahaan dengan proses produksi berdasarkan
pesanan memulai proses produksi suatu produk berdasarkan
spesifikasi yang ditentukan oleh pemesan. Biaya produksi pesanan
yang satu dengan pesanan yang yang lain akan berbeda sesuai
keinginan dari pemesan. Harga jual yang dibebankan pada pemesan
sangat ditentukan oleh besarnya biaya produksi yang akan dikeluarkan
untuk memproduksi pesanan tertentu.
c. Neraca Ekonomi
Selain biaya-biaya yang akan dikeluarkan selama proses
pembuatan produk, dalam analisis ekonomi juga diperhitungkan
mengenai neraca ekonomi. Neraca ekonomi adalah suatu laporan yang
berisi kegiatan perusahaan yang dibuat dengan jangka waktu tertentu
44
(Machfoedz, 1987). Hal-hal yang terdapat dalam neraca perusahaan
antara lain BCR (Benefit Cost Ratio) dan BEP (Break Event Point).
1) BCR (Benefit Cost Ratio)
BCR atau Benefit Cost Ratio merupakan perbandingan
antara hasil yang dipresentasikan dengan biaya modal sebagai
indikator diterima atau tidaknya investasi yang dijalankan dalam
suatu usaha. BCR lebih dari satu maka investasi yang
ditanamkan menguntungkan (Saputro, 1993).
Menurut Budiono (1993), perhitungan BCR dapat dihitung
dengan rumus :
BCR= PenerimaanBiayaproduksi .....................................................................(19)
2) BEP (Break Event Point)
BEP atau Break Event Point adalah suatu keadaan dimana
penghasilan dari penjualan hanya cukup untuk menutup biaya baik
yang bersifat variabel maupun yang bersifat tetap atau hanya
mampu menutup biaya produksi dan biaya usaha yang diperlukan
dalam menjalankan kegiatannya. BEP menunjukkan jumlah laba
sama dengan nol atau jumlah penghasilan total sama dengan biaya
total (Partadiredja, 1996).
45
BEP bermanfaat untuk menetapkan penjualan minimal
yang harus dipertahankan agar tidak rugi dalam menjalankan
kegiatan produksi dalam biaya tetap maupun biaya variabel
tertentu (Saputra, 2000). Perhitungan BEP dapat dilakukan dengan
rumus :
BEP= TFC
1−TVCTR ................................................................................(20)
Dimana: TFC = Total Fixed Cost
TVC = Total Variable Cost
TR = Total Revenue (Pendapatan)
d. Pendapatan
Berdasarkan produk yang terjual, diperoleh pendapatan.
Pendapatan merupakan selisih antara output (penerimaan) yang
diperoleh dari penjualan hasil produksi dengan input (biaya) yang
dikeluarkan untuk menghasilkan suatu produk (Adisaputro, 1993).
Menurut Budiono (1993), jumlah pendapatan yang diterima
oleh perusahaan dapat dirumuskan sebagai berikut :
Pendapatan = Total output – total input ……………………………(21)
46
Pendapatan merupakan selisih antara output (penerimaan) yang
diperoleh dari penjualan hasil produksi dengan input (biaya) yang
dikeluarkan untuk menghasilkan suatu produk (Saputra, 2000).
Pendapatan sangat dipengaruhi oleh input dan output. Input
merupakan faktor yang dapat digunakan untuk menghasilkan sebuah
produk yang dapat memuaskan kebutuhan atau keinginan manusia.
Sedangkan output adadalah hasil produksi total sumber daya yang
digunakan dalam usaha ekonomi.
B. Tuntutan Sand Mixer Machine dari Sisi Calon Pengguna
Pengembangan teknis suatu desain merupakan salah satu syarat utama
keberhasilan sebuah produk dalam memenuhi kebutuhan konsumen. Upaya
tersebut memerlukan beberapa langkah konstruktif (Budiman, dan Priambodo,
1999) yaitu:
1. Produksi perdana. Memenuhi target yang telah ditentukan.
2. Pengembangan lanjut. Eliminasi hambatan, kesempurnaan,
kesederhanaan, dan penurunan harga dari hasil desain.
3. Penyesuaian hasil desain untuk penerapan di bidang khusus dan
pengembangan produksi khusus.
4. Spesifikasi khusus. Menentukan ukuran tertentu, bentuk dan daya tahan
khusus, jika hal ini belum dilakukan dalam langkah terdahulu.
47
5. Memproduksi dengan cara lain atau bahan lain.
6. Hasil desain yang lebih bermutu.
Berdasarkan uraian di atas langkah awal proses perencanaan yang
perlu dilakukan adalah mempelajari syarat-syarat dan spesifikasi tugas secara
detail. Sebagian besar masalah atau kegagalan desain disebabkan karena
kurang jelasnya kriteria tuntutan pemakai dan kaburnya definisi tugas yang
harus dipenuhi. Sedangkan alasan utama penolakan desain dari konsumen
adalah faktor investasi atau ekonomi yang tidak sepadan. Oleh karena itu,
diperlukan formula khusus sebagai langkah awal pengembangan desain
dengan mempelajari tuntutan produk dari pemakai
Inti perancangan Sand Mixer Machine didasarkan pada pembuatan
konstruksi dan sistem transmisi yang sederhana. Mesin ini diharapkan mampu
melaksanakan proses pencampuran dan penggilingan dengan waktu kurang
lebih 10 menit dan kapasitas 10-15 kg. Pada saat proses pencampuran dan
penggilingan, pasir yang sedang dikerjakan ada kalanya memerlukan
campuran dari air. Hal tersebut dilakukan untuk meningkatkan sifat adhesi
dari pasir tersebut sehingga mudah untuk diolah. Sand Mixer dibuat dengan
kontruksi yang kokoh, indikator jelas, aman dan efisien.
Proses produksi Sand Mixer Machine mudah dan cepat dikerjakan
dengan ketersediaan mesin produksi yang ada. Berdasarkan tuntutan diatas,
diharapkan mesin ini dapat beroperasi sesuai standar yang diminta, biaya
48
pembuatan yang ekonomis, mudah dibuat, proses perakitan dan penggantian
suku cadang mudah.
Berdasarkan keterangan dan penjelasan terkait dengan produk Sand
Mixer Machine untuk produksi pengolahan pasir cetak dapat digambarkan
spesifikasi mesin yang dibutuhkan.
Table 2.4. Pertimbangan Perancangan Sand Mixer Machine
No. Pertimbangan Perancangan
Persyaratan Tingkat Kebutuhan
1. Energi a. Menggunakan tenaga motor
listrik
b. Dapat diganti dengan penggerak
lain atau gabungan
D
W
2. Kinematika a. Mekanisme mudah beroperasi
b. Menggunakan reduktor untuk
mengurangi putaran motor
D
D
3. Gaya a. Mempunyai gaya putar (couple)
untuk memutarkan rol
b. Mempunyai gaya tekan dan
geser untuk mengolah pasir
D
W
4. Geometri a. Panjang berkisar 64,5 cm
b. Lebar berkisar 64,5 cm
c. Tinggi berkisar 85,5 cm
D
D
D
5. Material a. Mudah didapat D
49
b. Murah harganya
c. Baik mutunya
d. Tahan terhadap gaya puntir,
tekan dan geser
e. Sesuai dengan standar umum
f. Memiliki umur pakai yang
panjang
D
D
D
D
D
6. Ergonomi a. Sesuai dengan kebutuhan
b. Mudah untuk dipindahkan
c. Tidak bising
d. Mudah dioperasikan
D
D
D
D
7. Sinyal a. Petunjuk pengoperasian mudah
b. Petunjuk pengoperasian dalam
dua bahasa yaitu bahasa
Indonesia dan bahasa inggris
D
D
8. Keselamatan Kontruksi harus kokoh D
Keterangan:
1. Keharusan/demands (D), yaitu syarat mutlak yang harus dimiliki mesin
(jika tidak terpenuhi maka mesin merupakan solusi yang tidak diterima).
2. Keinginan/wishes (W), yaitu syarat yang masih dipertimbangkan
keberadaanya agar dapat memaksimalkan kerja dari mesin yang
dirancang.
50
C. Analsisis Morfologis Sand Mixer Machine
Analsisis morfologis dibuat sebagai pertimbangan cara sistematis
untuk memilih komponen dan mekasnime mesin yang terbaik sehingga
pencarian alternatif penyelesaian maslah lebih tersetruktur. Pilihan akhir
nantinya didasarkan atas pokok-pokok utama perancangan.
Pokok-pokok tersebut meliputi; fungsi mesin yang dapat diandalkan,
produksi mesin mudah, biaya produksi mesin rendah, dan bahan material
mudah didapat. Analisis morfologis dalam merancang sand mixer machine
ditunjukkan dalam matrik table 2.5.
Table 2.5. Matriks morfologi sand mixer machine
No. Varabel Varian
A B C
1. Sumber Tenaga
Penggerak
Motor listrik
Manual/tenaga manusia Motor diesel
2. Sistem Transmisi
Belt dan pulley Sprocket dan rantai
Speed reducer
51
3. Bahan Rangka
Kanal UNP Profil Siku Pipa
4. Upper Foundatio
n
Plat baja 5 mm Plat 7 mmPlat 10 mm
5. Heawy Wheel ( Rol )
Rangakaian Pipa dan Plat Baja
Elevator Pulley
hasil coran
6. Bahan Setting Tools
Profil SikuBaja pejal
Gabungan antara profil siku dan baja
pejal
7. Bahan casing
Plat eyser Plastic Triplek
8. Tabung
52
D. Gambaran Sand Mixer Machine
Berdasarkan beberapa pilihan dan solusi dari hasil analisis morfologi
di atas, serta dari tuntutan calon pengguna serta hasil identifiksi produk
sebelumnya digunakan untuk memberikan gambaran bentuk dari sand mixer
machine. Gambaran bentuk dari sand mixer machine dapat dilihat pada
gambar 2.14.
Gambar 2.14. Bagian-bagian Sand Mixer Machine
53
Keterangan:
1. Rangka 6. Setting Tools 11. Tabung
2. Motor listrik 7. Arm 12. Penguat Tabung
3. Speed Reducer 8. Heavy Wheel 13. Pintu Keluaran
4. Kopel 9. Pengeruk 14. Pengunci Tabung
5. Main Shaft 10. Holder 15. Tempat Sakelar