4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Plastik

Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik yang

terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga terdiri dari

zat lain untuk meningkatkan performa atau nilai ekonomis. Plastik adalah bahan yang

mempunyai derajat kekristalan lebih rendah daripada serat, dan dapat dilunakkan atau

dicetak pada suhu tertentu. Plastik dapat dicetak (dan dicetak ulang) sesuai dengan

bentuk yang diinginkan.

Plastik mempunyai ciri – ciri sifat secara umum, yaitu:

• Ringan, berat jenis 1,1 – 1,6 (logam Mg=1,75).

• Tahan kelembaban dan tahan korosi.

• Kekuatan dielektrik yang baik.

• Transparan atau berwarna.

• Lebih mudah dibentuk dibandingkan logam.

• Kekuatan lebih rendah daripada logam.

• Tidak tahan panas dan stabilitas dimensi rendah

Syarief et al. (1989) membagi plastik menjadi dua berdasarkan sifat-sifatnya terhadap

perubahan suhu, yaitu :

1. Termoplastik

Merupakan jenis plastik yang dapat meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti

perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya.

Proses pemanasan akan membuat plastik ini kembali mengeras bila didinginkan.

Jenis plastik thermoplastik antara lain: PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT,

Polyacetal (POM), PC dan lain-lain.

2. Termoset

Plastik termoset adalah plastik yang tidak dapat mengikuti perubahan suhu dan

memiliki sifat tidak dapat balik (irreversibel) apabila telah mengalami kondisi

5

tertentu tidak dapat dicetak kembali. Jenis plastik ini tidak dapat dilunakkan

kembali, setelah proses pengerasan. Jenis-jenis plastik termoset antara lain: PU

(Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyde), MF (Melamine Formaldehyde),

polyester, epoksi dan lain-lain.

Botol dan gelas plastik kemasan air minum yang beredar dipasaran kebanyakan

terbuat dari polyethylene terephthalate atau PET didesain hanya untuk sekali pakai dan

aman dipakai 1-2 kali saja. Sehingga jumlah sampah botol plastik menjadi banyak dan

juga sampah botol plastik sulit terurai. Oleh sebab itu, diperlukan proses pengolahan

kembali sampah botol plastik dan pada proses itu diperlukan mesin pencacah sampah

plastik agar memudahkan proses tersebut.

2.2 Mesin Pencacah Plastik

Mesin pencacah plastik merupakan salah satu bagian dari mekanisme pengolahan

sampah plastik untuk di daur ulang. Dalam hal ini mesin pencacah memiliki peran

besar, dimana sampah plastik akan dicacah menjadi ukuran kecil yang kemudian

diproses kembali menjadi biji plastik sebagai bahan dasar pembuatan plastik. Mesin ini

memiliki kompone-komponen pendukung yang saling berkaitan sehingga menjadi

suatu bagian mekanisme yang kompak, namun tetap memiliki prinsip yang simpel.

Terdapat beberapa tahap proses pencacahan plastik menjadi ukuran-ukuran kecil,

dimulai dari memasukkan plastik kedalam mesin melalui corong masuk atau hopper,

lalu plastik akan jatuh ke pisau pencacah yang berputar sehingga terjadi pencacahan

menjadi ukuran kecil, yang kemudian hasil cacahan akan keluar melalui corong keluar

dan ditampung oleh bak.

Dalam bentuk sederhana mesin pencacah terdiri dari motor penggerak, puli, sabuk

dan poros. Putaran motor ditransmisikan oleh puli dan sabuk ke gearbox atau reducer

untuk memutar poros yang selanjutnya memutar pisau pencacah.

2.3 Teori Pemotongan

Pemotongan suatu bahan merupakan proses pemisahan bahan sepanjang garis

yang sudah ditentukan dengan menggunakan alat pemotong yang akan mengakibatkan

kerusakan pada permukaan bahan. Proses pemotongan terjadi dalam beberapa tahapan,

6

pertama pisau menyentuh bahan (Gambar 2.1a). Kemudian pisau masuk ke dalam

bahan sehingga terjadi peningkatan jumlah gaya sehingga bahan menjadi rusak/robek

(Gambar 2.1b). Jika tekanan pisau terus dilakukan maka akan terjadi pemisahan bahan

(Gambar 2.1c) (Perrson, 1987).

Gambar 2.1 Tahapan Proses Pemotongan Bahan

Selain itu terdapat beberapa faktor yang menentukan proses pemotongan, yaitu

tipe dan kondisi bahan yang akan dipotong, bentuk mata pisau, jari-jari dan sudut

kemiringan mata pisau, kecepatan mata pisau pada saat proses pemotongan, serta

penggunaan material mata pisau. (Perrson 1987)

Ada beberapa metode yang dapat dilakukan dalam proses pemotongan, seperti

penggunaan mata pisau tunggal atau ganda. Penggunaan ini tergantung dari kebutuhan

bahan yang akan dipotong. Salah satu metode pemotongan yang dapat dilakukan

seperti paada gambar 2.2 yang memperlihatkan proses pemotongan menggunakan dua

buah mata pisau yang saling berhadapan dan bekerja saling memotong (countermoving

blade). Contoh proses pemotongan ini seperti pada pemotongan menggunakan gunting.

Gambar 2.2 Metode Pemotongan Dengan 2 Mata Pisau

7

2.4 Komponen Utama Mesin Pencacah Plastik

Komponen-komponen utama penyusun mesin pencacah plastik ini adalah

sebagai berikut :

2.4.1 Pisau

Agar proses mencacah berjalan lancar, dibutuhkan pisau pencacah, pisau

pencacah berfungsi menghancurkan plastik menjadi potongan kecil untuk

mempermudah proses daur ulang.

Untuk menentukan kekuatan pisau atau gaya yang dihasilkan dapat

menggunakan rumus :

𝑭 = 𝝉𝒈 . 𝑨

Keterangan :

𝐹 = Gaya potong (kg)

𝜏𝑔 = Tegangan bahan (kg ⁄𝑚𝑚2)

𝐴 = Luas bidang pencacah (𝑚𝑚2)

Hasil dari gaya potong tersebut digunakan untuk mencari gaya total yang

bekerja sesuai dengan jumlah pisau rotor dengan rumus :

∑𝑭 = 𝑭 . 𝒏p

Keterangan :

∑𝐹 = Gaya total pisau (N)

𝑛𝑝 = Jumlah pisau potong

Hasil gaya total pisau digunakan untuk mencari torsi yang terjadi pada pisau

dengan menggunakan rumus :

T = ∑F . r

Keterangan :

T = Torsi (Kg.mm)

r = panjang lengan (jari-jari pisau) (mm)

2.4.2 Daya Motor

Motor listrik merupakan elemen mesin yang mengubah energi listik menjadi

energi gerak sehingga berfungsi sebagai tenaga penggerak.

8

Untuk menghitung daya yang diperlukan untuk menggerakkan pisau

digunakan rumus :

P = ∑𝑭 . 𝒗

𝟕𝟓

Keterangan :

P = Daya untuk menggerakkan pisau (HP)

∑F = Gaya total yang bekerja (kg)

v = Kecepatan keliling (m/s)

Penggunaan motor listrik disesuaikan dengan kebutuhan daya mesin yang

diperlukan. Sehingga daya motor yang dibutuhkan dapat dihitung dengan rumus :

Nm = 𝑷

𝝃𝒕𝒓𝒂𝒏𝒔𝒎𝒊𝒔𝒊

Keterangan :

Nm = Daya Motor (HP)

ξtransmisi = Efisiensi transmisi

2.4.3 Puli

Puli merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk meneruskan

daya dari motor dengan memanfaatkan gaya gesekyang terjadi pada puli. Putaran

dari motor disalurkan menggunakan sabuk ke benda yang digerakkan.

Perhitungan reduksi :

i = 𝒏𝟏

𝒏𝟐

Perhitungan untuk menentukan diameter puli adalah sebagai berikut :

dp = dmin

Dp = dp x i

Keterangan :

Dp = Diameter lingkaran jarak untuk puli besar (mm)

dp = Diameter lingkaran jarak untuk puli kecil (mm)

dmin = Diameter puli minimal (mm)

i = Perbandingan reduksi

9

Tabel 2.1 Diameter puli yang dianjurkan (mm)

Penampang A B C D E

Diameter minimum

yang diijinkan 90 125 200 315 500

(Ali Saifullah, 2017)

2.4.4 Sabuk-V

Dibelitkan di keliling alur puli yang berbentuk V pula. Sabuk-V berfungsi untuk

meneruskan gerakan poros atau transmisi.

Untuk menghitung kecepatan linier sabuk-V (m/s) : (Ali Saifullah, 2017)

v = 𝝅.𝒅𝒑.𝒏𝟏

𝟔𝟎.𝟏𝟎𝟎𝟎

Keterangan :

dp = Diameter Puli Kecil (mm)

n1 = Putaran Puli Kecil (rpm)

Untuk menghitung panjang keliling (mm) digunakan rumus : (Ali Saifullah,2017)

L = 2C + 𝝅

𝟐(dp + Dp) +

𝟏

𝟒𝑪(Dp – dp)2

Keterangan :

C = Jarak Sumbu Poros (mm)

Untuk menghitung sudut kontak (rad) digunakan rumus : (Ali Saifullah, 2017)

Θ = 180° - (𝑫𝒑+𝒅𝒑)

𝑪 . 60°

Untuk menghitung gaya keliling rata-rata (kg) :

Frated = 𝟏𝟎𝟐.𝑵𝒎

𝒗

Keterangan :

Nm = Daya Motor (kw)

Untuk menghitung jumlah sabuk-V digunakan rumus : (Ali Saifullah, 2017)

z = 𝑭𝒓𝒂𝒕𝒆𝒅

𝒌 . 𝑭

Keterangan :

Frated = Gaya Keliling Rata-rata (kg)

10

k = Tegangan Akibat Beban (kg/cm2)

F = Luas Penampang Sabuk (cm2)

Menghitung tegangan maksimal () menggunakan rumus : (Ali Saifullah, 2017)

σmak = σ0 + 𝑭𝒓𝒂𝒕𝒆𝒅

𝟐.𝒛.𝑭 +

𝜸 .𝒗𝟐

𝟏𝟎.𝒈 + Eb .

𝒉

𝑫𝒎𝒊𝒏

Keterangan :

σ0 = Tegangan awal (kg/cm2)

Frated = Gaya keliling rata-rata (kg)

z = Jumlah belt

F = Luas penampang sabuk (cm2)

γ = Berat jenis sabuk (kg/cm2)

Eb = Modulus elastisitas sabuk (kg/cm2)

v = Kecepatan keliling (m/s)

g = Kecepetan gravitasi (m/s2)

h = Tebal sabuk (mm)

Dmin = Diameter minimum puli (mm)

Untuk menghitung umur sabuk-V (Ali Saifullah, 2017)

H = 𝑵𝒃𝒂𝒔𝒆

𝟑𝟔𝟎𝟎 .𝒖 . 𝒙 . (

𝝈𝒇𝒂𝒕

𝝈𝒎𝒂𝒌)m

Keterengan :

Nbase = Dasar fatigue test (107 siklus)

σfat = Fatique limit (90 kg/cm2 untuk V-belt)

σmax = Tegangan maksimum sabuk (kg/cm2)

u = Jumlah putaran sabuk per detik (v

L) (m/s)

x = Jumlah puli dalam sistem

m = 8 untuk sabuk-v

Nbase = Basis dari fatique tes (107)

2.4.5 Roda Gigi

Roda gigi merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk

meneruskan atau mentransmisikan daya selain dengan sabuk atau rantai. Roda gigi

11

memiliki gigi yang saling bersinggungan satu dengan yang lain. Dan pada

perancangan ini roda gigi yang digunakan adalah roda gigi lurus.

Dalam merancang roda gigi lurus, prosedur berikut dapat diikuti :

1. Beban tangensial gigi diperoleh dari hubungan berikut : (Ali Saifullah, 2017)

WT = 𝑷 .𝟒𝟓𝟎𝟎

𝑽 . Cs

Keterangan :

WT = beban tangensial gigi yang diijinkan (kg)

P = daya yang ditransmisikan (hp)

V = kecepatan keliling (m/menit)

Cs = faktor servis

Tabel 2.2 Faktor Servis

Type of load

Type of service

Intermittent or

3 hours per day

8-10 hours per

day

Continuous 24

hours per day

Steady 0,8 1,00 1,25

Light shock 1,00 1,25 1,54

Medium shock 1,25 1,54 1,80

Heavy shock 1,54 1,80 2,00

(Ali Saifullah, 2017)

Kecepatan keliling dapat dihitung dengan rumus :

V = 𝝅.𝑫.𝒏

𝟏𝟎𝟎

Keterangan :

D = pitch diameter (cm)

n = kecepatan putar (rpm)

2. Menghitung beban dinamik (WD) pada gigi dengan persamaan Buckingham :

WD = WT + 𝟎,𝟏𝟏 .𝑽 (𝒃.𝑪 + 𝑾𝒕)

𝟎,𝟏𝟏 .𝑽+ √𝒃.𝑪+𝑾𝒕

Keterangan :

WT = beban tangensial (kg)

12

V = kecepatan keliling (m/menit)

b = lebar permukaan gigi (cm)

C = deformasi atau faktor dinamik (cm)

3. Mencari beban statik (Ws) yaitu kekuatan lelah gigi, dengan rumus berikut :

Ws = fe. b. π m. y

Keterangan :

fe = batas ketahanan lentur (kg/cm2)

b = lebar permukaan gigi (cm)

m = modul (cm)

y = faktor bentuk gigi

Untuk keamanan dari kerusakan Ws harus lebih besar dari WD

4. Mencari beban aus gigi (Ww) dengan hubungan berikut :

Ww = DP. b. Q. K

Keterangan :

DP = pitch diameter pinion (cm)

b = lebar permukaan gigi pinion (cm)

Q = faktor rasio

K = faktor tegangan-beban

Untuk keamanan beban aus (Ww) tidak boleh lebih kecil dari WD.

2.4.6 Poros

Poros (shaft) adalah salah satu bagian penting dari elemen mesin. Biasanya

berbentuk silinder dan bertugas untuk meneruskan daya dan putaran dari secara

bersamaan. Poros yang berfungsi dalam sistem transmisi ini dapat diklasifikasikan

menurut jenis pembebanannya sebagai berikut :

1. Poros transmisi, poros yang mendapatkan beban puntir murni atau puntir dan

lentur dimana dayanya ditransmisikan oleh puli dan sabuk.

Gambar 2.3 Poros Transmisi

13

2. Spindel, poros yang relative pendek dan memiliki beban utama berupa

puntiran. Syarat dari poros ini adalah deformasinya harus kecil serta bentuk

dan ukurannya harus detail.

Gambar 2.4 Poros Spindel

3. Gandar, Poros yang dipakai diantara roda-roda kereta barang dimana hanya

menerima beban lentur saja dan tidak mendapat beban punter.

Gambar 2.5 Poros Gandar

Poros yang digunakan pada perancangan mesin pencacah ini akan mengalami

beban puntir dan beban lentur, maka poros harus di desain berdasar kedua momen

tersebut sekaligus dan perlu menggunakan material yang dapat menahan kedua

momen tersebut. Sehingga, dalam perhitungan poros berhubungan dengan

tegangan yang dimiliki material tersebut.

Diketahui bahwa : (Khurmi, 1984)

𝑇𝑒

𝐼𝑝 = σa

𝑟 ……… (1)

Keterangan :

Te = Torsi ekuivalen (kg.cm)

Ip = Momen inersia polar (cm4)

τa = Tegangan geser ijin (kg/cm2)

r = Jari-jari (cm)

= d

2 , dimana d adalah diameter poros

14

Diketahui momen ekuivalen (Te) adalah : (Khurmi, 1984)

Te = √𝑲𝒎 . 𝑴𝟐 +𝑲𝒕 . 𝑻𝟐

Keterangan :

Km = faktor koreksi untuk momen lentur (1,5 untuk beban tetap, 1,5

-2 untuk beban ringan dan 2-3 untuk beban berat)

Kt = faktor koreksi untuk momen puntir (1 untuk beban halus, 1-

1,5 terjadi sedikit kejutan dan 1,5-3 terjadi kejutan besar)

M = momen lentur (kg.cm)

T = momen puntir (kg.cm)

Dan diketahui momen puntir atau torsi adalah : (Khurmi, 1984)

T = 𝑃.4500

2.𝜋.𝑛

Keterangan :

P = daya motor (HP)

n = putaran poros (rpm)

Diketahui momen inersia polar untuk poros lingkaran pejal, (Khurmi, 1984)

Ip = 𝝅

𝟑𝟐 d4

Sehingga persamaan (1) menjadi :

𝑻𝒆𝝅

𝟑𝟐 𝒅𝟒

= 𝛕𝐚𝐝

𝟐

atau, Te =𝝅

𝟏𝟔𝝉𝒂 𝒅𝟑

Sehingga untuk mencari diameter poros persamaannya menjadi : (Khurmi, 1984)

𝒅𝟑= 𝟏𝟔 .𝑻𝒆

𝝅 .𝛕𝐚

2.4.7 Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga

putaran atau gerakkan bolak-baliknya dapatb berlangsung secara halus, aman dan

panjang umur. (Sularso dan K Suga, 1987)

Jika C (kg) menyatakan beban beban nominal dinamis spesifik dan P (kg)

adalah beban ekuivalen dinamis, maka faktor kecepatan fn adalah :

15

𝐔𝐧𝐭𝐮𝐤 𝐛𝐚𝐧𝐭𝐚𝐥𝐚𝐧 𝐛𝐨𝐥𝐚, 𝒇𝒏 = (𝟑𝟑, 𝟑

𝒏)𝒊/𝟑

𝐔𝐧𝐭𝐮𝐤 𝐛𝐚𝐧𝐭𝐚𝐥𝐚𝐧 𝐫𝐨𝐥, 𝒇𝒏 = (𝟑𝟑, 𝟑

𝒏)𝟑/𝟏𝟎

}

Faktor umur adalah : (Sularso dan K Suga, 1987)

Untuk kedua bantalan, fh = fn 𝑪

𝑷

Umur nominal Lh adalah : (Sularso dan K Suga, 1987)

𝐔𝐧𝐭𝐮𝐤 𝐛𝐚𝐧𝐭𝐚𝐥𝐚𝐧 𝐛𝐨𝐥𝐚, 𝑳 = 𝟓𝟎𝟎𝒇𝒉𝟑

𝐔𝐧𝐭𝐮𝐤 𝐛𝐚𝐧𝐭𝐚𝐥𝐚𝐧 𝐫𝐨𝐥, 𝑳 = 𝟓𝟎𝟎𝒇𝒉𝟏𝟎/𝟑}