bab ii tinjauan pustaka 2.1 kotoran sapi
TRANSCRIPT
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kotoran Sapi
Kotoran sapi merupakan sebuah limbah hasil dari pencernaan sapi.
Warna pada kotoran sapi memiliki warna yang sangat bervariasi dari kehijauan
hingga kehitaman, hal tersebut terjadi akibat makanan yang dikonsumsinya
sehingga mempengaruhi warna kotoran sapi. Warna kotoran sapi akan
cenderung lebih gelap setelah terpapar udara dan sinar matahari. Contoh
gambar kotoran sapi dapat dilihat pada gambar 4.1.
Kotoran sapi memiliki kandungan unsur hara. Unsur hara pada kotoran
sapi berguna untuk menyuburkan tanaman. Tanaman membutuhkan unsur hara
sebagai salah satu bahan fotosintesis. Unsur hara yang dihasilkan oleh kotoran
sapi sangat menguntungkan bagi tanaman.
2.1.1 Pengolahan Kotoran Sapi
Kotoran sapi pada awalnya hanya dimanfaatkan sebagai pupuk
kompos oleh peternak, tetapi seiring dengan perkembangan zaman
olahan kotoran sapi mulai dapat dikembangkan, beberapa olahan kotoran
Gambar 2. 1 Kotoran Sapi
6
sapi yang lebih bermanfaat serta memiliki sebuah nilai jual yang lebih
tinggi. Beberapa diantara hasil olahan kotoran sapi adalah sebagai
berikut.
a. Pupuk Organik
Kotoran sapi merupakan salah satu bahan yang memiliki
sebuah potensi untuk dijadikan sebagai pupuk kompos. Kotoran
sapi sendiri memiliki kandungan unsur hara yang mana terdiri dari
fosfor, nitrogen, kalium, kalsium. Kotoran sapi merupakan pupuk
kompos yang baik untuk tanaman maupun lingkungan. Disbanding
dengan pupuk kimia pupuk kompos kotoran sapi dinilai lebih ramah
lingkungan meskipun tidak memiliki dampak secara instan seperti
pupuk kimia[1].
Kotoran sapi sudah dimanfaatkan sebagai pupuk kompos
sejak dulu, tetapi pemanfaatan tersebut masih dilakukan dengan cara
tradisional. Dalam pengolahan kotoran sapi sebagai pupuk kompos
masih perlu ditingkatkan agar hasil olahan lebih baik dan waktu
pengolahan lebih singkat. Beberapa perkembangan alat yang
dilakukan juga masih dinilai standar dan belum pada tahapan
teknologi yang tinggi.
b. Biogas
Berdasarkan artikel yang ditulis oleh Yuni Erlita, S.Pt (Dinas
Peternakan & Kesehatan Hewan) kotoran sapi dapat diolah menjadi
beberapa olahan yang bermanfaat, contoh olahan kotoran sapi dapay
dimanfaatkan sebagai biogas. Dengan campuran kotoran ditambah
dengan sisa pertanian yaitu Metan, Karbon dioksida, Nitrogen,
Karbon monoksida, Oksigen, Propena, Hidrogen sulfide dengan
melalui beberapa tahap pengolehan dapat menjadi biogas yang
ramah lingkungan.
Pada proses pengolahannya, kotoran sapi melalui beberapa
tahapan pengolahan. Dengan melalui beberapa tahapan pengolahan
kotoran sapi dan limbah hasil pertanian akan menghasilkan biogas.
Hal ini tentu sangat menguntungkan dikarenakan bahan baku atau
7
sumber energi yang digunakan adalah zat sisa atau limbah dari
hewan ternak sapi. Hal yang terpenting dalam pemanfaatan kotoran
sapi sebagai biogas adalah mengurangi penggunaan minyak bumi
dimana kita ketahui Bersama bahwa minyak bumi adalah jenis
bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui.
c. Briket
Selain dimanfaatkan sebagai pupuk organik dan biogas,
kotoran sapi juga dapat dimanfaatkan sebagai briket. Kotoran sapi
yang awalnya hanya dibuang atau dijadikan sebagai pupuk organik
dengan melalui beberapa proses tahapan pengolahan dapat dijadikan
briket yang lebih memiliki nilai jual. Dalam sebuah jurnal dijelaskan
bahwa kotoran sapi yang dikeringkan dan kemudian diberi perekat
dan dipadatkan dapat menjadi briket.
Pemanfaatan briket sendiri dapat digunakan sebagai
kebutuhan rumah tangga sebagai pengganti kompos gas atau kompor
minyak tanah. Selain itu juga briket juga dapat digunakan sebagai
bahan bakar untuk proses pembakaran berbagai hal. Briket kotoran
sapi sendiri dinilai lebih menguntungkan dikarenakan berbahan baku
dari limbah hewan ternak.
2.2 Jenis-jenis Mesin Pengering
Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita temui beberapa jenis mesin
pengering diantaranya sebagai berikut :
a. Tray Dryer
Mesin pengering jenis tray dryer merupakan jenis mesin pengering
yang tersusun dari rak-rak. Rak rak tersebut tersusun dari atas sampai
bawah dan kemudian pada bagian bawah dialirkan energi panas yang
mana secara zig-zag dengan menggunakan blower/fan. Sumber energi
panas yang dihasilkan dapat berasal dari sebuah listrik. Biasanya panas
diatur pada temperature 50-70 oC seperti gambar 2.2[4].
8
Gambar 2. 2 Tray Dryer [4]
Jenis mesin pengering ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya
sebagai berikut.
1. Sederhana serta biaya instalasi yang rendah
2. Biaya operasional yang rendah
Selain kelebihan jenis mesin pengering ini juga memiliki beberapa
kekurangan diantaranya sebagai berikut.
1. Kecenderungan yang mana tray terbawah panas serta tray teratas
cenderung kurang panas
2. Terdapat Efisiensi yang Rendah
b. Spray Dryer
Prinsip kerja pada spray dryer yaitu dimana air yang terkandung
dalam sebuah butiran produk yang mana akan dikeringkan dan terjadi
perubahan menjadi partikel halus dengan melalui proses penguapan.
Kemudian partikel dalam sebuah produk akan jatuh kebawah dengan
disemprotkan serta dikontakkan melalui udara panas yang mengalir.
Selanjutnya produk akan jatuh kebawah menjadi sebuah serbuk serta
untuk pemisahan pada partikel padatan terikut dengan udara panas yang
mengalir seperti gambar 2.3[4].
9
Gambar 2. 3 Spray Dryer [4]
Jenis mesin pengering ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya
sebagai berikut.
1. Nilai ekonomis tinggi
2. Tidak terjadi kehilangan senyawa yang mudah menguap
3. Proses saat pengeringan terjadi secara cepat dan memiliki kapasitas
yang besar
4. Menghasilkan sebuah partikel yang dapat dikontrol sesuai dengan
keinginan
5. Untuk produk, tetap terjaga kualitas dan mutu
Selain kelebihan jenis mesin pengering ini terdapat pula beberapa
kekurangan pada jenis mesin pengering ini diantaranya sebagai berikut.
1. Biaya yang tergolong cukup tinggi
2. Hanya dapat diaplikasikan pada seuah produk yang cair dengan
kadar konsentrasi tertentu
c. Rotary / Drum Dryer
Prinsip kerja mesin ini yaitu dengan menggunakan sebuah drum
yang Panjang dan dipasang secara horizontal serta berputar pada poros.
Pada bagian bawah drum dirancang sedikit menurun hal ini bertujuan
agar produk akan berjalan mengikuti gravitasi putaran drum sehingga
lebih mumudahkan untuk pengambilan hasil olahan. Kemudian panas
10
dialirkan kearah salah satu sisi drum yang berasal dari pembakaran gas
atau batu bara seperti pada gambar 2.4[4].
Gambar 2. 4 Rotary/Drum Dryer [4]
Jenis mesin pengering ini terdapat beberapa kelebihan yaitu
sebagai berikut.
1. Dapat digunakan untuk mengeringkan bagian luar maupun luar
produk
2. Efisiensi yang tinggi serta instalasi yang mudah
3. Menggunakan daya listrik yang tergolong kecil
4. Pada proses pencampuran terjadi secara baik serta merata
5. Mudah saat dioperasikan
Selain kelebihan jenis mesin pengering ini juga terdapat
beberapa kekurangan yaitu sebagai berikut.
1. Karakteristik pada produk yang tidak konsiten
2. Drum dapat terjadi erosi terhadap material-material tertentu
2.3 Proses Manufaktur
Dalam pembuatan kerangka, terdapat beberapa pengerjaan manufakur yang
dilakukan. Pengerjaan tersebut merupakan bagian dari pembangunan kerangka
mesin pengering.
2.3.1 Cutting/Pemotongan
Proses pemotongan adalah proses manufaktur dengan mendapat
hasil ukuran atau bentuk sesuai dengan ukuran atau bentuk yang
diinginkan. Untuk menghasilkan potongan yang akurat diperlukan alat
yang sesuai dengan hasil potongan yang diinginkan. Sebelum melakukan
pemotongan, benda yang akan dipotong terlebih dahulu diberi tanda agar
11
mendapat hasil yang akurat. Untuk pengerjaan beberapa jenis logam
seperti proses pengerjaan, batangan baja pemotongan kawat, baja profil,
terdapat gaya yang bekerja. Gaya yang bekerja pada proses pemotongan
berupa gaya geser yang dihasilkan dari gesekan antar material yang
dipotong dengan alat potong yang digunakan dan pada material yang
dipotong akan terjadi sebuah area yang kita sebut dengan “daerah
pergeseran”. Pada material dengan ukuran yang tebal, maka gaya geser
yang dihasilkan juga besar, begitu juga jika material yang digunkan tipis,
maka gaya geser yang dihasilkan juga kecil. Untuk itu keadaan demikian
sering dinamakan dengan “ die shearing sheet metal” dan hal ini yang
sering digunakan dalam punching tool[4].
Untuk proses pemotongan dengan bentuk tertentu, seperti bentuk
siku dapat menggunakan Mesin Cut Off atau Cutting Wheel. Mesin cut
off sendiri adalah mesin perkakas potong yang di gunakan untuk
memotong bahan yang besar dan yang sulit apabila menggunakan mesin
gerinda tangan. Pada mesin cut off juga terdapat alat bantu untuk
membentuk potongan berbentuk siku. Contoh mesin cut off dapat dilihat
pada gambar 2.5.
Gambar 2. 5 Mesin Cut Off
(www.tokopedia.com)
2.3.2 Grinding
Pada umumnya mesin gerinda biasa digunakan untuk memotong
suatu logam, tetapi fungsi lain mesin gerinda dapat juga digunakan untuk
12
memperhalus sisa hasil potongan dan membuat keakuratan pada hasil
potongan. Pada aplikasinya, selain untuk memotong benda, mesin gerinda
juga dapat digunakan untuk menghaluskan permukaan, meratakan, dan
mempertajam sisi benda[4].
Pada umumnya, kecepatan putar mesin gerinda adalah 11.000 –
15.000 rpm. Pada kecepatan tersebut dengan bahan alumunium oksida
sebagai batu gerinda, maka mesin gerinda akan mampu digunakan untuk
meratakan dan memperhalus logam. Dengan kecepatan 11.000-15.000 rpm
mesin gerinda juga dapat digunakan untuk memotong logam dengan batu
gerinda yang disesuaikan.
a. Mesin Gerinda
Mesin gerinda (grinding machines) adalah alat perkakas yang
digunakan untuk proses pemotongan logam. Selain digunakan untuk
memotong logam, gerinda juga dapat digunakan untuk menghaluskan
maupun mempertajam permukaan. Mesin gerinda memotong logam
dengan prinsip secara berpotongan antara material abrasive dengan
benda kerja logam[4]. Mesin gerinda sendiri memiliki beberapa
macam. Berikut macam-macam mesin gerinda.
1. Mesin Gerinda Tangan
Mesin gerinda tangan adalah jenis mesin gerinda yang paling
umum digunakan. Jenis mesin gerinda ini biasa digunakan oleh
pekerja umum maupun seorang professional. Biasa digunakan untuk
memotong plat, besi hollow, profil L dan merapikan sisa hasil
pengelasan.
Mesin gerinda tangan dirancang untuk lebiih praktis dan
efisien digunakan pada pemotongan benda-benda yang memiliki
ketebalan rendah dan mudah untuk dibawa kesegala tempat dan
mudah dalam penggunannya. Oleh sebab itu, jenis mesin gerinda ini
banyak dimiliki oleh banyak pekerja umum. Contoh gambar mesin
gerinda tangan dapat dilihat pada gambar 2.6.
13
Gambar 2. 6 Bagian-Bagian Gerinda Tangan
Sumber : http://digilib.polban.ac.id/
2. Mesin Gerinda Duduk
Fungsi utama dari jenis mesin gerinda duduk adalah untuk
memperhalus permukaan logam. Tetapi mesin gerinda duduk
juga dapat digunakan untuk mengasah pisau, kampak dan
peralatan lainnya.
Prinsip kerja dari mesin gerinda ini adalah dengan
memutar batu gerinda kemudian benda kerja digesekkan pada
permukaan batu gerinda. Contoh gambar mesin gerinda duduk
dapat dilihat pada gambar 2.7.
Gambar 2. 7 Bagian-Bagian Gerinda Duduk
Sumber : https://teknikece.com/jenis-mesin-gerinda/
b. Proses Gerinda
Pada tahapan pembuatan suatu alat diperlukan proses
penggerindaan untuk memberi hasil pengerjaan yang baik dan lebih
rapi. Pada proses penggerindaan, benda kerja digeserkan dengan batu
gerinda agar permukaan yang kasar dapat menjadi halus. Terdapat 2
14
jenis penghalus pada gerinda, yaitu bentuk piringan (grinding
wheel/disk) yang dibuat dengan campuran serbuk abrasif dan bahan
pengikat. Yang kedua adalah berbentuk batu gerinda yang dipasang
pada spindle/poros utama berputar dengan kecepatan tertentu.
Pada proses penggerindaan terdapat beberapa proses yang menjadi
ciri khusus dari proses penggerinda. Ciri-ciri tersebut adalah sebagai
berikut :
1. Untuk menghasilkan permukaan yang halus dapat dilakukan
dengan proses yang mudah.
2. Sisa hasil pengerjaan hanya sedikit, karena mesin gerinda hanya
memakan sedikit dari benda kerja untuk proses penghalusan.
3. Untuk hasil akhir dapat memiliki nilai akurasi yang baik
dikarenakan proses pemakanan benda kerja hanya sedikit demi
sedikit sehingga lebih akurat.
Manfaat penggunaan mesin gerinda untuk finishing adalah sisa
hasil pengerjaan yang sedikit sehingga limbah yang dihasilkan juga
tidak banyak. Tentu hal ini menjadi keuntungan tersendiri pada
penggunaan mesin gerinda. Hasil pengerjaannya pun juga lebih
memudahkan untuk mencapai standar dan ukuran yang diinginkan, pleh
sebab itu hasil pengerjaan menggunakan mesin gerinda akan lebih
memiliki akurasi yang baik.
Proses penggerindaan biasa dilakukan untuk tahap akhir
sebelum pengecatan. Pada tahap tersebut, mesin gerinda berperan untuk
menghaluskan permukaan dan membersihkan sisa hasil pengerjaan
agar hasil pengerjaan lebih halus dan rapih. Jenis mesin gerinda yang
digunakan juga perlu diperhatikan agar menperoleh ketepatan dan
memudahkan dalam proses pengerjaan. Beberapa jenis mesin gerinda
memiliki fungsi khusus masinng-masing sesuai dengan kebutuhan
pengerjaan yang diingkan. Oleh sebab itu, pemilihan jenis mesin
gerinda juga perlu dilakukan memperhatikan hasil pengerjaan yang
baik dan akurat.
15
2.3.3 Pengelasan
Pengelasan adalah proses manufaktur yang dilakukan untuk
mencapai pembuatan produk lebih baik dan memiliki nilai jual lebih baik
dari bahan baku. oleh sebab pada saat melakukan pengelasan perlu sangat
memperhatikan beberapa sifat pengelasan seperti sambungan pada
pengelasan untuk mendapat hasil pengelasan yang baik[6]. Kualitas
pengelasan tergantung dari pengerjaan pada saat pengelasan dan tergantung
dari persiapan sebelum pelaksanaan pengelasan. Menurut DIN pengelasan
adalah kegiatan menyambungkan logam dengan cara melehkan loga, hingga
cair. Berdasarkan definisi tersebut, pengelasan adalah sambungan paduan
logam yang kemudian dijadikan satu pada saat dalam kondisi cair. Dalam
arti pengelasan lebih lanjut, pengelasan adalah menyambung logam pada
bagian yang telah ditentukan dengan memanfaatkan energi panas[6].
Terdapat beberapa cara kerja pengelasan diantaranya adalah sebagai
berikut :
a. Pengelasan cair
Pengelasan cair adalah kegiatan mengelas logam dengan cara
sambungan dipanaskan sampai mencair dari busur listrik atau semburan
api gas yang terbakar.
b. Pengelasan tekan
Pengelasan bertekanan adalah proses pengelasan dengan cara
sambungan dipanaskan dan kemudian ditekan hingga menjadi satu.
c. Pematrian
Pengelasan pematrian adalah cara pengelasan dimana sambungan
logam disatukan tetapi induk logam tidak meleleh, hanya pada paduan
logam saja.
Las SMAW (Shield Metal Arc Welding) merupakan proses pengelasan
yang menggunakan panas untuk mencairkan material dasar atau logam
induk dan elektroda (kawat las). Panas tersebut dihasilkan oleh lompatan
ion listrik yang terjadi antara katoda dan anoda (ujung elektroda dan
16
permukaan plat yang akan dilas). Jenis las ini mampu menghasilkan panas
hingga mencapai 4000 ͦ C-4500 ͦ C.
Pada proses pengelasan, pengelas menempelkan batang elektrode ke
benda kerja, setelah keluar percikan api kemudian batang elektrode harus
diangkat sedikit untuk menciptakan lompatan ion untuk menghasilkan
panas. Panas yang dihasilkan akibat lompatan ion akan mencairkan busur
listrik dan benda kerja yang akan dilas. Logam yang mencair akan menyatu
dan akan menjadi hasil lasan akibat panas yang diterima.
Pada saat mengelas, pengelas harus tetap menjaga jarak busur las
dengan benda kerja agar mendapat hasil pengelasan yang baik. Jarak yang
umum digunakan antara benda kerja dengan busur las adalah 3 mm.
Terdapat beberapa penggolongan proses las listrik antara lain, adalah :
a. Las listrik dengan Elektroda Karbon
Las listrik dengan elektroda karbon memiliki beberapa jenis
diantaranya adalah :
1. Las listrik dengan elektroda karbon tunggal
2. Las listrik dengan elektroda karbon ganda.
b. Las Listrik dengan Elektroda Logam
1. Las listrik dengan elektroda berselaput,
Jenis las listrik ini menggunakan tambahan berupa elektroda
berselaput. Sebagai bahan dasar untuk menyatukan logam, elektroda
berselaput akan mencair yang kemudian akan menyatu dengan
benda kerja. Selaput elektroda yang mencair akan menghasilkan gas
dan dapat melindungi ujung dari busur las. Selaput tersebut juga
berfungsi sebagai pelindung akibat dampak yang dihasilkan pada
saat pengelasan sehingga akan memberi manfaat aman pada proses
pengelasan untuk batang elektroda yang digunakan.
Temperatur pada elektrode berbeda dengan benda kerja. Pada
busur elektroda temperatur yang dihasilkan adalah 3400° C,
sedangkan pada benda kerja, temperature yang dihasilkan mencapai
4000° C.
17
2. Las listrik TIG (Tungsten Inert Gas)
Las listrik TIG adalah jenis pengelasan dengan hasil kualitas
yang tinggi. Cara pengelasan jenis pengelasan ini tidak memerlukan
logam tambahan untuk proses penyambungan logamnya.
Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan pada saat
melakukan pengelasan menggunakan las listrik diantaranya adalah dengan
menyambung logam dengan kawat elektroda. Untuk menutup lubang
sambungan, biasanya pengelas akan menggunakan kawat electrode sebagai
penutup bagian yang berlubang. Cara ini cukup efisien digunakan karena
dapat menutupi pengelasan yang memiliki celah yang besar. Kawat
electrode dengan dipanaskan pada temperature tinggi, kemudian memcair
dan dapat menyatu dengan benda kerja. Hal ini juga dapat mengatasi
oksidasi akibat cacat pada pengelasan.
Gambar 2. 8 Skema Las Dengan Elektroda Terbungkus
Sumber : Dokumentasi Laboratorium Proses Manufaktur
Pesawat las dapat digolongkan kebeberapa bagian diantaranya adalah
sebagai berikut :
1. Pesawat Las Arus Bolak-Balik (AC)
Jenis pesawat ini adalah dengan cara dihubungkan dengan
transformator yang juga dihubungkan dengan jala PLN atau dengan
motor disel, atau dapat juga motor bensin. Kapasitas trafo biasanya 200-
18
500 ampere. Sedangkan voltase (tegangan) yang ke luar dari pesawat
trafo ini antara 36-70 volt, dan ini bervariasi menurut pabrik yang
mengeluarkan pesawat las trafo ini.
2. Pesawat Las Arus Searah (DC)
Jenis pesawat ini juga memanfaatkan energi yang bersumber
dari motor bensin maupun motor listrik atau dapat juga dengan motor
lsitrik (generator).
3. Pesawat Las AC-DC
Jenis pesawat ini adalah gabungan antara motor AC dan motor
DC. Jenis pesawat ini penggunaannya akan lebih banyak dimanfaatkan.
Misalnya pembangkit listrik motor diesel.
2.4 Analisis Beban Statis
Dalam membuat sebuah kerangka perlu adanya sebuah analisis. Hal
ini bertujuan agak kerangka yang dibuat aman dalam penggunaannya. Apabila
dalam analisis menunjukkan gagal, maka perlu adanya kajian literatur untuk
mencari solusi agar alat yang dibuat dapat digunaan sebagaimana mestinya.
Dalam analisis beban statis suatu material terdapat beberapa persamaan yang
digunakan menganalisis sebagai berikut :
a. Diagram Benda Bebas dan Kesetimbangan
Diagram benda bebas adalah sebuah gambar yang memiliki tujuan
untuk menggambarkan atau mengilustrikan gaya, momen, dan reaksi yang
bekerja pada suatu benda. Diagram benda bebas mengambarkan dan
mampu menunjukkan hubungan sebab akibat yang dihasikan antara benda
dengan gaya-gaya bekerja sehingga mempermudahkan dalam proses
analisanya[7].
Dalam menganalisa sebuah beam untuk menentukan gaya dan
pembebanan yang bekerja pada beam tersebut maka perlu menggambar
DBB dari beam tersebut (gambar 2.10).
19
Gambar 2. 9 Beam
Gambar 2. 10 DBB Beam
Dalam membuat sebuah kerangka perlu adanya nilai kesetimbangan
dalam kerangka tersebut agar kerangka dapat menopang beban yang
diberikan. Menurut (Ma’ruf, 2016). Apabila struktur kerangka terletak
dalam bidang x-y, maka untuk masing-masing diagram benda bebas yang
menggambarkan beban harus memenuhi syarat persamaan berikut[7] :
∑ 𝐹𝑥 = ∑ 𝐹𝑦 = ∑ 𝑀 = 0 ……………………………………(2.1)
b. Tegangan
Tegangan (𝜎) dalam suatu elemen mesin adalah besarnya gaya yang
bekerja tiap satuan luas penampang. Tegangan dapat diketahui dengan
melakukan pengujian, dan besarnya kekuatan sangat tergantung pada jenis
material yang diuji[8].
Rumus untuk mencari nilai tegangan adalah sebagai berikut :
𝜎 = 𝐹
𝐴 ………………………………………………………(2.2)
Dengan :
σ = Tegangan (N/m2)
F = Gaya yang diberikan (N)
20
A = Luas Penampang (m2)
c. Regangan
Regangan (𝜀) merupakan laju perubahan ukuran bahan akibat beban
yang dialami bahan tersebut[8]. Untuk menentukan nilai regangan rata-
rata nilai perubahan regangan dibagi dengan Panjang awal. Atau dapat
ditulis dengan persamaan berikut :
𝜀 = 𝐿
∆𝐿 …………………………………………………………(2.3)
Dengan :
𝜀 = Regangan
∆L = Perubahan Panjang Batang (m)
L1 = Akhir Panjang Batang (m)
L = Panjang Awal Batang (m)
d. Hukum Hooke
Hukum Hooke merupakan hubungan antara tegangan dan regangan
yang terjadi pada daerah elastis pada suatu bahan akibat beban yang
dialami bahan tersebut (Shigley, 2006).[8] Hukum Hooke dapat
diterjemahkan menjadi persamaan dimana tegangan berbanding lurus
dengan regangan,
Dalam persamaan dapat dituliskan sebagai berikut :
𝜎 = 𝐸 . 𝜀 atau 𝐸 = 𝜎
𝜀 ……………………………………….(2.4)
Dimana :
𝜎 = Tegangan (N/m2)
𝐸 = Modulus Elastisitas
𝜀 = Regangan
Teori tegangan geser maksimum digunkan untuk menentukan
kegagalan bahan dimulai ketika tegangan geser yang terjadi melebihi
tegangan izin maksimum dari sebuah elemen. Teori tegangan geser
21
maksimum juga disebut sebagai teori Tresca atau teori Guest[8]. Teori ini
dirumuskan dalam persamaan berikut :
𝜏max = 𝜎1− 𝜎2
2 ≥
𝑆𝑦
2 ……………………………………………(2.5)
Dimana :
𝜏max = Tegangan Gesar Maksimum (N/m2)
𝜎1 = Tegangan Utama Maksimum (N/m2)
𝜎2 = Tegangan Utama Manimum (N/m2)
Apabila nilai 𝜎1− 𝜎2
2 lebih besar daripada
𝑆𝑦
2 maka terjadi kegagalan.
Energi distorsi terjadi jika energi regangan distorsi persatuan
volume mencapai atau melebihi energi regangan distorsi persatuan volume
untuk menghasilkan tegangan dari elemen yang sama. Teori energi distorsi
berkaitan dengan teori Von Misess Stress[8]. Dalam persamaan dapat
dituliskan sebagai berikut :
𝜎′ ≥ 𝑆𝑦
[(𝜎1−𝜎2)2+(𝜎2−𝜎3)2+(𝜎3−𝜎1)2
2]
2
≥ 𝑆𝑦 …………………………(2.6)
Apabila nilai [(𝜎1−𝜎2)2+(𝜎2−𝜎3)2+(𝜎3−𝜎1)2
2]
2
lebih besar daripada 𝑆𝑦, maka
terjadi kegagalan.
e. Momen Inersia
Momen inersia suatu luasan adalah perkalian antara luasan dengan
jarak kuadrat dari titik berat luasan terhadap garis. Adapun penampang
daripada rangka utama chassis ini adalah berbentuk hollow segi empat, dan
untuk roll bar nya berbentuk hollow lingkaran.
Untuk besar momen inersia pada penampang hollow dapat
ditentukan berdasarkan gambar dan persamaan berikut.
22
Gambar 2. 11 Penampang Rangka Utama
𝐼 = 𝐼𝑋′ =1
12 𝑏ℎ3 −
1
12𝑏′ℎ′3………………………………………………………(2.7)
f. Faktor Keamanan (Safety Factor)
Menurut Achmad, 1999 Faktor keamanan n adalah faktor yang
digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari suatu elemen mesin[9].
Penentuan faktor keamanan sangat diperlukan dalam desain suatu
alat. Hal ini menentukan keberhasilan desain dari alat tersebut. Apabila
beban yang diterima melebihi faktor keamanan yang ditentukan maka yang
akan terjadi alat yang dibangun akan mengalami kegagalan. Kegagalan
yang dialami dapat berupa alat yang dibangun mengalami deformasi plastis,
patah dan lain sebagainya. Untuk menentukan faktor keamanan diperlukan
beberapa analisis melalui persamaan berikut[10].
𝑠𝑎𝑓𝑒𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 = 𝑌𝑒𝑖𝑙𝑑 𝑃𝑜𝑖𝑛𝑡 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠
𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 ……………………….(2.8)
Faktor keamanan adalah batas aman yang ditetapkan agar desain
yang dibuat dapat berhasil. Besar nilai tegangan yang bekerja pada benda
tidak boleh lebih dari tegangan yang diizinkan pada material. Terdapat
juga beberapa pertimbangan umum yang mempengaruhi nilai faktor
keamanan, diantaranya adalah sebagai berikut :
a. Sifat dari material itu sendiri dan spesifikasi keandalannya.
b. Sifat pembebanan (sifat mampu beban).
c. Sifat ketahanan material dari korosi.
d. Kemungkinan dampak dari pengerjaan pemesinan.
23
e. Akibat kegagalan (kelelahan) material pada waktu proses
pembentukan[3].
Menurut Achmad (1999), Berikut ini adalah nilai faktor keamanan
menurut P. Vidosic (tabel 2.1).[9]
Tabel 2. 1 Faktor Keamanan Berdasarkan Tegangan luluh
NO. Nilai Keamanan, n Keterangan
1 1,25+1,5 Untuk bahan yang sesuai
dengan penggunaan pada
kondisi terkontrol dan
beban tegangan yang
bekerja dapat ditentukan
dengan pasti.
2 1,5+2,0 Untuk bahan yang sudah
diketahui dan pada
kondisi lingkungan
beban dan tegangan
yang tetap dan mudah
ditentukan dengan
mudah
3 2,0+2,5 . Untuk bahan yang
beroperasi pada
lingkungan biasa dan
beban serta tegangan
dapat ditentukan.
4 2,5+3,0 Untuk bahan getas di
bawah kondisi,
lingkungan beban dan
tegangan dapat
ditentukan.
5 3,0+3,5 Untuk bahan belum diuji
yang digunakan pada
24
kondisi lingkungan,
beban dan tegangan rata-
rata atau untuk bahan
yang sudah 5 diketahui
baik yang bekerja pada
tegangan yang tidak
pasti.
2.5 Jenis-jenis Pembebanan
Dalam analisis suatu material perlu adanya mengetahui beban yang
akan diterima material tersebut. Dalam mata kuliah elemen mesin terdapat
beberapa beban yang diterima pada suatu material.
1. Beban Lentur
Beban lentur adalah gaya yang bekerja pada sebuah material yang
mengakibatkan benda tersebut mengalami gaya momen bending. Beban
lentur juga mengakibatkan material berubah bentuk atau deformasi akibat
gaya normal.
2. Beban Lintang
Beban lintang adalah beban yang mengakibatkan gaya geser transversal
dan gaya geser longitudinal. Gaya tersebut juga mengakibatkan material
mengalami deformasi akibat beban yang diterima oleh material. Dalam
keadaan statis besar gaya transversal harus sama dengan gaya longitudinal.
3. Beban Puntir
Beban puntir adalah beban yang mengakibatkan torsi pada material
tersebut. Beban puntir juga mengakibatkan regangan geser, regangan geser
akibat torsi mangakibatkan material mengalami deformasi pada material
dengan bantuk rotasi.
2.6 Penelitian Terdahulu
Dalam penelitian ini, kami merujuk pada beberapa penelitian
terdahulu sebagai acuan dalam pelaksanaan penelitian. Hal ini kami lakukan
25
agar dalam pelaksanaan penelitian tidak terjadi kesalahan atau kegagalan
dalam penelitian yang kami lakukan. Berikut adalah penelitian terdahulu yang
dijadikan referensi (tabel 2.2).
Tabel 2. 2 Referensi Penelitian Terdahulu
No Nama Peneliti Judul
Penelitian
Variabel
Penelitian
Alat
Analisis
Hasil
Penelitian
1 Azwir Sofyan,
Jean Glusevic,
A.J. Zulfikar,
Bobby Umroh.
2019
Analisis Kekuatan
Struktur Rangka
Mesin Pengering
Bawang
Menggunakan
Perangkat Lunak
Ansys Apdl 15.0
Nilai
Safety
Factor
Perangka
t Lunak
Ansys
Apdl
15.0
[1] berat tray
= 2,32 kg,
berat bawang
= 1 kg, total
beratnya ialah
3,32 kg.
[2] ) Hasil
simulasi
pembebanan
pada tray :
defleksi
maksimum ;
0.0055mm
[3]
Berdasarkan
hasil simulasi
struktur alat
pengering
bawang dapat
dinyatakan
aman untuk
digunakan
pada beban
kerja tersebut.
2 Hery Irawan,
Bakuh
Suhayat. 2020
Analisis Desain
Kerangka Mesin
Pengering Padi
Rotary Dryer Dengan
Empat Bantalan Rol
Menggunakan
Software CAD
Nilai
Safety
Factor
Solidwor
ks
Hasil simulasi
pada kekuatan
kerangka
didapat yield
streng max
Von-Misses
1.291e+008N/
26
m2 , hasil
simulasi
Displacement
1.742e+000,
dan hasil
simulasi safety
factor 1.9
maka simulasi
dikatakan
aman.
3 Putra Akbar,
Iqbal , Wenny
Marthiana.
2015
Analisis Statis
Struktur Rangka
Mesin Pengering
Kotoran Ternak
Nilai
Safety
Factor
Solidwor
ks
Diperoleh
nilai Faktor
keamanan
pada rangka
didapat 1,28
Deformasi
akibat
perubahan
panjang
setelah
disimulasi
didapat 5,26
mm. Momen
maksimum
didapat 3,53 x
104 kgcm
4 Hafidz
Salafuddin,
2016
Desain Dan Analisis
Kekuatan Pada
Rangka Kendaraan
Jenis Prototype
Sesuai Standar Shell
Eco Marathon Asia
Nilai
Safety
Factor
Autodesk
Inventor
Diperoleh
nilai Safety
factor 1,78
saat pengujian
roll bar
menggunakan
material besi
hollow 50 x 30
x 2 mm pada
rangka
kendaraan.