bab iii

BAB IIIPERHITUNGAN

3.1 Komponen Mesin Penghancur Limbah Sabut Kelapa

Mesin penghancur sabut kelapa yang berfungsi sebagai alat untuk

melakukan penghancuran sabut kelapa secara mudah, dalam waktu yang singkat

terdiri dari tiga bagian komponen utama, yaitu : bagian titik operasi (point of

operation), bagian pemindah daya (power train), dan bagian alat bantu

(auxilliary), tiga bagian utama mesin pelengkung pipa tersebut adalah :

1. Bagian titik operasi (point of operation), dengan komponen :

a. Pisau penghancur

2. Pemindah daya (power train), dengan komponen :

a. Motor Listrik

b. Puli

c. Sabuk V

3. Mesin Bantu (auxilliary), dengan komponenya :

a. Saluran masuk

b. Saluran Keluar

c. Rangka

Bentuk dan bagian – bagian nama komponen mesin untuk penghancur

sabut kelapa ditunjukkan oleh Gambar 3.1

30

31

Gambar 3.1 Mesin penghancur sabut kelapa

3.2 Diagram Alir Perancangan

Untuk mempermudah proses perancangan untuk penghancur sabut kelapa,

maka dibuat urutan proses untuk tahap – tahapan perhitungannya yang

ditunjukkan oleh diagram alir pada Gambar 3.2.

Keterangan Gambar:1. Rangka 8. Ulir Pengikat 12. Motor Listrik 9. Bantalan3. Puli 1 10. Ulir Pengikat 24. Sabuk V 5. Tabung Bawah 6. Puli 27. Poros Pisau

32

Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan

3.3 Daya Proses Penghancuran Sabut Kelapa

1. Sabut Kelapa

Besar kekuatan geser sabut kelapa (τsbt) (Logika, Vol.4, hal 3-13, No.1, Januari

2007) :

τ sbt=75 kgcm2=0 ,75 kg

mm2

KETERSEDIAAN MATERIAL

IDE LITERATUR

PERHITUNGAN

EVALUASI

PEMBUATAN KOMPONEN

UJI COBA

MULAI

PERAKITAN MESIN

SELESAI

DESAIN ALAT

PEMBELIAN KOMPONEN

33

2. Kapasitas (QR) penghancur sabut kelapa adalah :

Kapasitas penghancur sabut kelapa yaitu sebesar 50 butir/jam., diketahui berat

sabut dalam sebutir kelapa adalah 0,4 kg (Prosfektif, Vol.4, hal 55-63, No.2,

Desember 2005), sehingga kapasitas penghancur sabut dalam kilogram per

jam adalah :

QR=50 butirjam

×0,4 kgbutir

QR=20 kgjam

=20000 grjam

=333 ,34 grmenit

3. Sabut yang akan dihancurkan diasumsikan dalam bentuk kotak yang seragam

dengan ukuran (pxlxt) =10x10x10 (mm). Dari hasil percobaan diperoleh 100

kotak sabut kelapa memiliki berat 2,5 gr, sehingga berat rata – rata kotak

sabut kelapa 0,025 gr. Jika dalam proses penghancuran diasumsikan hanya

separuh dari panjang pisau yang terisi kotak sabut, maka dalam satu putaran

pisau mampu dihancurkan sabut sebanyak : Panjang pisau = 170 mm, panjang

pisau yang terisi kotak sabut = 0,5 x 170 = 85 mm, jumlah kotak yang mampu

di hancurkan per proses = 85/10 = 8,5 buah, sehingga berat sabut yang

mampu dihancurkan per proses:

spis=mktk=0 , 025×8,5=0 , 2125 gr

Maka :

n pis=QR

spis=

333 , 34 grmenit

0 ,2125 grput

=1568 ,67 rpm

5. Kecepatan liniear pisau penghancur sabut kelapa, sebagai berikut :

v pis=π×d pis×npis

60×1000

Dengan : dpis = diameter pisau penghancur (mm), ditunjukkan Gambar 3.3

34

Gambar 3.3 Bentuk dan ukuran diameter pisau penghancur

Sehingga kecepatan liniear berdasarkan Gambar 3.2 adalah :

v pis=π×d pis×npis

60×1000= 3 ,14×220×1568 , 67

60000=18 , 06 m

dtk

6. Beban penghancuran sabut, sebagai berikut :

F p=τ sbt×A

Dengan : τsbt = Tegangan geser sabut = 0,75 kg/mm2

h = Tebal pisau = 0,25 mm; t = Tebal sabut = 10 mm

A = h x t = 0,25 x 10 = 2,5 mm2

Maka : F p=τ sbt×A=0 , 75×2,5=1 ,875 kg

7. Daya proses penghancuran (H):

H=F p×v pis( kg .mdt )

; Diketahui 1 HP=75 kg .m

dtk

Dengan : Fp = Beban proses penghancuran = 1,875 kg

vpis = Kecepatan liniear pisau penghancuran = 18,06 m/dtk

Maka :

H=1 , 875×18 ,06=33 ,86 kg . mdtk atau

H=33 ,8675

=0 , 45 HP

35

8. Daya motor yang dibutuhakan untuk proses penghancuran sabut (Hmot) :

Hmot=Hηm

Dengan : ηm = efisiensi mekanis ditunjukkan Tabel 3.1

Tabel 3.1 Values of coeficient of efficiency for varioustransmission and supports

TYPE OF TRANSMISSION OR SUPPORT

COEFFICIENT OF EFFICIENCY

Belt Drive With Flat Belt 0.98Belt Drive With V-Belt 0.96Spur gear Drive 0.98Helical gear Drive 0.97Bevel gear Drive 0.96Ball & roller bearing 0.995Crank & silinder mechanism 0.90Jaw Clucth 0.95Multiple-disc friction clutch operating in oil

0.90

N.K Mehta, 1986:6

Koefisien efisiensi penghancuran sabut adalah sebagai berikut, yaitu :

a. Dua buah bantalan gelinding :

η1 = 0,995 x 0,995 = 0,99

b. Puli dan sabuk V :

η2 = 0,96

Maka : Hmot=

Hηm

= Hη1×η2

= 0 , 450 , 99×0 , 96

=0 , 473 HP

Motor listrik tersedia dipasaran dan mendekati daya yang dibutuhkan

mesin penghancur sabut adalah sebesar Pmot=0,5 HP=0 , 374 kW dengan

putaran 1400 rpm.

36

3.4 Perencanaan Elemen Mesin

Perencanaan elemen mesin yang membangun mesin penghancur sabut

kelapa meliputi perencanaan : Puli dan sabuk V, poros (shaft), bantalan, dan

perencanaan rangka dudukan alat (frame)

3.4.1 Perencanaan Puli dan Sabuk V

Susunan sabuk V dan puli mesin penghancur sabut kelapa terdiri dari dua

buah puli dan satu buah sabuk V. Perencanaan yang dilakukan untuk

mendapatkan diameter puli yang sesuai dengan kebutuhan putaran untuk mesin

penghancur sabut, ukuran nominal dari sabuk V, dan kemampuan transmisi daya

sebuah sabuk V. Susunan transmisi ditunjukkan oleh Gambar 3.4

37

Gambar 3.4 Susunan puli & sabuk V

Data perencanaan puli dan sabuk V yang diketahui, pada perancangan

mesin penghancur sabut kelapa adalah sebagai berikut

a. Daya motor listrik :Pmot=0,5 HP=0 ,374 kW

b. Putaran motor :nmot=1400rpm

c. faktor koreksi : f c=1,3 (Variasi beban kecil)

d. Diameter luar puli motor :dk mot=101, 6mm

Adapun urutan perhitungan sabuk V dan puli mesin penghancur sabut,

adalah sebagai berikut :

1. Perbandingan transmisi sabuk V dan puli mesin penghancur sabut, adalah :

i=nmot

npis=1400

1568 , 67=0 ,89

2. Perbadingan transmisi (i) yang dianjurkan untuk konstruksi sabuk V

adalah i ≤ 7, sehingga untuk keamanan sabuk V dan puli mesin

penghancur sabut dinyatakan aman karena i = 0,89

3. Menentukan diameter luar puli poros pisau penghancur (Dkcru ) dengan i =

0,89, sehingga :

nmot

n pis=

Dk cru

dkmot→ Dkcru=

nmot×dkmot

npis

Dk cru=1400×101 , 61568 ,67

=90 ,67 mm=3 , 56 inchi

38

Untuk mendapatkan putaran poros penghancur yang lebih cepat

maka dipilih diameter puli 3 inchi =76,2 mm, sehingga putaran poros pisau

menjadi :

n pis( real )=nmot×dkmot

Dk cru=1400×101 ,6

76 , 2=1866 ,67≈1867 rpm

4. Diameter jarak bagi puli 1 atau puli motor (dpmot):

dk mot=dpmot +(2k )

dpmot=dkmot −(2k )=101 ,6−(2×4 . 5 )=92 , 6mm

Dk cru=Dpcru+(2 k )

Dpcru=Dkcru−(2k )=76 ,2−(2×4,5 )=67 , 2 mm

5. Grafik dan tabel pemilihan sabuk – V . Nomer nominal untuk sabuk – V

standar ditunjukkan oleh Tabel 3.2

Tabel 3.2 Panjang sabuk – V standar

Nomor Nominal

Nomor Nominal

Nomor Nominal

Nomor Nominal

(Inch) (mm) (Inch) (mm) (Inch) (mm) (Inch) (mm)10 254 45 1143 80 2032 115 292111 279 46 1168 81 2057 116 294612 305 47 1194 82 2083 117 297213 330 48 1219 83 2108 118 299714 356 49 1245 84 2134 119 302315 381 50 1270 85 2159 120 304816 406 51 1295 86 2184 121 307317 432 52 1321 87 2210 122 309918 457 53 1346 88 2235 123 312419 483 54 1372 89 2261 124 315020 508 55 1397 90 2286 125 317521 533 56 1422 91 2311 126 320022 559 57 1448 92 2337 127 322623 584 58 1473 93 2362 128 325124 610 59 1499 94 2388 129 327725 635 60 1524 95 2413 130 3302

39

26 660 61 1549 96 2438 131 332727 686 62 1575 97 2464 132 335328 711 63 1600 98 2489 133 3378

Nomor Nominal

Nomor Nominal

Nomor Nominal

Nomor Nominal

(Inch) (mm) (Inch) (mm) (Inch) (mm) (Inch) (mm)29 737 64 1626 99 2515 134 340430 762 65 1651 100 2540 135 342931 787 66 1676 101 2565 136 345432 813 67 1702 102 2591 137 348034 864 69 1753 104 2642 139 353135 889 70 1778 105 2667 140 355636 914 71 1803 106 2692 141 358137 940 72 1829 107 2718 142 360738 965 73 1854 108 2743 143 363239 991 74 1880 109 2769 144 365840 1016 75 1905 110 2794 145 368341 1041 76 1930 111 2819 146 370842 1067 77 1956 112 2845 147 373443 1092 78 1981 113 2870 148 375944 1118 79 2007 114 2896 149 3785

(Sularso & Suga, K,2004:168)

6. Untuk menentukan type sabuk – V yang akan digunakan didasarkan pada

daya dan putaran yang akan ditransmisikan oleh sabuk, pemilihan type

sabuk ditunjukkan oleh Gambar 3.6

40

Gambar 3.5 Diagram pemilihan sabuk – V (Sularso & Suga, K, 2004:164)

7. Jarak sumbu poros sementara (C) :

C≈570 mm

8. Perhitungan Panjang Keliling (L1 ) :

L=2 C+ π2 (dpmot+Dpcru)+ 1

4C (Dpcru−dpmot )2

=2×570+ 3 ,14

2(92 , 6+67 , 2 )+ 1

4×570(67 ,2−92 ,6 )2

=1391 ,17 mm

9. Nomor nominal sabuk V standar yang dipilih menurut Tabel 3.2 adalah

No. 55 dengan L=1397 mm , karena panjang keliling sabuk No.55

mendekati panjang keliling sabuk yang dibutuhkan yaitu 1391,17 mm

10. Jarak sumbu poros sebenarnya C real(mm )

b=2 .L−3 . 14( Dpcru+dpmot )

=2×1397−3 ,14 (67 , 2+92 ,6 )

=2794−501 ,77=2292,23 mm

C real=b+√b2−8 ( Dpcru−dpmot )

2

8

C real=2292 , 23+√2292,232−8 (0 )2

8=573 , 198 mm

11. Sudut kontak (θ∘ )

41

θ1=180−57 ( Dpcru−dpmot )

C =180−57 (25 , 4 )570

=177 ,46∘→Kθ1=0 ,99

12. Daya rencana :

Pd=f c×Pmot

Pd=1,3×0 , 374=4 , 86 kW

13. Kecepatan liniear sabuk vB≤30 m

dtk

vB=π . dpmot . nmot

60×1000

vB=3 , 14×92 ,6×1400

60000=6 ,78 m

dtk

14. Gaya keliling/tangensial yang akan dipindahkan :

F t=Pd

vB

F t

=374 (N .m

s)6 ,78(m

s) =55 , 16 N=5 ,62 kg

Berdasarkan Gambar 3.6 diagram pemilihan sabuk – V, maka putaran puli

pemutar (drive pulley) 1400 rpm dan daya yang ditransmisikan 0,374 kW maka

sabuk – V dipilih adalah Tipe A dengan No. 55 (Tabel 3.2 Panjang sabuk – v

standar), satu buah Sabuk, Dkcru = 76,2 mm, dkmot = 101,6 mm.

3.4.2 Poros

42

Pada mesin penghancur sabut terdiri dari dua buah poros, yaitu : poros

motor, dan poros pisau penghancur. bentuk poros mesin penghancur sabut

ditunjukkan oleh Gambar 3.7

Gambar 3.6 Susunan poros dari motor menuju poros penghancur

Unsur – unsur kimia dan speifikasi bahan baja karbon untuk kontruksi

mesin JIS G 4051 yang digunakan untuk poros ditunjukkan oleh Tabel 3.3 dan

Tabel 3.4

Tabel 3.3 Unsur kimia bahan baja karbon

Lambang Unsur kimia ( % )C Si Mn P S

S 30 C 0,27-0,33 0,15-0,35 0,60-0,90 0,030 0,035S 35 C 0,32-0,38S 40 C 0,37-0,43S 45 C 0,42-0,48S 50 C 0,47-0,53

43

S 55 C 0,52-0,58S 15 CK 0,13-0,18 0,15-0,35 0,30-0,60 0,025 0,025

(Suga, K & Sularso,2004:329)

Tabel 3.4 Sifat mekanis bahan baja karbon

Lambang

Temperatur transformasi Perlakuan panas Sifat mekanis

Ac( ° C ) Ar (° C )

Penormalan

(N)

Celup dingin

(H)

Temper(H)

Perla-kuan panas

Batas mulur( kg

mm2 )

Kekeuatan tarik( kg

mm2 )

KekerasanH B

S 30 C 720-815 780-720850-900

Pendingin-an udara

850-900Pendingi-nan air

550-650 pendingia-

n cepat

N 29 48 137-197

H 34 55 152-212

S 35 C 720-800 770-710840-890

pendingin-an udara


550-650Pendingi-an cepat

N 31 52 149-207

H 40 58 167-235

S 40 C 720-790 760-700830-880

Pendingin-an udara


550-650Pendingin-

an cepat

N 33 55 156-217

H 45 62 179-255

S 45 C 720-780 750-680820-870

Pendingin-an udara


550-650Pendingin-

an cepat

N 35 58 167-229

H 50 70 201-269

S 50 C 720-770 740-680810-860

Pendingin-an udara


550-650Pendingin-

an cepat

N 37 62 179-235

H 55 75 212-277

S 55 C 720-765 740-680800-850

Pendingin-an udara

800-850 pendingi-nan air

550-650Pendingin-

an cepat

N 40 66 185-255

H 60 80 229-285

S 15 CK 720-880 845-770880-930

Pendingin-an udara

*150-200

Pendingin-an udara

H 35 50 143-235

(Suga, K & Sularso,2004:329 - 330)

Poros motor berfungsi meneruskan putaran dari motor listrik menuju ke

poros pisau penghancur. Bahan poros motor adalah baja S 30 C. adapun kondisi

pembebanan pada poros motor adalah berupa beban puntir yang diakibatkan oleh

putaran motor dan daya motor, sedangkan untuk spesifikasi lainnya ditunjukkan

dibawah ini.

1. Spesifikasi bahan (Tabel 3.4):

44

a. Tegangan Tarik bahan : σ B=48 kg

mm2

b. Faktor Keamanan :Sf 1=6.0 dan Sf 2 =2 . 0

c. Faktor Koreksi : f C = 1,3

d. Tegangan Gesar ijin :τ¿

a=σ B

Sf 1×Sf 2=48

12=4 kg

mm2

e. Faktor Koreksi : Lenturan Cb=2. 0 dan Puntiran k t=1. 5

2. Daya Rencana (Pd) :

Pd=f c×Pmot=1,3×0 , 374=0 ,486 kW

3. Torsi Rencana (Tpmot) :

T Sm=9 ,74×105 Pd

nmot

Dengan : Pd=0 , 486 kW ; nmot=1400 rpm

Maka :

T pmot=9 ,74×105 0 ,4861400 =338 ,26 kg . mm

4. Maka Diameter Poros Motor(d pmot ) :

d pmot=[ 5. 1τa

Cb k t T pmot ]13

Dengan : T pmot=338 , 26 kg . mm ; τ a=4 kg

mm2

Cb=2. 0 dan k t=1. 5

Maka : d pmot=[ 5,1

4×2×1,5×338 , 26 ]

13

45

d pmot=10 , 89≈12 mm

Poros penghancur sabut berfungsi meneruskan putaran dari mekanisme

puli dan sabuk – V, untuk selanjutnya berfungsi sebagai penghancur sabut.

Adapun kondisi pembenan pada poros penghancur sabut adalah berupa

beban puntir dan beban lengkung.

1. Spesifikasi bahan :


mm2

b. Faktor Keamanan :Sf 1=6.0 dan Sf 2 =2 . 0

c. Faktor Koreksi : f C=1,5

d. Tegangan Gesar ijin :τ a=

σ B

Sf 1×Sf 2=48

12=4 kg

mm2

e. Faktor Koreksi : Lenturan k m=2. 0 dan Puntiran k t=1. 5

2. Daya Rencana (Pd) :

Pd=f c×Pmot=1,3×0 , 374=0 ,486 kW

3. Torsi Rencana (Tpurai) :

T pcru=9 , 74×105 Pd

npis( real )

Dengan : Pd=5 ,34 kW dan n pis( real )=1867 rpm

Maka : T pcru=9 , 74×105 Pd

npis( real )

T pcru=9 , 74×105 0 , 486

1867 =253 , 54 kg .mm

4. Gaya keliling/tangensial yang akan dipindahkan :

46

F t==55 , 16 N=5 ,62 kg

5. Momen Bending (M) :

Langkah selanjutnya melakukan perhitungan dan analisa momen

bending untuk menentukan diameter poros pisau penghancur sabut,

ilustrasi pembebanan pada poros pisau penghancur ditunjukkan oleh

Gambar 3.10 berikut :

Gambar 3.7 Ilustrasi pembebanan pada poros pisau penghancur

Dengan : Gaya tangensial :F t=5 ,62kg

Beban penghancuran : FP=1 , 875 kg

Jarak a : 190 mm; Jarak b : 190 mm

Jarak c : 100 mm

Jarak Lcru : 380 mm

1. Reaksi pada tumpuan A dan B :

ΣY =0 →RA+RB−(FP+F t )=0

→RA+RB=1 , 875+5 ,62=7 ,495 kg

ΣM A=0 →−F t⋅c+F p⋅a−RB⋅Lcru=0

→ RB=

(F p×a )−( Ft×c )Lcru

47

→RB=(1 , 875×190 )−(5 , 62×100 )380

=−0 , 54 kg

Sehingga reaksi pada tumpuan A :

→RA+RB−(FP+F t )=0 →RA=7 , 495+0 , 54=8 , 035 kg

2. Diagram gaya geser (SFD) :

0<x<100 : Q0−100+ Ft=0

Q0=−5 , 62 kg ; Q100=−5 ,62kg

100<x<290 : Q100−290+Q100−RA=0

Q100=R A−Q100=8 , 035−5 , 62=2, 415 kg

Q290=R A−Q100=8 ,035−5 ,62=2 ,415 kg

290<x<480 : Q290−480+Q290−F p=0

Q290=2 , 415−1 , 875=0 ,54 kg

Q480=2 , 415−1 , 875=0 ,54 kg

3. Diagram momen bending (BMD) :

0<x<100 : M 0−100+F t x=0

M 0=−F t x=−5 , 62×0=0kg⋅mm

M 50=−F t x=−5 , 62×100=−562 kg⋅mm

100<x<290 : M 100−290+M 100−Q100 ( x−100 )=0

M 100=−562+2 , 415 (100−100 )=−562 kg⋅mm

M 290=−562+2 ,415 (290−100 )=103 , 15kg⋅mm

48

290<x<480 M 290−480−M 290+(RB ) (x−290 )=0

M 290=103 ,15+ (1 , 875 ) (290−290 )=103 ,15 kg⋅mm

M 480=103 ,15+ (0 ,54 ) (480−290 )=205 , 75 kg⋅mm

4. Diagram gaya tarik (SFD) dan momen bending (BMD) yang terjadi

pada poros pisau penghancur ditunjukkan oleh Gambar 3.11

Gambar 3.8 SFD, BMD pada poros pisau penghancur

5. Diameter poros pisau penghancur (dPcru ) :

d Pcru=[5 .1τ a

√(km×M 290 )2+(k t×T pcru)2]13

d Pcru=[ 5,14 √ (2×562 )2+ (1,5×253 , 54 )2 ]

13

49

d Pcru=11 , 47≈25 mm

3.4.3 Bantalan

Bantalan yang digunakan pada mesin penghancur sabut terdiri dari 2 (dua)

buah bantalan sebagai penopang poros pisau penghancur, dengan spesifkasi

sebagai berikut yaitu :

a. Diameter poros penghancur : (dPcru) = 25 mm

b. Putaran poros penghancur : (npis(real)) = 1867 rpm

c. N0. Bantalan = 6205

d. Kapasitas Spe. Dinamis : (C) = 1100 kg

e. Kapasitas Spe. Statis : (Co) = 730 kg

f. Faktor-faktor : V = 1 ; X = 0.56; Y =1.45.; e = 0.30

Sin α°( α°=20°) = 0.342, Tan α° ( α°=20°) = 0.363

Ilustrasi posisi bantalan pada poros pisau penghancur ditunjukkan oleh

Gambar 3.12 berikut ini

Gambar 3.9 Posisi bantalan A & Bpada poros pisau penghancur

Selanjutnya dihitung dan ditentukan gaya – gaya yang terjadi pada

bantalan yang disebabkan oleh putaran pada poros pisau penghancur, gaya – gaya

yang terjadi pada bantalan pada poros pisau penghancur tersebut meliputi : gaya

tangensial, gaya radial, dan gaya aksial

50

1. Gaya Tangensial (Ft):

Bantalan A & B :

F t=5 ,62kg

2. Gaya Radial (F r ) :

Bantalan A :

F rA=R A=8 ,035 kg

Bantalan B :

F rB=RB=−0 , 54kg

3. Gaya Aksial (Fa ) :

Bantalan A & B :

FaA∧B=Ft tan α=5 , 62×0 ,363=2 ,04 kg

4. Gaya Radial Ekivalen(Pr )

Bantalan A :

PrA=X .V .FrA+Y . FaA=1×0 , 56×8 , 035+1 ,45×2 , 04=4 ,162 kg

Bantalan B :

PrB=X .V . F rB+Y . FaB=1×0 , 56×0 ,54+1 , 45×2 , 04=3 , 260 kg

5. Faktor Kecepatan( f n ) :

Bantalan A & B :

f nA∧B=(33 ,3n pis( real ))

13=(33 ,3

1867 )13=0 ,26

6. Faktor Umur( f h ) :

51

Bantalan A & B : f hA∧ B=f nA∧B×

CPrA

=0 ,26×11004 ,162

=68 ,72

7. Umur(Lh ) :

Bantalan A & B

Lh=500× fhA∧B3. 3=500×68 ,723,3=5772 , 2×105 ( jam )

8. Untuk mesin-mesin dengan beban ringan Lh ijin adalah 2000 – 4000 Jam.

Bantalan aman digunakan karena umur bantalan ¿2000−4000 jam, yaitu

5772 ,2×105 ( jam ) (Sularso, & Suga, K, 2004 : 137)

3.5 Rangka

Rangka mesin penghancur sabut kelapa menggunakan baja dengan profile

L, yang memiliki dimensi 40 x 40 x 3, rangka mesin penghancur sabut kelapa

ditunjukan Gambar 3.13

Gambar 3.10 Rangka mesin

52

3.5.1 Beban Yang Terjadi Pada Rangka

Beban pada rangka mesin penghancur sabut kelapa diasumsikan terbagi

secara merata pada setiap sambungan (joint) rangka, yaitu sambungan satu (J1),

sambungan dua (J2), sambungan tiga (J3), dan sambungan empat (J4). Beban

berasal dari berat motor listrik ditambah dengan berat elemen mesin itu sendiri.

a. Beban motor listrik : FMot=10 kg

b. Berat Elemen Mesin (poros,unit pisau, puli, unit pengarah):

Felemen=7,5 kg

1. Sehingga beban pada masing – masing sambungan adalah :

FJ 1=F rangka

4=

Felemen+F Mot

4=10+7,5

4=4 , 375 kg

FJ 2=FJ 3=FJ 3=FJ1=4 ,375 kg

2. Momen yang terjadi pada J1 – J2 (M1 – 2 ) :

M 1−2=FJ 1×X2

=4 ,375×5002

=1093 ,75 kg . mm

3.5.2 Analisa Kekuatan Rangka Sepanjang Sambungan 1 – 2

Urutan perhitungan untuk analisa rangka mesin penghancur sabut kelapa

adalah sebagai berikut

1. Mencari gaya tarik yang terjadi pada rangka sepanjang sambungan 1 – 2 :

σ 1−2=M 1−2× y1−2

I1−2

Dengan : M1-2 = Momen bending sepanjang sambungan 1 – 2 (kg.mm)

y1-2 = Letak titik berat sepanjang sambungan 1 – 2 (mm)

53

I1-2 = Momen inersia sepanjang sambungan 1 – 2 (mm4)

2. Menetukan letak titik berat (y) terhadap x sepanjang sambungan 1 – 2 :

Letak titik berat berada pada X/2 , maka letak titik beratnya adalah :

y1−2=X2

=5002

=250 mm

3. Mencari momen inersia sepanjang sambungan 1 – 2 dengan menggunakan

persamaan berikut :

I 1−2=bh3

12

Dengan : b = Lebar profile rangka untuk sambungan 1 – 2 (mm)

h = Tinggi profile rangka untuk sambungan 1 – 2 (mm)

Untuk bahan rangka sepanjang sambungan 1 – 2, menggunakan baja profile L,

dengan dimensi profile 40 x 40 x 3 mm. Momen inersia pada rangka

sepanjang sambungan 1 – 2 adalah penjumlahan momen inersia pada dua buah

luasan penampang profile baja yang digunakan untuk bahan rangka, adapun

bentuk profile untuk bahan rangka sepanjang sambungan 1 – 2, ditunjukan

oleh gambar 3.14.

Gambar 3.11 Profile rangka

54

a. Momen inersia luasan A :

I A=bh3

12=

3× (40 )3

12

I A=19200012

=16000 mm4

b. Momen inersia luasan B :

I B=bh3

12=

37×(3 )3

12

I B=37×(3 )3

12=999

12=83 ,25 mm4

Maka momen inersianya :

I A+ I B=16000+83 ,25=16083 ,26mm4

4. Gaya tarik yang terjadi sepanjang rangka sambungan 1 – 2 adalah :

σ 1−2=M 1−2× y1−2

I1−2

σ 1−2=1093 ,75×25016083 ,25

=17 kgmm2

5. Bahan rangka adalah berupa baja profile S30C :

Kekuatan tarik (σ) = 48 kg /mm2

Maka σ 1−2<σa→17 kg

mm2<48 kgmm2 sehingga bahan untuk

rangka dinyatakan dapat digunakan

3.5.3 Analisa Kekuatan Sambungan Las

55

Penampang las pada rangka mesin penghancur sabut kelapa ditunjukan

pada gambar 3.15

Gambar 3.12 Penampang las pada rangka

1. Elektroda yang digunakan adalah E6013 /High titania potassium (Klasifikasi

AWS), dengan spesifikasi :

a. Tegangan tarik kampuh :

σ t

¿

=411. 52 Mpa=411.52 MNm2=41 ,95 kg

mm2

b. Tegangan geser kampuh :

τ a

¿

=σ t×0,5¿

=41 ,95×0,5=20 , 96 kgmm2

2. Bahan rangka adalah baja dengan profil L dengan dimensi :

40×40×3 (mm )

3. Untuk mencari tegangan geser yang terjadi pada sambungan las menggunakan

persamaan berikut :

56

a. Tegangan geser pada sambungan las : τ L=

Fa . l

b. Tebal kampuh las : a= s

√2

Dengan : F = Beban pada sambungan las

a = Tebal kampuh las

l = Panjang kampuh las

s = Tebal plat

4. Perhitungan kekutan las pada sambungan rangka

a. Menentukan L (panjang) dan tebal kampuh las :

L=C=√402+402+40=96 ,57 mm

s=3

→a= s√2

= 3√2

=2 ,12 mm

b. Tegangan geser yang terjadi pada setiap sambungan ( τLJ 1) :

τ LJ 1=FJ 1

a . l

τ LJ 1=4 , 375

96 , 57×2 ,12=0 ,021 kg

mm2

τ LJ 4=τLJ 3=τ LJ 2=τ LJ 1=0 , 021 kgmm2

Sambungan las dinyatakan dapat digunakan karena hargaτ L<τa

−

,

yaitu : 0 ,021 kg

mm2<20 , 96 kgmm2

Jenis elektroda pada las listrik yang digunakan, posisi pengelasan dan

polaritas pengelasan terdapat Tabel 3.5

57

Tabel 3.5 Spesifikasi elektroda terbungkus dari baja lunak (AWS A5.1 – 64T)

58

(Harsono .W & T. Okumura, 2000 : 14)

3.6 Perencanaan Ulir digunakan sebagai Pasak

Pasak benam mempunyai bentuk peampang lingkaran, karena yang

digunakan untuk pasak pada kontruksi poros mesin penghancur sabut kelapa

adalah ulir. Maka ukuran ulir yang digunakan sebagai pasak sehingga sesaui

59

dengan kebutuhan adalah sebagai berikut:

1. Gaya tangensial pada permukaan poros (F tP )(Sularso & Suga. K, 2004 : 25) :

F tP=T Pcru

(d P

2) Dengan : T pcru=253 , 54 kg .mm

d P=25 mm

Maka :

F tP=253 ,54

(252)

=20 ,28 kg

2. Bahan pasak yang digunakan sama dengan bahan poros yaitu S 30 C:


mm2

b. Faktor Keamanan (Sularso & Suga. K, 2004 : 25) :

Sf k 1=6.0 dan Sf k 2=3

Sehingga tegangan geser yang diijinkan untuk bahan pasak adalah sebagai

berikut (Sularso & Suga. K, 2004 : 25):

τ ka=σ B

Sf k1×Sf k 2

=526×3

=2 ,89 kgmm2

3. Penampang pasak 6 x 6 maka ukuran kedalaman pasak (Sularso & Suga. K,

2004 :10) :

t 1=3,5

t 2=2,8

4. Tekanan pemukaan (Pa) yang diijinkan adalah 8 kg/mm2

60

5. Menentukan panjang pasak (l1) dari tegangan geser yang dijinkan:

τ k=F tp

6×l1=20 ,28

6×l1≤2 , 89

l1=F tp

6×τ ka=20 , 28

6×2 , 89=1 ,169

6. Menetukan panjang pasak (l2) dari tekanan permukaan yang dijinkan:

p=F tp

t2×l2

=20 ,282,8×l2

≤2 ,89

l2=F tp

t2×pa=20 ,28

2,8×8=0 , 91

7. Panjang pasak (lk) yang dipilih adalah 0,75 dikali diameter poros, sehingga :

lk=0 , 75×25

lk=18 , 75≈19 mm

8. Keamanan lebar pasak adalah sebagai berikut:

bdp

=625

=0 ,24

9. Keamanan panjang pasak adalah sebagai berikut:

lk

dp=15

25=0,6

bab iii

Documents