RANCANG BANGUN MESIN PEMOTONG KACA BENTUK SILINDER DENGAN MEKANISME ENGINE LATHEAbdul azis musyifik 1) Muhammad Anang Fachrudin 2) Ir.Nur Husodo, M.Sc 3)1(Program Studi D3 Teknik Mesin Produksi Kerjasama FTI-ITS Surabaya Disnakertransduk Prov. Jawa TimurKampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111)

Abstrak : Selama ini proses permesinan kaca hanya terbatas pada skala micro saja, terutama untuk proses manufakturing. Sebagai material yang getas, sifat ketermesinan (machinability) kaca sangat rendah karena nilai fracture toughnessnya yang rendah Itu sebabnya maka proses pemesinan jarang diterapkan pada kaca. Namun demikian proses permesinan dilakukan sehingga dapat memotong kaca yang berbentuk silinder (botol) untuk sebuah komponen filtrasi biogas, gelas laboratorium.Mesin pemotong kaca silinder dirancang dengan dasar perhitungan gaya awal potong dan menentukan putaran spindle. Akan diperlukan juga perhitungan besar gaya yang terjadi dan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan mesin ini : belt, pulley, gigi, poros, spindle, bearing. Kemudian dilakukan pengujian pada proses menggunakan heat treatment untuk mengetahui besar kapasitas mesin.Dari hasil perhitungan, dibutuhkan putaran 22 rpm untuk menggerakkan spindlel, gaya potong 8,75 N dan kapasitas mesin sebesar 24 botol/jam pemotongan menggunakan heat treatment.Kata kunci: Kaca silinder (Botol kaca), belt, pulley, roda gigi, poros, spindle, bearing, dan rangka utama.

Abstrack : During the machining process the glass is confined to only the micro scale, especially for the manufacturing process. As the material is brittle, ketermesinan properties (machinability) glass is very low due to the low value of fracture toughnessnya That's why the machining process is rarely applied to the glass. So it can be a process of cutting a cylindrical glass (bottle) for a biogas filtration components, laboratory glasswar, etc.Cylindrical glass cutting machine is designed with the basic use of force calculations and determine the initial piece spindle rotation. So it will be necessary also large calculations occur style and power needed to drive these machines: belt, pulleys, gears, shafts, spindles, bearings.From the calculation, it takes round 22 to move spindlel rpm, cutting force of 8.75 N and the engine capacity of 24 bottles / hour for cutting using heat treatmentKeywords:Cylinder glass (Glass bottle), belt, pulley, gears, shafts, spindles, bearings, and main frame.

I.PENDAHULUANKaca banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari terutama untuk peralatan optik dan biochips akan tetapi proses fabrikasi kaca sangat terbatas, terutama untuk proses-proses manufaktur seperti proses permesinan hal ini dikarenakan sifat kaca yang getas yang menjadi penyebabnya. Selama ini proses untuk manufaktur kaca menggunakan proses chemical etching, namun prosesnya berlangsung cukup lama dan zat kimia yang digunakan perlu penanganan yang khusus agar tidak mencemari lingkungan ketika dibuang. Sehingga butuh biaya lebih untuk hal tersebut. Belum lagi bahaya laten yang ditimbulkan oleh zat kimia tersebut bagi kesehatan operator (Kauppinen, 2002). Kaca silinder sangat mempunyai banyak kegunaan. Diantaranya yaitu biasanya digunakan sebagai bahan baku serat optik dan lampu berbahan serat optik. Hasil lampu yang dibuat dari material kaca ini ternyata sangat bagus, karena jenis kaca ini memiliki permukaan yang transparan sehingga pemancaran cahaya dapat terjadi dengan baik. Kaca ini juga sering dipakai untuk keperluan alat-alat di laboratorium kimia. Sebagai material yang getas, sifat ketermesinan (machinability) kaca sangat rendah karena nilai fracture toughnessnya yang rendah. Kekuatan fracture (fracture strength) kaca lebih rendah dari kekuatan luluhnya (yield strenghth). Ketika kaca diberi beban tarik atau tekuk pada suhu kamar, maka kaca akan hancur sebelum terjadi deformasi plastis. Itu sebabnya maka proses pemesinan jarang diterapkan pada kaca, khususnya kaca berbentuk silinder seperti botol.Pada penelitian sebelumnya, Setiadi, Dika Fajar Pratama (2012) telah melakukan penelitian tentang proses permesinan bubut pada kaca, mereka menyimpulkan bahwa selama ini proses permesinan kaca juga hanya terbatas pada skala micro saja, sangat jarang proses permesinan kaca dilakukan pada skala macro, hal ini juga tak bisa dipungkiri karena anggapan masyarakat yang tidak yakin bahwa pada kaca bisa dilakukan proses permesinan pada skala macromachining, mereka beranggapan bahwa hasil yang diperoleh dengan menggunakan proses permesinan pada skala macro akan menghasilkan kekasaran permukaan yang tidak bagus.Berdasarkan hal tersebut, akan dirancang dan diwujudkan sebuah alat pemotong kaca silinder dengan sistem penggerak motor yang nantinya akan menggunakan perhitungan gerak makan dan gerak potong, serta dapat menentukan variasi ukuran botol yang akan dipotong oleh mesin ini. Perancangan ini diharapkan mampu memperbaiki kekurangan yang ada pada penelitian proses permesinan bubut pada kaca yang selama ini dirasa masih memiliki kelemahan pada proses perautannya serta dapat meningkatkan nilai tambah dari sebuah kaca silinder seperti botol kaca bekas.

II. TINJAUAN PUSTAKA2.1 Botol2.1.1 Pengertian KacaBerdasarkan kamus besar Bahasa Indonesia, arti botol merupakan sebuah wadah untuk benda cair yang berleher sempit dan biasanya dibuat dari kaca atau plastik. Secara khusus botol kaca berasal dari SiO2 sebesar 73%, Na2O 14%, CaO 11%, dan Al2O3 1%. Bahan-bahan tersebut dicampur dan mengalami proses peleburan dengan T = 1500, kemudian proses yang terakhir adalah proses pembentukan wadah botol kaca sehingga menjadi botol kaca yang digunakan untuk wadah oleh masyarakat saat ini. Botol kaca mempunyai keunggulan dibandingkan botol dengan bahan yang lainnya yaitu, dapat tahan terhadap kelembapan, gas, dan miroorganisme, tidak bereaksi dan bermigrasi ke dalam produk makanan, cocok untuk proses pemanasan ketika ditutup secara sistematik, dan dapat digunakan kembali dan saat di daur ulang. Selain mempunyai keunggulan botol kaca memilik kelemahan yaitu, lebih berat, memiliki ketahanan retak dan thermal shock yang lebih rendah dibandingkan dengan material lain, meiliki dimensi lebih besar dan berpotensi menimbulkan bahaya seirus akibat serpihan botol kaca. 2.1.2 Sejarah BotolTidak dapat dipungkiri di seluruh dunia, setiap rumah tangga memerlukan botol gelas dan botol kaca sebagai wadah untuk benda cair. Kaca pertama kali muncul sekitar 7000 SM Manik yang terbuat dari kaca alami seperti obsidian, batu kristal, batu akik, atau onyx. Botol gelas pertama diproduksi sekitar 1500 SM. Botol kaca Amerika dan industri kaca lahir pada tahun 1600-an ketika pemukiman di Jamestown yang membangun tungku peleburan kaca pertama. Botol kaca yang mahal sebagai industri mengandalkan peniupan kaca individu. Penemuan mesin botol peniup kaca otomatis pada tahun 1903 berubah menjadi produk komoditas itu yang digunakan sampai hari ini. Sekarang sudah mungkin untuk memproduksi botol kaca secara massal dan botol kaca yang merupakan ketinggian seragam, berat, dan kapasitas. Garis produksi sangat otomatis dari era modern mampu menghasilkan lebih dari 1.000.000 botol sehari.. 2.2 Rumus Perhitungan Gaya 2.2.1 Gaya PotongGaya potong untuk memotong sebuah kaca berbentuk silinder (misalnya botol kaca bekas) tidak seperti gaya potong pada sebuah baja, untuk memotong sebuah kaca hanya diperlukan goressan pada permukaan kaca secara melingkar. Kaarena sifat kaca yang getas dan mudah pecah sehingga tidak diperlukan gaya potong yang besar. Nilai kuat tekan kaca hanya sebatas 70 Mpa bisa dilihat pada tabel 2.1

dimana: h = kedalaman potong (mm)w = lebar pahat (mm) = nilai kuat tekan kaca2.2.2 TorsiUntuk mengetahui torsi yang dibutuhkan digunakan rumus berikut : T = Fc . rDimana : r = jari-jari pahat2.2.3 Daya Pemotongan BotolUntuk mengetahui besar daya pemotongan botol dihitung menggunakan rumus:

Dimana:T = Torsin = putaran2.2.4 Daya Motor Yang DibutuhkanDaya motor yang dibutuhkan agar motor bekerja sesuai keinginan dipergunakan rumus:

Dimana :

effisiensi kopling

effisiensi bearing

effisiensi gearbox2.3 Perencanaan Belt dan PulleyBelt termasuk alat pemindah daya yang cukup sederhana dibandingkan dengan rantai dan roda gigi. Belt terpasang pada dua buah pulley atau lebih, pulley pertama sebagai penggerak sedangkan pulley kedua sebagai pulley yang digerakkan.Bila dilihat dari bentuk penampangnya, secara umum belt dibedakan menjadi 2 macam, yaitu : Belt datar atau Flat belt dan Belt-V atau V-belt, namun ada juga jenis belt yang berpenampang lingkaran misalnya starrope dan superstarrope, juga ada yang permukaannya bergerigi atau gilir, misalnya timing belt.Sebagian besar belt yang digunakan adalah V-belt karena mudah penanganannya dan harganya murah. Kecepatan belt dapat direncanakan 10 s/d 20 m/s (pada umumnya), dan maksimum bisa 25 m/s. Daya maksimum yang dapat ditransmisikan bisa mencapai 500 kW atau 670 HP.2.3.1 Komponen-Komponen Transmisi dengan Belt2.3.1.1 BeltTransmisi dengan belt mempunyai beberapa kelebihan antara lain adalah : jangkauan atau cakupan dayanya yang baik dari daya kecil sampai besar, mempunyai umur-pakai yang layak, mudah pemasangannya, mampu terhadap fatique strength dan harganya yang murah.Belt dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk penampangnya, perencanaan, bahan dan cara pembuatannya. Bentuk penampang belt sangat berpengaruh terhadap perencanaan pule dan peralatan lainnya, macam-macam bentuk penampang belt adalah :1. Bentuk taliTerbuat dari kulit dan cotton, secara luas dipakai untuk pemindahan daya yang besar dan jarak yang jauh. Kekurangan dari bentuk ini adalah diperlukan unit pressure yang tinggi pada pule-nya dan cepat sekali aus balik pada talinya maupun pada alur pulenya.2. Bentuk datar (Flat Belt)Dipakai secara luas untuk transmisi mesin-mesin industri, dan dibuat dengan macam-macam tingkat ketebalan (15-500) mm, dan juga dibuat dengan berbagai macam ukuran dan bahan. Empat tipe bahan yang sudah distandarkan adalah : kulit, karet, cotton yang dianyam dan wool yang dianyam.3. Bentuk V (V-belt)Banyak dipakai, terutama pada mesin mobil, pada pompa, kompresor dan sebagainya. Bentuk ini lebih mampu memindahkan daya dari pada flat belt karena slip yang terjadi lebih kecil, karena mempunyai bidang gesek pada bagian sisi-sisinya.4. Bentuk-bentuk lainSelain bentuk penampang lingkaran, datar dan V, juga ada bentuk lain, misalnya bergerigi atau bentuk-bentuk lainnya.Setiap busur dari V-belt mampu memindahkan daya sebesar 3 kali kemampuan belt datar, ini adalah keuntungan utama dari V-belt. Keuntungan ini diikuti oleh kelemahan, yaitu bertambahnya unit pressure (tekanan per satuan luas) dengan bertambahnya unit pressure ini akan menyebabkan gesekan bertambah besar sehingga lebih cepat aus.2.3.1.2 PulePule untuk belt mempunyai beberapa bagian, yaitu rim roda tempat belt, spokes ruji-ruji atau bentuk lempengan, rimnya. Bentuk rim disesuaikan dengan tipe belt dan kondisi operasional. Pule untuk V-beltBentuk dan jumlah alur berdasarkan ukuran dan jumlah belt. Ukuran groovenya diharapkan menjaga agar belt pada bagian bawahnya tidak saling bersentuhan atau terlalu berjulur keluar.2.3.1.3 Daya yang DitransmisikanBelt berputar dengan kecepatan keliling v (m/s), sambil memindahkan beban sebesar Fe (kgf), maka daya yang ditransmisikan dalam satuan kW sebesar:Dengan melihat adanya kehilangan daya sebesar LT, maka efisiensi transmisi sistem belt (tanpa memperhatikan tahanan udara dan gesekan pada bantalannya adalah :dimana : = 0,96 untuk V-belt2.3.2 Perencanaan Sistem transmisi dengan V-Belt2.3.2.1 Daya dan Momen PerencanaanSupaya hasil perencanaan aman, maka besarnya daya dan momen untuk perencanaan dinaikkan sedikit dari daya yang ditransmisikan (P), yang disebut dengan daya perencanaan atau daya desain (Pd) yang dapat dinyatakan dengan persamaan :Pd = fc.P(2-11)Dimana : fc = faktor koreksi (Tabel)Hubungan antara daya dan torsi rumusnya dapat dilihat dibawah ini : (Sularso, 2000 : 7)T = 9,74.105 (2-10)Dimana : T = Torsi , kg.mm Pd = Daya, kW

2.3.2.2 Pemilihan BeltBelt dipilih berdasarkan daya desain (Pd) dan putaran pule yang kecil (nmin), dengan menggunakan Gambar 2.4 maka jenis belt yang sesuai akan diperoleh.Misalnya digunakan cara pertama yaitu dengan menggunakan gambar 2.4, maka setelah diperoleh jenis beltnya, tulis data-data belt tersebut, misalnya lebar (b), tebal (h) dan luas (A), data-data ini akan dipakai untuk perhitungan selanjutnya. Panjang belt belum bisa dihitung, karena harus menunggu perhitungan/pemilihan diameter pule.Untuk memilih atau menghitung besarnya diameter pule, dapat menggunakan rumus perbandingan putaran (i). Bila rangkakan diabaikan, maka rumus yang dipakai adalah persamaan (2-6a), sedangkan bila rangkakan tidak diabaikan maka persamaan yang dipakai adalah persamaan (2-6b).i = = i = = (1+)Dimana : D = diameter pule = koefisien rangkaan (1 s/d 2) , (Sularso, 2004:186)2.3.3 Perhitungan Tarikan pada BeltKetika belt sedang bekerja, belt mengalami tarikan, yang paling besar terjadi pada posisi belt yang sedang melingkar pada pulley penggerak. Distribusi tarikannya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.Hubungan antara F1, F2, koefisien gesek (f) dan sudut-kontak () secara analitis fleksibilitas belt yang melingkar pada pulley, dapat dinyatakan dengan persamaan dibawah ini (Dobrovolsky, 1985 : 204) = ef. = m(2-12)Fe = F1 F2(2-13)Dimana : Fe = Gaya efektif, selisih antara F1 dan F2f = koefisien gesek, nilainya dipengaruhi oleh temperatur kerja dan creep, diasumsikan konstan.m = hanya sebagai lambang saja untuk menyingkat.F1 = Gaya tarik belt pada bagian yang kencang (besar)F2 = Gaya tarik belt pada bagian yang kendor (kecil)Dari persamaan tersebut terlihat bahwa tegangan untuk memindahkan beban (d) akan bertambah sebanding dengan tegangan awal (0). Bila tegangan awal bertambah melebihi harga yang diinginkan menyebabkan belt lebih cepat kendur sehingga kemampuan tariknya akan turun, dapat menyebabkan putusnya belt.Tarikan pada belt juga dipengaruhi oleh tegangan dan tekanan persatuan luas (unit pressure) belt pada pulenya. Efek ini dapat dirumuskan :do = a w (2-14)Dimana : a dan w adalah konstanta yang dapat dicari secara eksperimen dapat dilihat pada tabel 2.3 dan tabel 2.4Setelah mendapatkan harga do dengan persamaan (2-17) dan harga d dengan persamaan (2-16) maka akan dapat dihitumg harga lebar belt (b) dengan rumus bahwa tegangan untuk mentransmisikan daya sama dengan gaya efektif dibagi dengan luas penampang yang sudah dibahas didepan. Harga lebar belt yang didapat dari rumus ini tidak menyimpang jauh dengan harga dari tabel.d = = (2-18)Dalam perencanaan belt, secara praktis biasanya terlebih dahulu ditentukan dulu tipe dari belt, sehingga didapatkan harga a dan w dari tabel, kemudian menghitung harga do dan d.Besarnya kecepatan linier atau kecepatan keliling pule pertama dan pule kedua dapat dinyatakan dengan rumus :v1 = dan v2 = Dimana : v = kecepatan linier (keliling), m/s h = tebal belt, cm D = diameter pule, cm n = putaran pule, rpm

2.3.4 Perhitungan Beban pada Poros PuleGaya yang diterima oleh poros dari pule, sesuai dengan besarnya tarikan dan arahnya berimpit dengan belt pada kedua sisi pule.Besarnya gaya resultan R atau FR yang bekerja pada poros.FR = (2-15)2.3.5 Perhitungan Umur Belt (Calculating Belt Service Life)Dalam operasional yang normal pemeriksaan terhadap belt ditunjukkan pada pemeriksaan keausan pada serat-serat beltnya, yang timbul akibat adanya beban yang bervariasi, panas atau akibat kerugian daya (belt losses). Sebenarnya banyak faktor yang dapat mempengaruhi umur belt, namun yang terpenting adalah tegangan berulang (cycles stress) dan timbulnya panas.Perubahan tegangan yang terbesar terjadi pada saat belt mulai memasuki pule penggerak. Dalam hal ini dapat dikatakan bahwa bila belt bekerja dalam satu putaran akan terjadi perubahan beberapa kali, setiap kali terjadi perubahan tegangan, inilah yang dapat mempengaruhi umur belt. Oleh karena itu sebagai dasar perhitungannya, dipakai basis endurance limit (fatique limit) atau tegangan kelelahan. (Dobrovolsky, 1985;238)Umur belt dapat dihitung dengan rumus umum sebagai berikut :mmax.3600.u.X.H = mfat.NbaseH = m(2-16)Dimana :H = umur belt (jam)Nbase = basis dari fatique test, yaitu 107 cyclefat = fatique limit atau endurance limit yang berhubungan dengan Nbase dapat dicari dari fatique curvemax = tegangan maksimum yang timbulu = jumlah putaran per detik, atau sama dengan v/L (v = kecepatan, m/s dan L = panjang belt, m)X = jumlah pule yang berputar2.4 PorosPoros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Pada penelitihan sebelumnya Setiadi, Dika Fajar Pratama (2012) mengatakan bahwa hasil penelitian ini menunjukan kondisi permukaan yang terbaik diperoleh ketika proses permesinan kaca dengan radius nose pahat 5 mm, pada kecepatan spindle 30 rpm, kedalaman potong 0,5 mm dan kondisi permesinan menggunakan dromus.2.4.1 Hal - Hal Penting Dalam Perencanaan PorosUntuk merencanakan sebuah poros, hal-hal berikut ini perlu diperhatikan :1. Kekuatan PorosSuatu poros transmisi dapat mengalami 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, dan lain-lain.Kelelahan, tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak, harus diperhatikan.2. Kekakuan PorosMeskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidak-telitian (pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya, pada turbin dan kotak roda gigi).3. Putaran KritisBila putaran mesin dinaikkan, maka pada suatu harga tertentu akan timbul getaran yang cukup besar. Putaran yang menghasilkan getaran yang besar tersebut disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada: turbin, motor bakar, motor listrik dan sebagainya. Jika mungkin poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerja poros lebih rendah dari putaran kritisnya.4. KorosiBahan-bahan tahan korosi harus dipilih untuk propeler, pompa bila terjadi kontak dengan media yang korosif. Demikian pula untuk poros yang terjadi kavitasi dan poros mesin yang sering berhenti lama. 2.4.2 Poros Dengan Beban Puntir dan LenturPoros pada umumnya meneruskan daya melalui belt, roda gigi, rantai dan sebagainya. Dengan demikian poros tersebut mendapatkan beban puntir dan lentur, sehingga pada permukaan poros terjadi tegangan geser karena momen puntir dan tegangan tarik karena momen lentur. Poros dengan beban puntirHal-hal yang perlu diperhatikan akan diuraikan seperti di bawah ini.Pertama kali, ambillah suatu kasus dimana daya P (kW) harus ditransmisikan dan putaran poros n1 (rpm) diberikan. Dalam hal ini perlu dilakukan pemeriksaan terhadap gaya P tersebut. Jika P adalah daya rata-ratayang perlu dilakukan, maka harus dibagi dengan efisiensi mekanis dari sistem transmisi untuk mendapatkan daya penggerak mula yang diperlukan. Daya yang besar mungkin diperlukan pada saat start, atau mungkin beban yang besar terus bekerja setelah start. Dengan demikian sering kali diperlukan koreksi pada daya rata-rata yang diperlukan dengan menggunakan faktor pada perencanaan.Jika daya yang diberikan dalam daya kuda (HP), maka harus dikalikan dengan 0,735 untuk mendapatkan daya dalam kW. Jika momen puntir sebagai momen rencana adalah T (kg.mm), maka untuk mencari momen torsi, persamaan diatas menjadi :T = 9,74x (2-17)Dimana :T= Momen puntir perencanaan (kg.mm)Pd= Daya perencanaan (kW)n1= Putaran (rpm)Dengan memasukkan persamaan momen bending dan momen lentur, tegangan maksimum untuk poros pejal : = (2-18)Syarat perencanaan adalah tegangan maksimum yang terjadi harus lebih kecil daripada tegangan ijin, sehingga : d (2-19)Keterangan :Syp = Kekuatan bahan terhadap tegangan geserAK = Angka keamanan2.5 Bearing (Bantalan)Bearing merupakan elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang umur. Seperti pada gambar 2.7. Bearing harus cukup kokoh agar poros serta elemen-elemen mesin dapat bekerja dengan baik. Jika bearing tidak berfungsi dengan baik, maka kemampuan seluruh sistem akan menurun atau tidak bekerja dengan semestinya. Jadi, bearing dalam pemesinan dapat disamakan peranannya dengan pondasi pada gedung.2.5.1 Klasifikasi BearingBearing dapat diklasifikasikan sebagai berikut:1. Atas dasar gerakan bearing terhadap porosa. Bearing luncurPada bearing ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bearing karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bearing dengan perantaraan lapisan pelumas.b. Bearing gelindingPada bearing ini terjadi gesekan gelinding antara bagian-bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau jarum, dan rol bulat.2. Atas dasar arah beban terhadap porosa. Bearing radialArah beban yang ditumpu bearing ini adalah tegak lurus dengan sumbu poros.b. Bearing axialArah beban bearing ini sejajar dengan sumbu poros.c. Bearing radial-axialBearing ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.Oleh karena pembebanan bearing yang tidak ringan maka bahan bearing harus tahan karat, kuat, mempunyai koefisien gesek rendah dan mampu bekerja pada temperatur tinggi. Proses pemilihan bearing dipengaruhi oleh pemakaian, lokasi dan macam.Dalam pemilihan bantalan perlu mempertimbangkan gaya atau beban yang bekerja pada bearing dimana kekuatan bahan bearing harus lebih besar daripada beban yang mengenai bearing tersebut. Beban yang diterima oleh bearing biasanya adalah beban aksial dan radial yang konstan yang bekerja pada bearing dengan ring dalam yang berputar dan ring luar tetap (diam).2.5.2 Perencanaan BearingDalam perencanaan ini akan digunakan jenis bearing gelinding (rolling bearing) karena bearing ini mampu menerima beban aksial maupun radial relatif besar. Bearing gelinding umumnya lebih cocok untuk beban kecil daripada bearing luncur. Tergantung dari pada bentuk elemen gelindingnya. Putaran pada bearing ini dibatasi oleh gaya sentrifugal yang timbul pada elemen gelinding tersebut. Karena konstruksinya yang sukar dan ketelitiannya yang tinggi, maka bearing gelinding hanya dibuat di pabrik-pabrik tertentu. Keunggulan bearing ini adalah gaya geseknya yang sangat rendah, pelumasnya sangat sederhana, cukup dengan gemuk (steand pead), bahkan pada jenis yang memakai sil sendiri tidak perlu memakai pelumas lagi. Pada waktu memilih bearing ciri masing-masing harus dipertimbangkan sesuai dengan pemakaiannya, lokasi dan macam beban yang dialami.2.5.3 Beban Ekivalen pada BearingBeban ekivalen adalah beban radial yang konstan yang bekerja pada bantalan dengan ring dalam yang berputar dan ring luar yang tetap, dan akan memberikan umur yang sama, seperti bila bearing bekerja dengan kondisi nyata untuk beban dan putaran yang sama.Beban ekivalen pada bearing adalah :P = V. Fr(2-20)Dimana :P= Beban ekivalen (kgf)Fr = Beban Radial (kgf)V= Faktor putaran konstanta= 1,0 untuk ring dalam yang berputar= 1,2 untuk ring luar yang berputar2.5.4 Prediksi Umur BearingDalam memilih bearing gelinding, umur bearing sangat perlu diperhatikan. Ada beberapa definisi mengenai umur bearing, yaitu :1. Umur (Life)Didefinisikan sebagai jumlah perputaran yang dapat dicapai dari bearing sebelum mengalami kerusakan atau kegagalan yang pertama pada masing-masing elemennya seperti roll atau bola atau ring.2. Umur berdasarkan kepercayaan (Rating Life)Didefinisikan sebagai umur yang dicapai berdasarkan kepercayaan (reliability) 90% berarti dianggap 10% kegagalan dari jumlah perputaran. Umur ini disimbolkan denga L10 dalam jumlah perputaran atau L10h dengan satuan jam dengan anggapan putarannya konstan.3. Basis kemampuan menerima beban (Basic Load Rating)Disebut juga dengan basic load rating (beban dinamik) diartikan sebagai beban yang mampu diterima dalam keadaan dinamis berputar dengan jumlah putaran konstan 106 putaran dengan ring luar tetap dan ring dalam yang berputar.4. Kemampuan menerima beban statis (Basic Static Load Rating)Didefinisikan sebagai jumlah beban radial yang mempunyai hubungan dengan defleksi total yang terjadi secara permanen pada elemen-elemen bearingnya, yang diberikan tekanan, disimbolkan dengan C0.Umur dari bearing dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini:L10 = ()B (2-21)Dimana :L10= Umur bearing (jam kerja)P= Beban ekivalen (kgf)C= Beban dinamis (kgf)B= Konstanta tergantung tipe bearing= 3,0 untuk bearing bola= 10/3 untuk bearing rolln= Jumlah putaran (rpm)2.6 Perencanaan pasakPasak adalah bagian elemen mesin yang berfungsi untuk menyambung dan juga untuk menjaga hubungan putaran relatif antara poros dengan peralatan mesin yang lain.Distribusi tegangannya dapat terjadi, sehingga dalam perhitungan tegangan disarankan menggunakan faktor keamanan sebagai berikut :a. N = 1untuk torsi yang tetap atau konstanb. N = 2,5 untuk beban kejut kecil atau rendahc. N = 4,5untuk beban kejut yang besar terutama dengan bolak balik.Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara 25% sampai 30 % dari diameter poros, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan diameter poros, yaitu antara 0,75 s/d 1,5 kali dameternya. Pasak mempunyai standardisasi yang sesuai dengan desain yang dibutuhkan.2.7.1 Gaya yang bekerja pada pasakPada perencanaan alat ini, pasak yang digunakan adalah pasak datar segi empat. Pasak tipe ini umumnya mempunyai domensi lebar (W) dan tinggi (H) yang besarnya sama dan kira-kira sama dengan 0,25 diameter poros. Dari tinggi sebesar H tersebut setengahnya masuk kedalam hub. Bila pasak berputar dengan torsi sebesar T, maka akan menghasilkan gaya yang bekerja pada diameter luar poros dan gaya inilah yang akan bekerja pada pasak.

(kgf)......(2.34)Dimana :F= Gaya pada pasak(kgf)T= Torsi(kgf. mm)D= Diameter(mm)r= Jari-jari(mm)2.7.2 Perhitungan berdasarkan tegangan geserPerhitungan tegangan geser dihitung menggunakan rumus berikut:

Dimana : s= Tegangan geser(Pa)F= Gaya pada pasak(N)W= Lebar pasak(mm)L= Panjang pasak(mm)D= Diameter poros(mm)Tegangan ijin pada pasak

Dengan alasan keamanan maka nilai tegangan geser pada pasak harus lebih kecil satu sama dengan nilai tegangan ijin geser pada pasak.

(mm)(2.35)Dimana : N adalah nilai keamanan pasak dan nilai Syp pasak(diketahui dengan melihat tabel properti bahan)2.7.3 Perhitungan berdasarkan tegangan kompresiTegangan kompresi dihitung menggunakan rumus berikut:

(pa)(2.36)Dimana :c= Tegangan kompresi(Pa)F= Gaya pada pasak(N)H= Tinggi pasak(mm)L= Panjang pasak(mm)D= Diameter poros(mm)

III. METODOLOGI3.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Mesin Pemotong BotolYATIDAKPenyusunan LaporanStartObservasiStudi LiteraturData LapanganPerencanaan dan PerhitunganFinishBeroperasi dengan baik Pembuatan MesinPemilihan komponenPengujian Alat

3.2 Tahapan Proses Pembuatan Mesin Pemotong BotolTahap identifikasi masalah diawali dari perumusan masalah, pengamatan lapangan dan studi pustaka (literatur), adapun uraian untuk lebih jelasnya, sebagai berikut: ObservasiObservasi atau studi lapangan ini dilakukan dengan survei langsung, untuk mengumpulkan data lapangan.Hal ini dilakukan dalam rangka pencarian data yang nantinya dapat menunjang penyelesaian tugas akhir ini. Studi literaturMelakukan studi pustaka melalui internet dan literatur yang ada di perpustakaan ITS dengan tujuan untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan mesin-mesin terdahulu sebagai bahan referensi perancangan mesin yang lebih baik dan mudah dioperasikan. Selainitu untuk mengetahui literatur yang sesuai dalam perhitungan dan perencanaan komponen yang digunakan dalam pembuatan mesin-mesin pemotong botol kaca. Data lapanganBahwasanya data yang diamati dari lapangan untuk memotong sebuah botol kaca masih relatif menggunakan metode manual, yaitu dengan menggunakan pemotong kaca yang dilakukan dengan tangan dan tidak safety. Perencanaan dan Perhitungan Perencanaan dan perhitungan ini bertujuan untuk mendapatkan desain dan mekanisme yang optimal dengan memperhatikan data yang telah didapat dari studi literatur dan observasi langsung. Rencana mesin yang akan di rancang ini adalah mesin pemotong botol kaca untuk tabung filtrasi biogas. Pemilihan KomponenKomponen yang dibutuhkan meliputi beberapa alat antara lain: motor, elemen mesin (bantalan, poros, pulley, belt), kerangka mesin, cutting tool, dsb. Pembuatan Rancangan Mesin Pemotong Botol (Solidworks)Perencanaan pembuatan mesin pemotong botol ini diperlukan desain gambar yang jelas dan sistematis untuk mempermudah proses pembuatan alat

Gambar 3.4 Mesin pemotong kacaKomponen :1. Frame2. Motor HP3. Gear Box 1:604. Chuck5. Ragum X,Y6. Pulley (2 buah)7. Belt8. Center putar (centralizer)9. Stud 10. Plat Plandes 11. Plat plendes lecil12. Poros utama13. Dudukan botol14. Plat dudukan motor15. Roda (4buah) Uji peralatan Setelah alat selesai dibuat dilakukan pengujian alat dengan mengoperasikan alat tersebut.Dalam pengujian ini nantinya akan di catat dan dibandingan waktunya, hasil dari benda yang dihasilkan oleh manual dengan mesin. Pembuatan Laporan Tahap ini adalah tahap terakhir dari pembuatan mesin pemotong botol kaca, dengan membuat kesimpulan yang diperoleh dari hasil pengujian alat yang telah dilakukan 3.3 Mekanisme Kerja Mesin Pemotong Botola) Prinsip kerja mesin ini adalah pertama benda kerja berupa sebuah botol kaca yang akan di potong di cekam menggunakan chuk, agar tidak licin permukaan chuck di beri karet seperti gambar 3.4 b) Setelah botol tercekam, kemudian setting dudukan pahat pada ragum X,Y. Untuk mendapatkan settingan pahat bisa diatur ke kanan ke kiri serta ke depan maupun ke belakangc) Menggunakan push button ketika motor PK dinyalakan putaran motor ditransmisikan ke reducer 1/60 sehingga menghasilkan 23,3 rpm, kemudian dari reduce di transmisikan lagi ke pulley penggerak yang dihubungkan oleh sebuah V-belt, ketika pulley yang digerakkan pada poros bergerak chuck pun bergerak memutar botol ke arah yang berlawanan dengan arah jarum jam, kemudian pahat digerakkan maju sampai menggores botol seperti gambar 3.5 maka terjadilah proses gerak makan dan gerak potong yang diinginkan.d) Setelah pahat di gerakkan maju menggores permukaan botol hingga melingkar, motor dimatikan sejenak. Maka dengan dengan sedikit gaya pukul yang diberikan ke botol dengan sendirinya botol akan otomatis terpotong dan jatuh pada penampang yang sudah di sediakan seperti gambar 3.6e) Botol berdiameter 85mm di potong dari bentuk awal seperti gambar 3.7 menjadi gambar 3.8 menjadi bentuk silindris 3.4 Diskripsi mesinadapun langkah kerja dalam mengoprasikan mesin ini sangat mudah, pertama yang kita lakukan adalah pemilihan botol dengan diameter yang diinginkan, kemudian dimulai dengan menyalakan mesin. Motor listrik (2) yang terletak pada dudukan motor (14) terlebih dahulu di reducer menggunakan gear box perbandingan 1:60 (3) akan bekerja menggerakkan pulley penggerak (6) oleh belt (7), kemudian poros utama (12) akan berputar 22 rpm sesuai yang diinginkan. Pada poros yang berputar terdapat beberapa komponen untuk mendukung agar titik berat yang terdapat pada spindle dapat diseimbangkan diantara lain plat plandes kecil (11) plat plandes besar (12) kemudian dihubungkan keduanya dengan 4 buah stud (9). Proses pencekaman digunakan chuck 6inch (4) dan saat proses pemotongan botol dilakukan diperlukan cetralizer (8) guna mendapatkan hasil potongan yang baik, selain itu komponen utama dalam proses pemotongan adalah ragum X,Y (5) dan untuk menghindari jatuhnya botol pada saat setelah botol terpotong maka ada dudukan botol berbentuk V-Groove (13). Semua pemasangan komponen berada dalam rangka utama (1) dan untuk memudahkan pemindahan alat pemotong kaca silinder (botol) ini digunakan 4 buah roda (15) pada kaki rangka.

IV. PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN

4.1 Perhitungan Gaya dan Daya yang DibutuhkanDari tabel kekuatan di atas bahwa kekuatan material kaca diperoleh kekuatan sebesar 70 Mpa.a. Gaya Potong Gaya potong dihitung dengan melihat tabel 4.1 untuk mengetahui nilai kuat tekan kaca kemudian digunakan rumus:dimana: h = kedalaman potong (mm) w = lebar pahat (mm) = kekuatan kacab. Torsi Untuk mengetahui torsi yang dibutuhkan digunakan rumus berikut :

TTDimana :r = jari-jari pahatc. Daya PemotonganUntuk mengetahui besar daya pemotongan botol dihitung menggunakan rumus:

V. KESIMPULAN DAN SARAN5.1 KesimpulanDari perencanaan dan perhitungan pada Rancang Bangun Mesin Pemotong Botol Kaca Bekas ini diperoleh hasil sebagai berikut :1. Dari analisa, untuk meraut botol dibutuhkan gaya sebesar 8,75N. Dengan daya yang dibutuhkan sebesar 38,40 W maka digunakan motor dengan daya 0,5 HP dan putaran sebesar 1400rpm.2. System transmisi yang digunakan:Ukuran diameter pulley adalah : Diameter pulley penggerak = 99 mm Diameter pulley yang digerakkan = 99 mm Belt yang dipakai adalah type A dengan panjang belt 300 mm. Poros yang digunakan dari bahan baja AISI 1010, dengan diameter 28 mm. Bearing yang digunakan adalah tipe single cylindrical roll bearing dengan diameter dalam 28 mm3. Didapatkan hasil potongan bagus dengan menggunakan proses tambahan heat treatment : tampak permukaan potongan rata dan tidak bergerigi, tidak terdapat retakan, serpihan halus berupa serbuk, 4. Dari pengujian alat dapat diketahui :a) Dengan menggunakan heat treatment Waktu setting benda kerja 27 detik Waktu setting pahat 22 detik Waktu proses pemotongan 47 detik Waktu pemberian heat treatment 40 detikJadi siklus total lamanya waktu proses pemotongan dengan memberikan heat reatment terhitung 2 menit 27 detik untuk 1 botol.b) Tanpa menggunakan heat treantment Waktu setting benda kerja 27 detik Waktu setting pahat 22 detik Waktu proses pemotongan 1 menit Jadi siklus total lamanya waktu proses pemotongan tanpa pemberian heat treatment terhitung 2 menit detik untuk 1 botol.5. Kapasitas perencanaan mesin yaitu:a) 24 botol per jam untuk pemotongan dengan heat treatmentb) 30 botol per jam untuk pemotongan tanpa heat treatment 5.2Saran1. Sebaiknya ditambahkan rem untuk meningkatkan tingkat keamanan saat terjadi hal yang tidak terduga (kecelakaan kerja).2. Ternyata untuk memotong sebuah kaca berbentuk silindris (botol), diperlukan heat treatment agar didapatkan potongan yang baik.3. Karena proses pemotongan menggunakan heat treatment menghasilkan panas pada botol, maka diperlukan wadah untuk proses quenching supaya aman.DAFTAR PUSTAKAAbynk Verbeck pada November 1, 2011 in Mechanical Stuff. London: Wordpress Setiadi, Dika Fajar Pratama and Rusnaldy, ST, MT, PhD, 2012. PROSES PERMESINAN BUBUT PADA KACA. Solo: Universitas Diponegoro (UNDIP)Limbachiya,M.C&Roberts,J.J.(2004).Glass Waste. London: Thomas TelfordMcGraw-Hill Concise Encyclopedia of Engineering. 2002 by The McGraw-Hill Companies, Inc. Rusia: McGraw-Hill CompaniesPrajitno. 2001 Elemen Mesin Pokok Bahasan Transmisi sabuk dan Rantai. Jogja: UGM-Press (universitas Gajah Mada)Suhariyanto,S. 2011 Elemen Mesin II. Surabaya:Diktat-ITSSularso. (TAHUN). Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta:Pradnya ParamitaSuhariyanto,S. 2011 Elemen Mesin II. Surabaya: Diktat-ITSSumber Lain:Sugison Plastic. (2010). Acrylic Tabung dan Rod Polymethylmetacrylate, PMMA. Retrieved June 10, 2014 from http://www.sugison.com/div-eng/index.php?pg=x_pmma&lg=idwww.thenakedrider.wordpress.com diakses pada 17 juli 2014 (17.08) www.jonbatama.wordpress.com/study/elemen-mesin-iii diakses pada 12 juli 2014 (02.27)www.tinyclutch.com/1868-indexing-pulley-clutch/ diakses pada 12 juli 2014 (02.44)