RANCANG BANGUN DAN PENCIPTAAN MESIN SEMIOTOMATIS …

i

TUGAS AKHIR – TM141585

RANCANG BANGUN DAN PENCIPTAAN MESIN

SEMIOTOMATIS FILLING DAN CAPPING

VITRAN BEVERAGES

LIKA DIAN FITRANTO

NRP. 02111140000166

Dosen Pembimbing

Ir. Julendra Bambang Ariatedja, MT.

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2018

i

HALAMAN JUDUL

TUGAS AKHIR – TM141585



VITRAN BEVERAGES

LIKA DIAN FITRANTO

NRP. 02111140000166

Dosen Pembimbing

Ir.Julendra Bambang Ariatedja, MT.

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya 2018

ii

“Halaman ini sengaja dikosongkan.”

iii

FINAL PROJECT – TM141585

BUILDING DESIGN AND CREATION OF SEMIAUTOMATIC FILLING AND CAPPING VITRAN BEVERAGES MACHINE

LIKA DIAN FITRANTO

NRP. 02111140000166

Counselor Lecturer

Ir.Julendra Bambang Ariatedja, MT.

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

Faculty Of Industrial Technology

Sepuluh Nopember Institute Of Technology

Surabaya 2018

iv

“Halaman ini sengaja dikosongkan.

v

vi


vii



VITRAN BEVERAGES

Nama Mahasiswa : Lika Dian Fitranto

NRP : 02111140000166

Jurusan : Teknik Mesin FTI-ITS

Dosen Pembimbing : Ir. Julendra B. Ariatedja, MT.

ABSTRAK

Vitran Beverages adalah UKM yang bergerak dibidang

industri minuman sari buah, susu, dan teh. Tetapi usaha ini

mengalami kendala atau permasalahan bahwa proses produksinya

berlangsung sangat lama atau kurang efisien . Oleh karena itu,

diperlukan suatu mesin untuk memperlancar dan mempercepat

proses produksi agar bisa menghasilkan produk yang berkualitas

dalam waktu produksi yang cepat dan tepat sesuai dengan target

perusahaan sehingga produk minuman dalam kemasan tersebut

bisa memenuhi permintaan pasar yang luas sampai kepelosok

nusantara bahkan sampai Internasional.

Dalam Industri minuman botol terdapat dua Induk Mesin,

yang pertama adalah mesin untuk mengawetkan minuman seperti

mesin pasteurisasi, mesin UHT, dan yang kedua adalah mesin

pengemas untuk mempercepat proses produksi yaitu mesin filling

minuman botol, konveyor, dan mesin cupping atau penutup botol

otomatis. Tetapi sangat disayangkan sekali bahwa harga dari

mesin pengemas tersebut sangat mahal bisa mencapai milyaran

rupiah serta memperlukan daya listrik yang sangat besar sehingga

mesin produksi tersebut sangat tidak cocok digunakan oleh

industri UKM yang sedang berkembang.

Dari hasil penetian dan eksperimen didapatkan mesin

memiliki kapasitas sebesar 600 botol/jam dengan produk berupa

minuman ringan dengan kemasal botol 400 ml. Mesin ini

menggunakan gabungan dari ganeva mechanism dan cylindrical

cam. Mesin ini memiliki daya 0,011 hp. Untuk mendapatkan

viii

kapasitas sebesar 600 botol/jam diharuskan memiliki kecepatan

putar 20 rpm dengan diameter pemegang botol 25 cm yang dapat

memegang tiga botol. Serta dari telah didapatkan ukuran

geometris masing – masing komponen mekanis yang di gunakan

dalam mesin ini, sehingga mesin ini dapat di rancang bangun

secara nyata.

Kata kunci : Mesin Pabrikasi Minuman, Mesin Filling dan

Capping Minuman Botol, Cylindrical Cam, Ganeva

Mechanism, Mesin Packaging Skala UKM.

ix

D BUILDING DESIGN AND CREATION OF

SEMIAUTOMATIC FILLING AND CAPPING

VITRAN BEVERAGES MACHINE

Name : Lika Dian Fitranto

NRP : 02111140000166

Department : Mechanical Engineering- ITS

Academic Supervisor : Ir. Julendra B. Ariatedja, MT.

ABSTRACT

Vitran Beverages is a company engaged in the industry

of fruit juice, milk, and tea. But this business has constraints or

problems that the production process lasts very long or less

efficient. Therefore, a machine is needed to accelerate and

accelerate the production process in order to produce a quality

product in the production time quickly and accurately in

accordance with the company's target so that beverage products

in the packaging can meet the market demand extending to the

archipelago even to the International.

In the bottle beverage industry there are two Mains

Machinery, the first is a machine for preserving drinks such as

pasteurization machine, UHT machine, and the second is a

packing machine to accelerate the production process of bottle

filling machine, conveyor, and cupping machine or automatic

bottle cap. But it is very unfortunate that the price of the

packaging machine is very expensive can reach billions of rupiah

and require a very large power so that the production machine is

not suitable for use by a growing company industry.

From the results of penetration and experiment obtained

the machine has a capacity of 600 bottles / hour with a product of

soft drinks with 400 ml bottle case. This machine uses a

combination of ganeva mechanism and cylindrical cam. This

machine has a power of 0.011 hp. To get a capacity of 600 bottles

/ hour required to have a rotation speed of 20 rpm with a diameter

of 25 cm bottle holder that can hold three bottles. As well as from

x

the geometric size of each - each mechanical components used in

this machine, so this machine can be in real design.

Keyword : Beverage Manufacturing Beverages Machines,

Bottle Filling and Capping Machine, Cylindrical Cam, Ganeva

Mechanism, Packaging Machine for UMKM.

xi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT

karena berkat Rahmat dan Karunia-Nya penulis dapat

menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini. Shalawat beserta

salam semoga senantiasa terlimpah curahkan kepada Nabi

Muhammad SAW, kepada keluarganya, para sahabatnya, hingga

kepada umatnya hingga akhir zaman, amin.

Penulisan Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah

satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Progam

Studi S-1 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi

Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Judul

yang penulis susun adalah ‘Rancang Bangun dan Penciptaan

Mesin Filling dan Cupping Vitran Beverages.

Dalam penyusunan dan penulisan tugas akhir ini tidak

terlepas dari bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai

pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis

mengucapkan banyak terimkasih dan penghargaan yang setinggi-

tingginya kepada :

1. Ibu dan Ayah tercinta, serta semua keluarga yang senantiasa

mendukung penulis lewat doa, perhatian, dan kasih sayang.

2. Ir. Julendra B. Ariatedja, MT., selaku dosen pembimbing yang

tidak henti-hentinya memberikan arahan, dukungan, serta

motivasi sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bambang Pramujati, ST., M. Eng, Sc, PhD., selaku Ketua Jurusan

Teknik Mesin FTI-ITS.

4. Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA, Ir. Yusuf Kaelani, MSc. E,

Achmad Syaifudin, ST, M.Eng, PhD selaku dosen penguji Tugas

Akhir.

5. Segenap Dosen Teknik Mesin FTI – ITS, terimakasih atas semua

ilmu yang telah diberikan, semoga Allah membalasnya, Amin.

6. Teman seangkatan M54 dan juga adik angkatan Teknik Mesin

ITS senantiasa mendukung saya untuk segera menyelesaikan

studi di ITS ini.

xii

7. Serta semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan

Tugas Akhir ini selesai dikerjakan.

Meskipun Tugas Akhir ini terselesaikan dalam proses

yang cukup panjang. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas

Akhir ini masih jauh dari sempurna dikarenakan terbatasnya

pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu,

penulis mengharapkan segala bentuk saran serta masukan bahkan

kritik yang membangun dari berbagai pihak. Semoga Tugas Akhir

ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan semua pihak.

Surabaya, Januari 2018

Penulis

xiii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................ v

ABSTRAK ................................................................................. vii

ABSTRACT ................................................................................ ix

KATA PENGANTAR ................................................................ xi

DAFTAR ISI............................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR ............................................................... xvii

DAFTAR TABEL .................................................................... xix

BAB I PENDAHULAN .............................................................. 1

1.1 Latar Belakang ............................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .......................................................... 4

1.3 Batasan Masalah ............................................................ 4

1.4 Tujuan Perancangan ...................................................... 5

BAB II DASAR TEORI ............................................................ 7

2.1 Mesin Filling ................................................................... 7

2.1.1 Pengertian Mesin Filling Botol ............................. 7

2.1.2 Specifikasi Mesin Filling Portable yang

Digunakan ............................................................................. 8

2.2 Mesin Capping .............................................................. 10

2.2.1 Pengertian Mesin Capping Minuman.................. 10

2.2.2 Specifikasi Mesin Capping Portable yang

Dipergunakan ...................................................................... 12

2.3 Ganeva Mechanism ...................................................... 13

xiv

2.3.1 Sejarah Ganeva Mechanism ............................... 13

2.3.2 Rumus Penentuan Ukuran Geometrik Ganeva

Driven dan Ganeva Drive ................................... 14

2.3.3 Cara Kerja, Penentuan Jumlah Slot Ganeva

Mechanism, dan Pin Indexing. ........................... 15

2.4 Macam-Macam Momen Inersia. ................................ 17

2.5 Cam Mechanism .......................................................... 18

2.5.1 Cylindrical Cam .................................................. 18

2.6 Bantalan/Bearing ......................................................... 20

BAB III METODOLOGI ........................................................ 23

3.1 Tahapan-Tahapan Penelitian ..................................... 23

3.1.1 Studi Pustaka dan Lapangan ............................... 23

3.1.2 Kajian Produk Existing ....................................... 23

3.1.3 Pengembangan Mesin Filling dan Capping untuk

skala UKM .......................................................... 23

3.1.4 Pemilihan Specifikasi Komponen Mesin Filling

dan Capping yang akan Digabungkan serta

Penentuan Kapasitas Mesin, Waktu Kerja Ganeva

Mechanism dan Cylindrical Cam. ...................... 24

3.1.5 Perancangan Sistem Mekanis dan Ukuran

Geometris Ganeva Mechanism, Pemegang Botol,

Alas Botol, Ukuran Poros, dan Cylindrical Cam.24

3.1.6 Analisa dan Perancangan Daya Motor berdasarkan

Momen Inersia, Momen Gesek, dan Gaya Angkat

Sistem. ................................................................ 24

3.1.7 Pemilihan Motor yang ada di Pasaran ................ 25

xv

3.1.8 Penentuan Ukuran Geometris Detail Ganeva Drive

dan Driven, serta Perancangan dan Analisis

Kegagalan Pin ..................................................... 25

3.1.9 Perakitan Poros, Ganeva Mechanism, Cylindrical

Cam, Rangka Mesin, Pemegang Botol, Alas Botol,

dan Komponen Lain Dalam Satu Kesatuan

Utuh. .................................................................... 25

3.1.10 Evaluasi Fungsi Mesin Penggabung Komponen

Filling dan Capping dalam Satu Kesatuan. ......... 25

3.1.11 Kesimpulan dan Saran ........................................ 25

3.2 Diagram Alir Penelitian ............................................... 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................. 29

4.1 Skema Rancangan Mesin Semiotomatis Filling and

Capping Vitran Beverages ............................................ 29

4.2 Penentuan Kapasitas Mesin serta Waktu Kerja

Ganeva Mechanism dan Cylindrical Cam ................. 30

4.3 Perancangan Ganeva Mechanism ............................... 31

4.4 Perancangan Pemegang Botol ..................................... 33

4.5 Perancangan Alas Botol ............................................... 33

4.6 Perancangan Cylindrical Cam .................................... 34

4.7 Perancangan Daya Motor ............................................ 35

4.8 Analisis Reduksi Motor dari 60 rpm ke 20 rpm ........ 47

4.9 Perancangan Pin Indexing ........................................... 50

4.10 Perancangan Detail Ukuran Geometris Ganeva

Mechanism .................................................................... 52

4.11 Analisis Bantalan (Bearing) untuk Poros 1 dan

Poros 2 ........................................................................... 53

xvi

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................... 57

5.1 Kesimpulan ..................................................................... 57

5.2 Saran ................................................................................ 58

DAFTAR PUSTAKA ............................................................... xxi

LAMPIRAN TABEL PROPERTIES MATERIAL ............ xxiii

LAMPIRAN GAMBAR SKEMA MESIN .......................... xxvii

LAMPIRAN GAMBAR TEKNIK TIAP KOMPONEN..... xxix

LAMPIRAN FOTO PROTOTYPE ..................................... xxxv

BIODATA PENULIS .......................................................... xxxvii

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Instalasi Mesin Filling, Conveyor dan Mesin

Capping ......................................................................................... 2 Gambar 1. 2 P Gambar Desain Rancangan Kasar Mesin

‘Semiotomatis Filling and Capping Vitran Beverages’ ................ 3 Gambar 2. 1 Mesin Filling Minuman Botol ................................ 7 Gambar 2. 2 Mesin Filling Cairan Portable ................................ 9 Gambar 2. 3 Mesin Capping Botol Otomatis ............................ 10 Gambar 2. 4 Mesin Capping Tutup Botol Portable ................... 12 Gambar 2. 5 Ganeva Mechanism .............................................. 14 Gambar 2. 6 Ganeva Driven dan Ganeva Drive ....................... 14 Gambar 2. 7 Diagram Desain Ganeva Wheel ............................ 16 Gambar 2. 8 Cylindrical Cam Mechanism ................................ 19 Gambar 2. 9 Diagram Cylindrical Cam Mechanism ................. 20 Gambar 2. 10 Bagian-Bagian Bearing ...................................... 20 Gambar 4. 1 Skema Rancangan Mesin Semiotomatis Filling and

Capping ....................................................................................... 29 Gambar 4. 2 Sudut Putaran Wheel Proper ................................ 31 Gambar 4. 3 Diagram Ganeva Wheel ........................................ 32 Gambar 4. 4 Pemegang Botol .................................................... 33 Gambar 4. 5 Alas Botol ............................................................ 33 Gambar 4. 6 Grafik Perancangan Cylindrical Cam ................... 34 Gambar 4. 7 Diagram Lingkaran Cylindrical Cam ................... 34 Gambar 4. 8 Volume Pemegang Botol ...................................... 35 Gambar 4. 9 Volume Alas Botol ............................................... 36 Gambar 4. 10 Volume Ganeva Drive ........................................ 37 Gambar 4. 11 Volume Ganeva Driven ...................................... 38 Gambar 4. 12 Free Body Diagram Poros 1 dan 2 ...................... 40 Gambar 4. 13 Volume Poros Pemutar 2 .................................... 41 Gambar 4. 14 Diagram Momen dan Diagram Geser Poros 1

dan 2 ............................................................................................ 42 Gambar 4. 15 Volume Cylindrical Cam .................................... 42

xviii

Gambar 4. 16 Free Body Diagram Torsi yang Dibutuhkan ...... 44 Gambar 4. 17 Motor DC 20 RPM, 12 V ................................... 46 Gambar 4. 18 Motor AC 60 rpm ............................................... 47 Gambar 4. 19 Pin Indexing ....................................................... 51 Gambar 4. 20 Ukuran Geometris Pin Indexing ......................... 52 Gambar 4. 21 Skema Ganeva Drive dan Ganeva Driven ......... 52 Gambar 4. 22 Analisis Bantalan Poros 1 .................................. 54

xix

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Macam – Macam Momen Inersia .......................... 17

xx


1

BAB I

PENDAHULAN

1.1 Latar Belakang

Vitran Beverages adalah suatu industri UMKM

minuman sari buah, teh dan susu dalam kemasan yang

didirikan oleh seorang mahasiswa S1 teknik mesin ITS yang

telah konsisten berjalan sejak tahun 2014, di tengah perjalanan

bisnisnya usaha ini mengalami kendala bahwa proses produksi

minuman dalam kemasan botol memerlukan waktu produksi

yang lama yaitu dalam kurun waktu satu menit hanya

menghasilkan satu botol minuman dalam kemasan, dan dalam

waktu satu jam menghasilkan 60 botol. Sehingga produk dari

usaha ini tidak bisa memenuhi permintaan pasar secara meluas

dan merata yang mengakitabatkan persebaran produk

minuman ini terhambat. Hal ini disebabkan karena proses

produksi pengemasan minuman masih di lakukan secara

manual dengan tenaga manusia. Hanya saja proses produksi

pengawetannya menggunakan mesin pasteurisasi.

Oleh karena itu diperlukan suatu mesin untuk

memperlancar dan mempercepat proses produksi agar bisa

menghasilkan produk yang berkualitas dalam waktu produksi

yang cepat dan tepat sesuai dengan target perusahaan.

Sehingga produk minuman dalam kemasan tersebut bisa

memenuhi permintaan pasar yang luas sampai kepelosok

nusantara bahkan sampai Internasional. Untuk mempercepat

proses pengemasan tersebut terdapat tiga buah mesin

pengemas minuman botol yang wajib dimiliki yaitu Mesin

Filling, Konveyor, dan Mesin Capping. Yang mana Mesin

Filling Minuman dalam botol berfungsi memasukkan cairan

minuman yang sudah diolah dari mesin pasteurisasi yang

menghasilkan cairan minuman sari buah dengan suhu 78oC

yang kemudian langsung dimasukkan dalam botol, kemudian

dibawa oleh Mesin Konveyor menuju ke Mesin Capping yang

berfungsi untuk menutup botol tersebut secara otomatis.

2

Tetapi sangat disayangkan sekali bahwa harga dari setiap

mesin tersebut sangat mahal bisa mencapai milyaran rupiah

dan memperlukan daya listrik yang sangat besar sehingga

mesin pengemas minuman tersebut sangat tidak cocok

digunakan oleh industry UKM yang sedang berkembang.

Gambar 1.1 Instalasi Mesin Filling, Conveyor dan Mesin

Capping.

Oleh karena itu pada tugas akhir ini Penulis berusaha

melakukan eksperimen menciptakan suatu mesin inovasi

terbaru yang cocok dipergunakan oleh Industri UKM. Mesin

ini menggabungkan ketiga fungsi dari mesin filling, conveyor,

dan mesin cupping menjadi satu kesatuan, berdaya listrik

rendah, hemat space tempat, bisa memproduksi 600 botol per

jam.

3

Penulis akan mendesain, memodelkan dan membangun

sistem mekanis yang menggabungkan kinerja dari mesin Filling,

Konveyor dan Cupping. Mesin akan melakukan proses pemegang

botol kosong yang kemudian diarahkan menuju mesin pengisi

minuman (Filling) dan penutup minuman (Cupping), yang

dikerjakan secara bersamaan. Perancangan sistem mekanis mesin

ini menggunakan gabungan Ganeva Mechanism dan Cylindrical

Cam.

Ganeva Mechanism adalah mekanisme yang umum

digunakan untuk menghasilkan gerakan putar intermiten dari

kecepatan input yang seragam. Bagian yang digerakkan, atau

roda bintang, berisi slot jarak merata di mana rol dari roda

kemudi masuk. Jumlah slot menentukan rasio antara diam

(stasioner) dan periode gerak poros yang digerakkan. Mekanisme

ini memerlukan minimal tiga slot untuk difungsikan dan slot

tambahan dapat ditambahkan. Sedangkan Cylindrical Cam

digunakan untuk menghasilkan gerakan naik turun mesin.

Gambar 1.2 Gambar Desain Rancangan Kasar Mesin

‘Semiotomatis Filling and Cupping Vitran Beverages’

[Lika Dian Fitranto, 2017]

4

1.2 Rumusan Masalah

Untuk merancang dan membuat gabungan dari mesin

filling dan capping yang mana sistemnya menggunakan gavena

mechanism dan di targetkan menghasilkan output produk ±600

botol perjam, maka perumusan dalam tugas akhir ini adalah

sebagai berikut:

1. Bagaimana menentukan dan merancang penggabungan sistem

ganeva mechanism dan cylindrical cam, yang dirancang untuk

bergerak naik vertical kemudian diam (stasioner sejenak) lalu

turun dan berputar horizontal kemudian diam (stasioner sejenak)

2. Bagaimana menselaraskan pergerakan system ganeva mechanism

dan cylindrical cam dengan kerja mesin filling dan mesin

capping.

3. Bagaimana menentukan jumlah slot ganeva, ukuran geometris

ganeva driven, ganeva drive dan cylindrical cam agar mesin ini

memiliki kecepatan produksi 600 botol per jam.

1.3 Batasan Masalah

Agar perancangan yang dilakukan lebih fokus, maka

perlu di berikan beberapa batasan permasalahan antara lain :

1 Material yang dipakai untuk pembuatan mesin ini dari akrilic

dan poros dari bahan alloy cast iron.

2 Merancang dan membahas alat penggabung mesin filling dan

capping dengan menggunakan system ganeva mechanism

dan cylindrical cam.

3 Analisis kinerja komponen alat filling dan komponen alat

capping dirujuk dari yang ada dipasaran.

4 Lingkaran mesin penggabung mesin filling dan capping ini

memiliki kapasitas memegang botol sebanyak 3 botol dan

mampu berputar 120o

dengan menggunakan ganeva

mechanism.

5 Rancang bangun system mekanik di wujudkan dalam bentuk

prototype.

5

1.4 Tujuan Perancangan

Adapun tujuan dari penyusunan Tugas Akhir ini adalah :

Tujuan Umum :

Menghasilkan Gabungan Mesin Filling dan Capping

berdaya listrik rendah, cocok digunakan untuk UKM

minuman botol dalam kemasan yang menghasilkan 600

botol perjam,

Tujuan Khusus :

Merancang pengabungan mesin filling dan capping

minuman botol menggunakan perpaduan dari sistem

mekanis apa saja, yang menggunakan daya listrik rendah,

dan memiliki kemampuan produksi 600 botol per jam.

Menentukan waktu satu proses produksi untuk

menghasilkan satu botol minuman 400 ml yang sudah di isi

dan di tutup, dan juga memiliki kecepatan kapasitas 600

botol/jam.

Menentukan kecepatan putar alat, diameter pemegang botol,

jumlah botol yang bisa dipegang, ukuran geometris ganeva

drive dan ganeva driven, jumlah slot ganeva driven dan

perancangan cylindrical cam agar bisa bergerak sejalan

dengan ganeva dalam satu poros.

Menentukan daya yang digunakan alat ini.

Memenuhi persyaratan kelulusan kurikulum pendidikan di

Jurusan Teknik Mesin ITS.

6


7

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Mesin Filling

2.1.1 Pengertian Mesin Filling Botol

Gambar 2.1 Mesin Filling Minuman Botol [Wenzhou Zhonghuan

Packaging Machinery Co., Ltd, 2015]

Mesin Filling Botol atau Mesin Pengisi Botol adalah

sebuah alat yang berfungsi untuk mengisi botol dengan cairan

(produk). Alat Pengisi Botol juga berfungsi untuk mensterilkan

botol yang akan diisi cairan. Kemudian setelah terisi cairan,

botol tersebut akan segera dicapping (ditutup sangat rapat)

dengan tutup yang tersedia.

Alat ini dibuat untuk mempermudah proses pengisian

cairan pada suatu unit mesin pengisi cairan di industri yang

bekerja secara otomatis. Manfaat dari alat ini adalah dapat

mempercepat proses produksi dan dapat menghemat biaya

produksi karena semua proses dilakukan secara otomatis tanpa

membutuhkan banyak operator.

8

Mesin filling botol biasa di gunakan oleh perusahaan

pembuat minuman botol dengan sistem otomatis yang di

jalankan agar mempermudah proses produksi. Filling atau

pengisian cairan pada botol, seringkali menjadi salah satu

kegiatan yang sangat membosankan dan seringkali terjadi

tumpah karena kepala botol yang kecil hingga akhirnya banyak

sekali pengusaha yang merugi akibat proses filling yang

manual.

Tapi dengan mesin filling botol otomatis semua proses

filling akan berjalan cepat dan otomatis. Dengan batas

pengisian 1 – 10ml, 20 – 160ml, 30 – 200ml dan kecepatan 20 –

60 Bottles/ Min membuat proses filling botol lebih cepat dan

higienis. Mesin Filling Botol Otomatis atau Mesin Botol Filling

ini sangat cocok sebagai pengisian syrup Obat, Pengisian Syrup

Buah, Pengisian Handbody,dan proses filling cairan minuman

lain nya.

Mesin Pengisi Botol mempunyai tingkat akurasi

pengisian yang sangat presisi, yakni 99 % dan tingkat

kemelesetan ± 1 %, Dengan begitu proses pengisian produk

anda yang berupa cairan ke botol akan lebih efektif dan efisien

tentunya.

Penyeterilan botol menggunakan teknologi Ultraviolet,

yang terkenal kehebatanya dalam mendeteksi zat zat berbahaya,

sekaligus mensterilkan botol tersebut. Mesin Pengisi

Botol dapat diaplikasikan untuk pengisian produk cairan seperti

minyak goreng, madu, herbal, kecap, dan produk cairan lainnya.

Hasil yang diperoleh dengan menggunakan alat ini

dapat digunakan untuk mengisi cairan secara otomatis pada

suatu bejana di atas konveyor dengan volume tertentu. Volume

cairan yang diisikan ke dalam bejana dapat diatur melalui

pensettingan software dan hardware pada unit pengisi cairan

2.1.2 Spesifikasi Mesin Filling Portable yang Digunakan

Mesin ini mengadopsi 304 stainless steel berkualitas

tinggi, pemrosesan pemotongan laser, bagian atas pemasangan

pegangan stainless steel, atmosfer high-end yang lebih

9

signifikan. Pemilihan pompa isap sendiri merek terkenal dalam

negeri, semua motor inti tembaga, untuk memastikan

pengoperasian mesin yang stabil jangka panjang. Taiwan

Mingwei diimpor MCU controller, power, food grade silicone

tube dan check valve. Produsen komponen ini dengan hati-hati

memilih bahan untuk membuat setiap bagian mesin.

Gambar 2.2 Mesin Filling Cairan Portable

fitur:

( 1 ) Impor single-chip kontrol mikro , efisiensi tinggi , konsumsi

daya yang rendah ;

( 2 ) fungsi hitung otomatis , efektif mengontrol kuantitas ;

( 3 ) display LCD , sangat mudah dioperasikan ;

( 4 ) akurasi tinggi , kinerja bekerja stabil dan dapat digunakan

untuk waktu yang lama ;

( 5 ) Dapat menyedot cairan ;

( 6 ) Pompa dapat digunakan pada konsentrasi sedang untuk asam

dan alkali.

( 7 ) desain Antinetes ;

( 8 ) desain yang standar potable , terbuat dari stainless steel ,

memenuhi persyaratan GMP .

10

Parameter teknis:

Model: GFK – 160

Voltage : 220V

Power: 30W

Max. Tingkat aliran : 250 ml/3 detik

Time Delay : 3 detik

Max. Jarak Sedot : 2m

Kecepatan Mengisi : 5-30 botol / min

Range: 5ml – 3500ml

Fungsi Anti- menetes : Tersedia

Fungsi Memori : Tersedia

Keseluruhan Ukuran : 400 * 380 * 200mm

Berat Bersih: 5.5kg

Berat kotor: 7kg

2.2 Mesin Capping

2.2.1 Pengertian Mesin Capping Minuman

Gambar 2.3 Mesin Capping Botol Otomatis [Google, 2014]

Mesin Capping atau Alat Penutup Botol adalah sebuah

alat yang berfungsi untuk menutup berbagai jenis botol dan

11

berbagai jenis bahan penutup botol menyegel kemasan berupa

botol, baik botol kaca maupun botol plastik. Alat ini digunakan

pada logam ulir dan tutup plastik untuk jenis air mineral. Botol

plastik dan botol kaca adalah salah satu kemasan yang cocok

untuk produk berbentuk cairan. Banyak jenis produk

menggunakan botol, mulai produk kebutuhan dapur, kecap, saos

cuka. Kosmetik, deterjen cair, minyak sawit, minuman ringan,

air mineral dan lain-lain.

Segel tutup botol menjadi hal sangat penting dalam

sebuah industri makanan , minuman, ataupun industri lainnya.

Fungsi tutup botol sendiri adalah supaya cairan tertutup rapat

dan tidak mudah untuk tumpah. Pada tutup botol biasanya

dilengkapi dengan segel dan plastik yang fungsinya sendiri

adalah untuk keaslian yang menerangkan bahwa produk

tersebut terlindung dan merupakan syarat dari standarisasi

produk dari pabrik.

Mesin capping ini ini difungsikan khusus untuk proses

penutupan botol, sangat berguna bagi anda sehingga anda tidak

perlu lagi melakukan proses penutupan botol secara manual.

Alat Penutup Botol bekerja dengan cara menutup botol dengan

tutup yang telah disediakan kemudian menyegelnya dengan

sangat kuat dan rapat.

Alat Penutup Botol sangat bermanfaat bagi industri

minuman (produk cair) yang membutuhkan penutupan

sekaligus penyegelan pada botolnya. Mesin ini dapat digunakan

untuk menutup berbagai macam jenis botol diantaranya botol

plastik, botol beling, dengan berbagai macam jenis penutup

seperti penutup berbahan plastik, seng, kawat dan ulir.

Alat Penutup Botol menggunakan teknik tekanan untuk

mendorong tutup logam (metal) atau plastik pada bibir botol,

proses penyegelan yang ketat sangat dianjurkan sebelum

minuman siap untuk dikonsumsi.

Dengan berbagai macam produk yang ditawarkan mesin

penutup botol yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan, dalam

pengertian dapat diatur ketinggian botol dan juga besaran

12

diameter mulut botol, selain itu dapat diaplikasikan ke segala

bentuk dan jenis botol dan penutup botol

2.2.2 Spesifikasi Mesin Capping Portable yang Dipergunakan

Mesin ini hanya untuk menutup botol plastik, cap

diameternya 10-50 mm, memiliki kecepatan capping atau

menutup botol 30-90 botol per menit. Daya listriknya hemat

hanya 60 watt dengan kecepatan 220 Volt, setelah ditimbang

mesin ini memiliki berat 1,5 kg sehingga portable untuk di

gabungkan atau dirakit dengan mesin lain, dimensi mesinnya

hanya 300x70x70 mm. Meski ukurannya dan bobotnya yang

kecil namun bisa membuat tutup botol semakin rapi dan

menjadikan produk minuman kemasan makin berkualitas.

Untuk torsinya hanya 50 hingga 25 kg. Saat tutup botol

telah menutup sampai rapat, mesin secara otomatis akan berhenti.

Cara menggunakannya mudah cukup menempelkan mesin

capping pada tutup botol yang sudah tertempel pada botol.

Kemudian menghidupkan mesin maka hanya dalam hitungan

menit maka tutup akan tertempel. Dan isi cairan dalam botol

tidak akan tumpah.

Gambar 2.4 Cupping portable [sammipack.com, 2017]

13

Specifikasi :

• Application: Beverage, Chemical, Commodity, Food,

Machinery & Hardware, Medical

• Automatic Grade: Semi-Automatic

• Voltage: 220V /110V 50/ 60Hz

• Power: 50W

• Packaging Type: Bottles

• Place of Origin: Jiangsu, China (Mainland)

• Dimension(L*W*H): 70*70*300mm

• Weight: 0.6 kg/1.1 kg(with the cap)

• Capping speed: About 30-90 bottles /min

• Capping scope: 10-50mm

• Host size: 70*70*300mm

• Size of power supply: 125*80*60mm

2.3 Ganeva Mechanism

2.3.1 Sejarah Ganeva Mechanism

Mekanisme Jenewa pada awalnya ditemukan oleh

pembuat jam. Pembuat jam tangan hanya memasukkan

sejumlah slot di salah satu disk yang berputar sehingga sistem

hanya bisa melewati begitu banyak rotasi. Hal ini mencegah

pegas pada jam tangan dari luka yang terlalu ketat, sehingga

memberi nama mekanis yang lain, yaitu Geneva Stop. Geneva

Stop dimasukkan ke dalam banyak proyektor film pertama yang

digunakan di bioskop. Dalam Desain Optimal Elemen Mekanik,

Ray C. Johnson membuat banyak referensi tentang penggunaan

mekanisme Jenewa untuk memberikan gerakan intermiten ban

berjalan dari "rekaman rekaman film". Dia juga membahas

beberapa kelemahan dalam mekanisme Jenewa. Misalnya,

untuk setiap putaran gigi Jenewa (slotted), poros penggerak

harus membuat rotasi lengkap. Jadi untuk kecepatan yang

sangat tinggi, poros penggerak bisa mulai bergetar. Masalah

lain adalah keausan, yang terpusat pada pin drive. Akhirnya,

14

perancang tidak memiliki kontrol atas percepatan yang akan

dihasilkan oleh mekanisme Jenewa.

Selain itu, mekanisme Jenewa akan selalu mengalami

serangan balik kecil, yang menghentikan gigi slotted. Reaksi

balik ini mencegah gerak pasti yang terkontrol. (Gambar di

sebelah kiri dari Desain Optimal Unsur Mekanik)

Gambar 2.5 Ganeva Mechanism

2.3.2 Rumus Penentuan Ukuran Geometrik Ganeva Driven dan

Ganeva Drive

Gambar 2.6 Ganeva Driven dan Ganeva Drive

15

2.3.3 Cara Kerja, Penentuan Jumlah Slot Ganeva Mechanism,

dan Pin Indexing.

Cara kerja dari mekanisme ini adalah menggunakan

driver yang dikopel dengan motor berputaran konstan, yang

oleh wheel proper dengan jumlah slot tertentu, output dari

motor tersebut akan berupa putaran yang intermitten.

Untuk merencanakan ganeva driven, yang pertama harus

diketahui adalah banyaknya slot atau alur (Z) yang diinginkan,

juga kecepatan putar ganeva driven (n) yang direncanakan,

namun harus diingat bahwa jumlah slot minimum untuk ganeva

driven adalah tiga. Untuk jumlah slot dapat ditentukan dengan

persamaan :

…………………..2.1

Dimana :

ti = waktu indexting

ttot= waktu total

z = Jumlah slot

16

Gambar 2.7 Diagram Desain Ganeva driven

Mencari sudut α dan β

α = 180°

𝑧 dan β =

180°

2 – α ………………2.2

Perhitungan jari-jari driver dan driven

a = jari – jari driver

a = c sin 𝛼

b = jari – jari driven

b = c sin β

Perhitungan Putaran Driver

ωw =

𝜔.𝜆

1−𝜆 ………………….2.3

Dimana :

ωw : kecepatan angular ganeva driven

ω : Kecepatan angular driver

λ : a/c

Untuk merencanakan diameter pin indexing

menggunakan rumus :

0,8 𝑆𝑦𝑝

𝑁 ≥

6𝐹𝑥𝑠

𝜋𝑑3 ……………..2.4

.

17

2.4 Macam-Macam Momen Inersia.

Momen inersia (Satuan SI : kg m2) adalah ukuran

kelembaman suatu benda untuk berotasi terhadap porosnya.

Besaran ini adalah analog rotasi daripada massa. Momen inersia

berperan dalam dinamika rotasi seperti massa dalam dinamika

dasar, dan menentukan hubungan antara momentum

sudut dan kecepatan sudut, momen gaya dan percepatan sudut,

dan beberapa besaran lain.

Meskipun pembahasan skalar terhadap momen inersia,

pembahasan menggunakanpendekatan tensor memungkinkan

analisis sistem yang lebih rumit seperti gerakan giroskopik.

Berikut ini adalah macam-macam momen inersia yang akan di

pergunakan dalam rancang bangun mesin ini :

Tabel 2.1 Macam – Macam Momen Inersia

https://id.wikipedia.org/wiki/SI

https://id.wikipedia.org/wiki/Rotasi

https://id.wikipedia.org/wiki/Massa

https://id.wikipedia.org/wiki/Momentum_sudut

https://id.wikipedia.org/wiki/Momentum_sudut

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Momen_gaya&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/wiki/Percepatan_sudut

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Besaran_skalar&action=edit&redlink=1

https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Tensor&action=edit&redlink=1

18

Momen inersia di atas akan kita gunakan untuk

perancangan dalam menentukan daya motor yang akan

digunakan pada mesin ini.

2.5 Cam Mechanism

Cam Mechanism dapat diartikan seperti transformasi

salah satu gerakan sederhana, seperti rotasi, ke dalam gerakan

lain seringkali dicapai dengan mudah melalui mekanisme cam.

Mekanisme cam biasanya terdiri dari dua elemen yang bergerak

yaitu cam dan follower atau pengikut, yang dipasang pada

bingkai tetap. Perangkat cam serbaguna, dan hampir semua

gerakan yang ditentukan sewenang-wenang dapat diperoleh.

Dalam beberapa kasus, mereka menawarkan cara yang paling

sederhana dan paling kompak untuk mengubah gerakan.

Cam Mechanism dapat didefinisikan sebagai elemen

mesin yang memiliki garis melengkung atau alur melengkung,

dengan gerakan osilasi atau rotasi, memberikan gerakan tertentu

yang telah ditentukan ke elemen lain yang disebut pengikut.

Cam memiliki fungsi yang sangat penting dalam pengoperasian

banyak mesin, terutama yang dari jenis otomatis, seperti mesin

cetak, mesin sepatu, mesin tekstil, mesin pemotong gigi, dan

mesin sekrup. Dalam setiap mesin di mana kontrol otomatis dan

waktu yang akurat sangat penting, cam adalah bagian

mekanisme yang sangat diperlukan. Aplikasi Cams yang

mungkin tidak terbatas, dan bentuknya banyak terjadi. Tetapi

dalam Tugas akhir ini. kita akan menggunakan Cylindrical

Cam.

2.5.1 Cylindrical Cam

Cam silinder atau cam barel adalah cam di mana

pengikut (follower) naik di permukaan silinder. Pada tipe yang

paling umum, pengikut naik dalam alur memotong ke

permukaan silinder. Cams ini pada prinsipnya digunakan untuk

mengubah gerak rotasi menjadi gerakan linier sejajar dengan

sumbu rotasi silinder. Sebuah silinder mungkin memiliki

beberapa alur yang dipotong ke permukaan dan mendorong

beberapa pengikut. Cylindrical cams dapat memberikan gerakan

19

yang melibatkan lebih dari satu rotasi silinder dan umumnya

memberikan posisi positif, menghilangkan kebutuhan akan

pegas atau ketentuan lainnya untuk menjaga agar pengikut tetap

berhubungan dengan permukaan kontrol.

Gambar 2.8 Cylindrical Cam Mechanism

Aplikasi meliputi drive alat mesin, seperti gergaji reciprocating,

dan shift control barrel dalam transmisi sekuensial, seperti pada

kebanyakan sepeda motor modern.

Sebuah kasus khusus cam ini adalah lead konstan,

dimana posisi follower linier dengan rotasi, seperti pada sekrup

timah. Tujuan dan detail penerapannya mempengaruhi apakah

aplikasi ini disebut cam atau thread ulir, namun dalam beberapa

kasus, nomenklaturnya mungkin ambigu.

Cylindrical cams juga dapat digunakan untuk referensi

output ke dua input, di mana satu input adalah rotasi silinder,

dan yang kedua adalah posisi pengikut secara aksial di

sepanjang cam. Keluarnya radial ke silinder. Ini pernah umum

terjadi pada fungsi khusus dalam sistem kontrol, seperti

mekanisme pengendalian kebakaran untuk senjata di kapal

angkatan laut dan komputer analog mekanis.

Contoh cam silinder dengan dua masukan disediakan

oleh mesin bubut duplikat, contohnya adalah tangkai kapak

Klotz yang menangani bubut, yang memotong tangkai kapak ke

bentuk yang dikendalikan oleh pola yang berfungsi sebagai cam

untuk mekanisme bubut.

20

Gambar 2.9 Diagram Cylindrical Cam Mechanism

2.6 Bantalan/Bearing

Bearing dalam Bahasa

Indonesia berarti bantalan.

Dalam ilmu mekanika bearing

adalah sebuah elemen mesin

yang berfungsi untuk

membatasi gerak relatif antara

dua atau lebih komponen mesin

agar selalu bergerak pada arah

yang diinginkan. Bearing

menjaga poros (shaft) agar

selalu berputar terhadap sumbu

porosnya, atau juga menjaga suatu komponen yang bergerak

linier agar selalu berada pada jalurnya.

Bantalan merupakan salah satu bagian dari elemen mesin

yang memegang peranan cukup penting karena fungsi dari

bantalan yaitu untuk menumpu sebuah poros agar poros dapat

berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan. Bantalan

21

harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta elemen mesin

lainnya bekerja dengan baik.

Bearing atau laher adalah komponen sebagai bantalan

untuk membantu mengurangi gesekan peralatan berputar pada

poros/as. Bearing atau laher ini biasanya berbentuk bulat.

Bearing di mobil dipasang pada as roda dan ditempat-tempat

yang berputar lainnya.

Tujuan dari bantaran balock untuk mengurangi gesekan

rotasi dan mendukung radial dan aksial beban.

Untuk menghitung beban ekuivalen, digunakan

persamaan :

P = x.v.Fr + y. Fa………………………2.4

Dan jika pada titik tersebut tidak bekerja gaya aksial, Fa

maka untuk menghitung beban ekuivalen, digunakan persamaan :

P = v.Fr ……….……………………….2.5

Dimana :

P = beban ekuivalen (lb)

Fr = gaya adial yang diterima bantalan (lb)

Fa = gaya aksial yang diterima bantalan (lb)

v = factor rotasi (1,0 untuk ring dalam berotasi dan 1,2

untuk ring luar yang berotasi

x = factor beban radial, gunakan table A.23 pada

lampiran Tabel.

y = factor beban aksial, gunakan table A.23 pada

lampiran Tabel

22


23

BAB III

METODOLOGI

3.1 Tahapan-Tahapan Penelitian

Agar penelitian ini lebih terarah maka di susunlah tahapan-

tahapan penelitian sebagai berikut :

3.1.1 Studi Pustaka dan Lapangan

Studi pustaka ini dilakukan sebagai tahap awal dan juga

sebagai landasan materi dengan mempelajari beberapa buku,

ebook, artikel, jurnal yang ada kaitannya dengan proses

pembuatan dari suatu produk dan pengembangan mekanisme

gerak mesin yang bergerak naik turun searah dengan gerakan

keluarnya cairan minuman oleh mesin filling dan gerakan mesin

capping dalam menutup botol.

3.1.2 Kajian Produk Existing

Mengamati dan mempelajari sistem gerak dari mesin

filling dan capping, yang mencakup spesifikasi mesin filling dan

capping yang akan di pergunakan sebagai komponen yang akan

di gabungkan. Yang mana kinerja keluar nya cairan minuman dan

gerak berputarnya alat penutup botol tersebut harus sejalan

dengan gerakan sistem ganeva mechanism yang di pergunakan

untuk menyatukan alat tersebut.

3.1.3 Pengembangan Mesin Filling dan Capping untuk skala

UKM

Berdasarkan atas hasil studi pustaka, dan kajian produk

existing, akan dikembangkann suatu gabungan mesin filling dan

capping yang berbentuk circle yang dapat bekerja semiotomatis

tanpa menggunakan conveyor, berdaya listrik rendah kurang dari

40 watt, memiliki kecepatan produksi 600 botol per jam, ukuran

mesin tidak terlalu besar dengan ukuran maximal 1x1 meter2.

Yang mana mesin ini sangat cocok sekali dipergunakan oleh

industri UKM

24

3.1.4 Pemilihan Spesifikasi Komponen Mesin Filling dan

Capping yang akan Digabungkan serta Penentuan

Kapasitas Mesin, Waktu Kerja Ganeva Mechanism dan

Cylindrical Cam.

Pemilihan spesifikasi komponen mesin filling dan capping

adalah memilih komponen filling dan capping yang memiliki

kinerja yang seragam, berdaya listrik rendah, ukuran komponen

portable dan memiliki berat maksimum 1,5 kg, setelah kita

ketahui spesifikasi komponen yang digunakan kemudian kita bisa

menentukan kapasitas kerja mesin, waktu kerja ganeva

mechanism dan cylindrical cam.

3.1.5 Perancangan Sistem Mekanis dan Ukuran Geometris

Ganeva Mechanism, Pemegang Botol, Alas Botol, Ukuran

Poros, dan Cylindrical Cam.

Setelah kapasitas kerja mesin, waktu kerja ganeva

mechanism dan cylindrical cam ditentukan kemudian kita akan

menentukan sistem mekanis putaran wheel proper/ganeva driven

dan putaran driver, ukuran geometris ganeva mechanism,

termasuk jumlah slot, panjang slot, diameter ganeva drive dan

driven, menentukan ukuran sudut cylindrical cam agar gerak

antara cylindrical cam dan ganeva mechanism dapat bergerak

selaras dalam satu poros.

3.1.6 Analisa dan Perancangan Daya Motor berdasarkan Momen

Inersia, Momen Gesek, dan Gaya Angkat Sistem.

Setelah Perancangan sistem mekanis , ukuran geometris

ganeva mechanism, pemegang botol, alas botol, ukuran poros dan

ukuran cylindrical cam di ketahui maka langkah selanjutnya

adalah menganalisa dan merancang daya motor untuk

menggerakan seluruh komponen mechanism. Perhitungan daya

pada sistem yang kita rencanakan adalah untuk mengatasi momen

torsi akibat inersia (yang di butuhkan saat start) dan momen torsi

akibat gesekan pada sistem (dibutuhkan ketika berputar) serta

25

gaya angkat terjadi untuk mengangkat dua botol yang terisi air

penuh dan berat struktur mekanis yang di angkat.

3.1.7 Pemilihan Motor yang ada di Pasaran

Setelah daya motor kita dapatkan maka langkah

selanjutnya adalah memilih motor yang dijual dipasaran yang

sesuai dengan daya dan putaran (rpm) dari mesin yang kita buat.

Jika menggunakan motor DC yang rpmnya sesuai maka tidak

perlu ada transmisi, tetapi jika menggunakan motor AC dan rpm

nya tidak sesuai maka perlu dilakukan analisa reduksi motor.

3.1.8 Penentuan Ukuran Geometris Detail Ganeva Drive dan

Driven, serta Perancangan dan Analisis Kegagalan Pin

Sebelum kita memotong acrilic menjadi komponen-

komponen mesin menggunakan mesin laser maka kita tentukan

ukuran detail dahulu disetiap komponen.

3.1.9 Perakitan Poros, Ganeva Mechanism, Cylindrical Cam,

Rangka Mesin, Pemegang Botol, Alas Botol, dan

Komponen Lain Dalam Satu Kesatuan Utuh.

Setelah semua komponen dibuat selanjutnya kita

merakit semua komponen dalam satu kesatuan utuh.

3.1.10 Evaluasi Fungsi Mesin Penggabung Komponen Filling dan

Capping dalam Satu Kesatuan.

Uji fungsi yang dimaksut adalah uji pergerakan mesin

yang mengarahkan botol ke pemegang mesin filling dan

capping, uji kecepatan produksi, dan masing-masing komponen

dapat bergerak sesuai dengan yang dirancangkan atau tidak.

3.1.11 Kesimpulan dan Saran

Kemudian setelah evaluasi dan mesin berhasil dibuat

maka disusun kesimpulan. Kesimpulan mencakup hasil

perancangan mesin yang sudah dibuat. Dan juga disusun saran

untuk pengembangan mesin ini dan cara pengoperasiannya.

26

3.2 Diagram Alir Penelitian

Untuk menjelaskan langkah – langkah penelitian agar

lebih sistematis, maka dibuat diagram alir penelitian, seperti

gambar 3.1 di bawah ini :

Pemilihan Spesifikasi Komponen

Mesin Filling dan Capping yang akan Digabungkan

serta Penentuan Kapasitas Mesin, Waktu Kerja

Ganeva Mechanism dan Cylindrical Cam

A

Studi Pustaka dan Lapangan

Kajian Produk Existing

Pengembangan Mesin Filling dan Capping untuk skala UKM

Perancangan Sistem Mekanis dan Ukuran

Geometris Ganeva Mechanism, Pemegang Botol,

Alas Botol, Ukuran Poros dan Cylindrical Cam

Mulai

27

Pemilihan Motor yang ada di Pasaran

Penentuan Ukuran Geometris Detail Ganeva Drive dan

Driven, serta Perancangan dan Analisis Kegagalan Pin

Indexing

Evaluasi Fungsi Mesin Penggabung komponen Filling

dan Capping dalam satu kesatuan

Memenuhi Fungsi?

Kesimpulan dan Saran

Selesai

Analisa dan Perancangan Daya Motor berdasarkan Momen

Inersia, Momen Gesek, dan Gaya Angkat Sistem

Perakitan Poros, Ganeva Mechanism, Cylindrical Cam,

Rangka Mesin, Pemegang Botol, Alas Botol, dan

Komponen Lain Dalam Satu Kesatuan Utuh.

A

28

“Halaman ini sengaja dikosongkan.

29

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Skema Rancangan Mesin Semiotomatis Filling and

Capping Vitran Beverages

Berikut ini adalah gambar dari Skema Rancangan Mesin

Semiotomatis Filling dan Capping Vitran Beverages

Gambar 4.1 Skema Rancangan Mesin Semiotomatis

Filling dan Capping Vitran Beverages

Dimana :

A. Cylindrical Cam dan Follower

B. Ganeva Mechanism

30

C. Poros segi 4

D. Motor Listrik

E. Alas Botol

F. Pemegang Botol

G. Mesin Cupping Botol

H. Mesin Filling Botol

4.2 Penentuan Kapasitas Mesin serta Waktu Kerja Ganeva

Mechanism dan Cylindrical Cam

Berdasarkan spesifikasi mesin filling yang memiliki

kecepatan pengisian 3 detik/botol dan spesifikasi mesin capping

mampu menutup tutup botol 3 detik/botol (yang mana kedua

proses ini dilakukan secara bersamaan) serta ditentukan waktu

delay atau berhenti sejenak proses keluarnya cairan minuman dari

mesin filling selama 3 detik, maka kita tentukan bahwa mesin ini

memiliki kapasitas 1 botol/6 detik atau 600 botol/jam. Dari

kapasitas mesin tersebut maka kita tentukan waktu kerja ganeva

wheel dan axial cam sebagai berikut :

Waktu pengisian cairan dan penutupan

botol (dilakukan bersamaan) = 3 detik

Waktu delay pengisian cairan dan

penutupan botol = 3 detik

Waktu proses satu botol = 6 detik

Waktu cylindrical cam berada diatas (ta) = 3 detik

Waktu turun cylindrical cam (tt) = 1 detik

Waktu naik cylindrical cam (tn) = 1 detik

Waktu cylindrical cam berada dibawah(tb)= 1 detik

Waktu total cylindrical cam (ta + tt + tn + tb) = 6 detik

Waktu indexing ganeva wheel (ti) = 1 detik

Waktu resting ganeva wheel (tr) = 5 detik

Waktu total ganeva wheel (ti + tr) = 6 detik

31

Dengan ditentukan nya waktu kerja ganeva dan

cylindrical cam yang setiap prosesnya menghasilkan waktu total

yang sama yaitu 6 detik maka system ini dapat berjalan secara

sinkron. Dengan ditentukannya waktu tersebut selanjutnya kita

bisa merancang ganeva wheel, merancang pemegang botol,

merancang alas pemegang botol, menentukan daya motor

penggerak, menetukan diameter pin indexing dan menentukan

ukuran sudut cylindrical cam. Dibawah ini akan di jelaskan satu

persatu :

4.3 Perancangan Ganeva Mechanism

Pada mesin ini terdapat

ganeva wheel yang digunakan

untuk mengubah putaran

kontinyu menjadi gerakan

periodik. Pada perancangan

ganeva wheel ini di tentukan

beberapa parameter sebagai

berikut :

Putaran Wheel proper, nw

= 20 rpm

nw = 120°

𝑠 x

60 𝑠

1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 x

1 𝑟𝑜𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛

360° = 20 rpm

Jarak antar titik sumbu/center distance, c = 12 cm

Waktu indexing, ti = 1

Waktu resting, tr = 5

Waktu total, ttot = 6

Kemudian dari data-data yang telah di tentukan maka dapat

dilakukan perhitungan sebagai berikut :

Perhitungan Jumlah Slot, Z

32

1

6 =

𝑧−2

2𝑧

2z = 6z-12

12 = 4z

z = 3 (jumlah slot)

Perhitungan sudut

α = 180°

𝑧 =

180°

3 = 60

o

β = 180°

2 – α = 90

o- 60

o =

30

o

Perhitungan jari-jari driver dan wheel proper(ganeva

driven)

a = jari – jari driver

a = c sin 𝛼

a = 12 sin 60o

a = 10,39

b = jari – jari ganeva driven

b = c sin β

b = 12 sin 30o

b = 6

Perhitungan panjang slot, s

S = a + b – c

S = 10,39 + 6 – 12 = 4,39

Perhitungan Putaran Driver

ωw =

𝜔.𝜆

1−𝜆

Dimana :

ωw : Kecepatan angular ganeva wheel

ω : Kecepatan angular driver

λ : a/c =10,39/12 = 0,867

Putaran Wheel proper, nw :

ωw = 2𝜋𝑥𝑛w

60 =

2𝜋20

60 =

2

3π = 2,09 rpm

ω = ωw.(1−𝜆)

𝜆 =

2,09 (1−0,867)

0,867

33

ω = 0,32 rad/s

n = 60𝜔

2𝜋 = 3,057 rpm

4.4 Perancangan Pemegang Botol Pemegang botol pada

mekanisme ini berjumlah tiga buah

yang berbentuk lingkaran, di mana

ketiga tiganya memiliki bahan dan

dimensi yang sama. Komponen ini

hanya sebagai pengarah saja, jadi

kita tidak membutuhkan bahan yang

sangat kuat. Bahan yang dipilih

adalah acrylic dengan pertimbangan

bahwa bahan ini ringan,cukup mudah

diproses dan tersedia banyak

dipasaran. dengan jari-jari 12,5 cm

dan tebal 8 mm.

4.5 Perancangan Alas Botol Alat statis ini terdapat

tepat dibawah pemegang botol,

dan sejajar dengan alas pemutar.

Dengan pertimbangan bahwa

bagian ini tidak memerlukan

kekuatan khusus, hanya saja

bagian ini rawan terkena air

maka kita akan memilih bahan

acrylic. Selain pertimbangan itu

juga untuk efisiensi bahan

acrylic sisa dari bahan pemegang

botol dan ganeva mechanism.

Dimana alas botol ini memiliki

ukuran jari-jari 15 cm dan tebal 8 mm.

34

4.6 Perancangan Cylindrical Cam

Pada perancangan ini kita menggunakan metode

perancangan Rise Dwell Fall Dwell (RDFD) Cam Design.

Dibawah ini adalah desain rancangan cylindrical cam motion atau

perpindahan dibandingkan dengan cam angle dan waktu :

Gambar 4.6 Grafik Perancangan Cylindrical Cam

Gambar 4.7 Diagram Lingkaran Cylindrical Cam

Waktu Cylindrical Cam disetiap posisi :

High Dwell : Waktu cylindrical cam berada

diatas (ta) = 3 detik

Fall : Waktu turun cylindrical cam (tt) = 1 detik

Rise : Waktu naik cylindrical cam (tn) = 1 detik

Low Dwell : Waktu cylindrical cam berada

dibawah (tb) = 1 detik

Waktu total cylindrical cam (ta + tt + tn + tb) = 6 detik

35

4.7 Perancangan Daya Motor

Berikut ini kita analisa berapa daya yang dibutuhkan

untuk menggerakan seluruh komponen mechanism. Perhitungan

daya pada system yang kita rencanakan adalah untuk mengatasi

momen torsi akibat inersia (yang di butuhkan saat start) dan

momen torsi akibat gesekan pada sistem (dibutuhkan ketika

berputar).

Momen Torsi Akibat Inersia

Komponen yang direncanakan berputar adalah pemegang

botol, alas pemutar botol, poros pemutar, ganeva drive, ganeva

driven, cam cilindrical dan botol yang telah terisi air.

1. Pemegang Botol Perencanaan awal pemegang botol ini yaitu dibuat bahan dari

acrylic, dengan jari-jari 0,125 m dan tebal 0,008 m.

Volume pemegang botol, kita peroleh dari program

inventor yang telah digambar berdasar ukuran sama persis

dengan ukuran pemegang botol, kita peroleh volume pemegang

botol sebesar 382.686,083 mm3 = 3,82686 . 10

-4 m

3

Gambar 4.8 Volume Pemegang Botol

Dikarenakan pada software tidak terdapat material acrylic

maka dengan menggunakan nilai volume yang didapat, kita

akan menentukan massa dan momen inersia pemegang botol

36

dari bahan acrylic dengan menggunakan perhitungan manual.

Dari table mechanical properties acrylic didapatkan masa jenis

bahan acrylic (ρ) sebesar 0,43 lb/in3. Atau dalam satuan lain

1190,26 kg/m3

Masa pemegang botol,

m = ρ.υ

= 1190,26 kg/m3 x 3,82686 . 10

-4 m

3= 0,455496 kg

Momen inersia pemegang botol,

I = ½ x m x R2

I = ½ x 0,455496 kg x (0,125 m)2 = 0,007117125 kg.m

2

2. Alas Botol Perencanaan awal alas pemutar botol yaitu bahan dari acrylic

dengan jari-jari 0,15 m dan tebal 0,008 m.

Volume alas botol kita peroleh dari program inventor

yang telah digambar berdasar ukuran sama persis dengan

ukuran alas botol, kita peroleh volume alas botol sebesar

565.094,678 mm3 = 5,65095 . 10

-4 m

3

Gambar 4.9 Volume Alas Botol

Dikarenakan pada software tidak terdapat material

acrylic maka dengan menggunakan nilai volume yang didapat,

kita akan menentukan massa dan momen inersia alas botol


37

Dari table mechanical properties acrylic didapatkan masa

jenis bahan acrylic (ρ) sebesar 0,43 lb/in3. Atau dalam satuan

lain 1190,26 kg/m3

Massa alas botol,

m = ρ.υ

= 1190,26 kg/m3 x 5,65095 . 10

-4 m

3= 0,67261 kg

Momen inersia alas botol,

I = ½ x m x R2

I = ½ x 0,67261 kg x (0,15 m)2 = 0,007566862 kg.m

2

3. Ganeva Drive Perencanaan awal ganeva drive yaitu bahan dari acrylic

dengan jari-jari kita ambil jari-jari lingkaran terluar 0,1137

m dan tebal 0,016 m.

Volume ganeva drive kita peroleh dari program inventor


ukuran ganeva drive, kita peroleh volume ganeva drive

sebesar 528.853,219 mm3

= 5,28853 . 10-4

m3

Gambar 4.10 Volume Ganeva Drive

Dikarenakan pada software tidak terdapat material

acrylic maka dengan menggunakan nilai volume yang didapat,

kita akan menentukan massa dan momen inersia ganeva drive


38

Dari table mechanical properties acrylic didapatkan masa jenis

bahan acrylic (ρ) sebesar 0,43 lb/in3. Atau dalam satuan lain

1190,26 kg/m3

Massa Ganeva Drive,

m = ρ.υ

= 1190,26 kg/m3 x 5,28853 . 10

-4 m

3= 0,62947 kg

Momen inersia Ganeva Drive,

I = ½ x m x R2

I = ½ x 0,62947 kg x (0,1137 m) 2 = 0,008137593 kg.m

2

4. Ganeva Driven

Perencanaan awal ganeva driven yaitu bahan dari acrylic

dengan jari-jari 0,06 m dan tebal 0,008 m.

Volume ganeva driven kita peroleh dari program inventor


ukuran ganeva driven, kita peroleh volume ganeva driven

sebesar 29079,511 mm3 = 0,29079 . 10

-4 m

3.

Gambar 4.11 Volume Ganeva Driven

Dikarenakan pada software tidak terdapat material acrylic

maka dengan menggunakan nilai volume yang didapat, kita

akan menentukan massa dan momen inersia ganeva driven dari

bahan acrylic dengan menggunakan perhitungan manual. Dari

table mechanical properties acrylic didapatkan masa jenis bahan

39

acrylic (ρ) sebesar 0,43 lb/in3. Atau dalam satuan lain 1190,26

kg/m3

Massa Ganeva Driven,

m = ρ.υ

= 1190,26 kg/m3 x 0,29079 . 10

-4 m

3= 0,03461 kg

Momen inersia Ganeva Driven,

I = ½ x m x R2

I = ½ x 0,03461 kg x (0,06 m) 2 = 0,0000623 kg.m

2

5. Botol yang telah terisi air

Pada mechanism mesin ini system harus memutar

botol yang sudah terisi air sejumlah 2 buah, dimana diketahui

masa botol + air adalah 0,5 kg, jari – jari botol 2 cm dan jarak

pusat massa botol ke titik pusat putar 12,5 cm. Untuk mencari

momen inersia botol terisi air ini karena letak pusat putar

botol tidak berada tepat di pusat poros maka kita

menggunakan rumus momen inersia tidak pada pusat putar.

Momen inersia :

I = 2(1

2mr

2+mR

2)

Dimana :

m = massa botol

r = jari-jari botol

R = jarat pusat massa botol ke pusat putar

I = 2(1

2.0,5.0,02

2 + 0,5.0,125

2) = 2(0,0001+0,0078125) =

0,015825 kg.m2

40

6. Poros Pemutar

Gambar 4.12 Free Body Diagram Poros 1 dan 2

Poros Pemutar 1 (poros ganeva driven)

Perencanaan poros pemutar ini kita gunakan bahan steel

segi empat sama sisi yang memiliki ukuran sisi (s) 7 mm dan

tinggi (h) 570 mm.

Volume poros,

V = sisi x sisi x tinggi

V = 0,007.0,007.0,57= 0,2793.10-4

m3

Dari table properties material (lampiran) material steel

didapat masa jenis bahan (ρ) sebesar 7,85 gram/cm3 atau

dikonversikan dalam satuan lain 7.850 kg/m3

Massa poros,

m = ρ.V = 7.850 . 0,2793.10-4

= 2.192,505 . 10-4

kg

Momen inersia poros pemutar batang homogen,

I = 1

3 m.L

2 =

1

3 . 0,2192505 . 0,57

2 = 237,448 . 10

-4 kg.m

2

41

Poros Pemutar 2 (poros ganeva drive)

Perencanaan poros pemutar ini kita gunakan bahan steel

cylinder yang memiliki ukuran diameter 1 cm, takikan 1 mm dan

tinggi (h) 27 cm.

Volume poros 2 kita peroleh dari program inventor yang

telah digambar berdasar ukuran sama persis dengan ukuran poros

2, kita peroleh volume poros 2 sebesar 20.102,118 mm3

=

0,20102 . 10-4

m3.

Gambar 4.13 Volume Poros Pemutar 2

Dari table properties material (lampiran) material steel

didapat masa jenis bahan (ρ) sebesar 7,85 gram/cm3 atau

dikonversikan dalam satuan lain 7.850 kg/m3

Massa poros,

m = ρ.V = 7.850 kg/m3. 0,20102 . 10

-4 m

3 =

0,15780 kg

Momen inersia poros pemutar batang homogen,

I = 1

2 m.L

2 =

1

2 . 0,15780 kg . (0,27 m)

2 = 0,00575181 kg.m

2

42

Gambar 4.14 Diagram Momen dan Diagram Geser Poros 1 dan 2

7. Cylindrical cam

Perencanaan cylindrical cam ini kita gunakan dari

material stainless steel. Volume cylindrical cam kita peroleh

dari program inventor yang telah digambar berdasar ukuran

sama persis dengan ukuran yang telah ditentukan yang memiliki

ukuran diameter luar (dl) 23,4 cm, diameter dalam (do) 23,33

cm, tinggi (h) 8,5 cm, kita potong dengan kedalam 6 cm ke

bawah, sudut turun dan naik 60o, dan sudut saat berada di

bawah 60o maka kita peroleh volume cylindrical cam sebesar

47.545,746 mm3 = 0,47546 . 10

-4 m

3.

Gambar 4.15 Volume Cylindrical Cam

43

Dari table mechanical properties stainless steel

didapatkan masa jenis bahan stainless steel (ρ) sebesar 7480

kg/m3

Massa cylindrical cam,

m = ρ.V = 7.480 kg/m3. 0,46602 . 10

-4 m

3= 0,34858 kg

Momen inersia cylindrical cam,

I = 1

2 m (rl

2 +ro

2)

= 1

2 0,34858. ( 0,117

2 + 0,11665

2)

= 0,004757458 kg.m2

Jadi Momen Inersia Total (Itot),

I = I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7

= (0,007117125 + 0,007566862 + 0,008137593 + 0,0000623

+ 0,015825 + 0,00575181 + 0,004757458) = 0,049218148

kg.m2

Dengan asumsi percepatan angular (α) = 2 rad/det2, maka

diperoleh :

T = Itot . α

= 0,049218148 kg.m2.2 rad/det

2 = 0,098436296 N.m

= 0,098436296 N.m.0,22481 𝑙𝑏

𝑁.

1 𝑖𝑛

0,0254 𝑚 = 0,871239 lb.in

Momen Torsi Akibat Gaya Angkat dan Gaya Gesek

Gaya angkat dan gaya gesek pada system terjadi akibat

adanya gaya angkat dan gesekan antara cam dengan follower .

Setelah kita mendapatkan gaya angkat dan gaya gesek maka

kita bisa menentukan nilai momen torsi akibat gaya angkat dan

gesek.

Gaya Angkat terjadi untuk mengangkat dua botol yang

terisi air penuh dan berat struktur mekanis yang di angkat.

Adapun berat struktur mekanis yang diangkat adalah berat

pemegang botol, berat alas botol, berat ganeva driven, dan berat

poros.

44

Dibawah ini adalah Free Body Diagram untuk menghitung

Momen Torsi akibat gaya angkat dan gaya gesek yang

dibutuhkan.

Gambar 4.16 Free Body Diagram Torsi yang Dibutuhkan

FB = 2 Wbotol + Wstruktur

FB = 2 Wbotol + Wpemegang botol+ Walas botol + Wganeva driven+ Wporos

FB = 2 mbotol terisi air . g+ mpemegang botol . g+ malas botol . g +

mganeva wheel . g+ mporos.g

FB = 2 . 0,5 kg . 9,8 m/s² + 0,455496 kg . 9,8 m/s² + 0,67261 kg .

9,8 m/s² + 0,03461 kg . 9,8 m/s² + 0,2192 kg . 9,8 m/s²

= 9,8 N + 4,4638608 N + 6,591578 N + 0,339178 N +

2,14816 N = 23,3427768 N

45

FA = FB . tanα

FA = 23,3427768 N . tan 45o = 23,3427768 N

FC = 𝐹𝐵

𝑐𝑜𝑠∝ =

23,3427768

cos 45° = 33,347 N

FAtot = FA + FSA

= FA + FS . cosα

= FA + FC . μk . cosα

= 23,3427768 N + (33,347 N . 0,2 . cos45o)

= 28,0113568 N

Telah kita dapatkan nilai gaya angkat dan gaya gesek, kemudian

kita tentukan momen inersia yang terjadi akibat gaya angkat dan

gaya gesek (TAS) yang merupakan hasil perkalian antara FAtot

dan keliling lingkaran cylindrical cam saat naik/turun sebesar

60o

TAS = FAtot . Rcam

Rcam = 60°

360° . 2.π.R =

1

6.2.π.0,117 m = 0,12246 m

TAS = FAtot . Rcam

= 28,0113568 N . 0,12246 m = 3,4303 N.m

= = 3,4303 N.m.0,22481 𝑙𝑏

𝑁.

1 𝑖𝑛

0,0254 𝑚 = 30,3609 lb.in

Perhitungan Daya Motor

Daya motor yang dibutuhkan terbesar adalah daya untuk

dapat mengatasi semua momen torsi yang terjadi. Untuk

menghitung besar daya motor minimal bisa kita gunakan rumus

berikut :

HP =𝑇.𝑛

63000

Dengan diketahui total torsi (T) adalah 0,871239 lb.in +

30,3609 lb.in = 31,232139 lb.in dan system bekerja pada

46

putaran (n) 20 rpm. maka :

Maka :

HP = 31,232139 .20 rpm

63000 = 0,0099 hp = 0,01 hp

Dengan mempertimbangkan efisiensi transmisi asumsi

90% (melihat banyaknya proses reduksi) maka kita perlukan

jenis motor dengan besar daya minimal :

HP = 100/90 x HP

= 0,0111 hp = 8,2027 watt

Jadi motor yang kita perlukan adalah motor yang

memiliki daya 0,0111 hp dan putaran 20 rpm. Dipasaran

terdapat motor DC yang miliki putaran 20 rpm. Maka kita akan

menggunakan motor DC seperti gambar di bawah ini :

Gambar 4.17 Motor DC 20 RPM, 12 V

Dipasaran juga terdapat motor AC dengan daya 15 watt

atau 0,020 hp dan jumlah putaran 60 rpm, tetapi jika kita ingin

menggunakan motor ini perlu di lakukan analisis dan

perancangan roda gigi untuk mereduksi motor dengan putaran

60 rpm menjadi 20 rpm. Dibawah ini adalah foto dari motor AC

tersebut.

47

Gambar 4.18 Motor AC 60 rpm

4.8 Analisis Reduksi motor dari 60 rpm ke 20 rpm Pada sistem ini untuk mereduksi perputaran motor

dari perputaran 60 rpm ke 20 rpm kita menggunakan sepasang

roda gigi reducer . Untuk merancang roda gigi tersebut maka

ditentukan beberapa parameter sebagai berikut :

Menggunakan 2 gear :

𝑟𝑣 = 𝑁2

𝑁1 =

20 𝑟𝑝𝑚

60 𝑟𝑝𝑚 = 0,33 (rv)

Sudut tekan ɵ = 20o full depth

Diameter pinion (dp) = 4 in

Diameter pitch (P) = 5/in

Jenis akrilik dengan ρ = 0,43 lb/in3

Rasio kecepatan rv = 0,33

np = Putaran Roda Gigi 1 (pinion) = 60 rpm

ng = Putaran Roda Gigi 2 (gear) = 20 rpm

48

Dari data yang telah kita tentukan maka dilakukan perhitungan

sebagai berikut :

Perhitungan diameter gear

dg = 𝑑𝑝

𝑟𝑣 =

4 𝑖𝑛

0,33 = 12,12 in

Jumlah gigi pinion dan gear

Gigi pinion Ntp = P.dp = 5x4 = 20 gigi

Gigi gear Ntg = P.dg = 5x12,12 = 60,6 gigi ≈ 61 gigi

Kecepatan pitch line (υp)

υp =

𝜋.𝑑.𝑛

12 = 𝜋.4.60

12 = 62,8 ft/min

Gaya tangensial (Ft),

Tp = 63000ℎ𝑝

𝑛𝑝 = 63000

0,020

60 = 21 lb-in

Ftp = 2𝑇

𝑑𝑝 =

2(21)

4 = 10,5 lb

Tg = 63000ℎ𝑝

𝑛𝑔 = 63000

0,020

20 = 63 lb-in

Ftg = 2𝑇

𝑑𝑔 =

2(63)

12,12 = 10,40 lb

Berdasarkan Gear Design Consideration yang terdapat dalam

(Deutschman- section 10-18), nilai b yang dianjurkan adalah

b ≤ 10

𝑃 sehingga dalam desain spur gear ini digunakan nilai :

b = 10

𝑃 =

10

5 = 2 in

Analisa Kekuatan gigi dengan Metode Lewis :

PINION

Beban dinamik (Fd), untuk Vp ≤ 2000 ft/min

Fd = 600+𝑣𝑝

600 . Ftp =

600+62,8

600 . 10,5 =11,599 lb

Nilai S berdasarkan Persamaan Lewis

Fd = Sxbx𝑌𝑝

𝑃

S = 𝑃𝑥 𝐹𝑑

𝑏 𝑥 𝑌𝑝 =

5 𝑥 11,599

2 𝑥 0,358= 80,99 𝑝𝑠𝑖

Berdasarkan nilai S yang kita dapatkan diatas maka kita pilih

bahan untuk perencanaan pinion pada spur gear Akrilik So =

3.630 psi

49

GEAR

Beban dinamik (Fd), untuk Vp ≤ 2000 ft/min

Fd = 600+𝑣𝑝

600 . Ftp =

600+62,8

600 . 10,5 =11,599 lb

Nilai S berdasarkan Persamaan Lewis

Fd = Sxbx𝑌𝑝

𝑃

S = 𝑃𝑥 𝐹𝑑

𝑏 𝑥 𝑌𝑝 =

5 𝑥 11,599

2 𝑥 0,3943= 73,542 𝑝𝑠𝑖

Berdasarkan nilai S yang kita dapatkan diatas maka kita pilih

bahan untuk perencanaan pinion pada spur gear Akrilik So =

3.630 psi

Analisa Keausan Gigi dengan Metode Buckingham :

PINION

Fw = dp b K Q

dimana :

dp = Diameter Pinion = 4 in

b = lebar gigi = 2 in

K = Wear load factor

dan harga Q diperoleh dari persamaan,

Q = 2𝑁𝑡𝑔

𝑁𝑡𝑔+𝑁𝑡𝑝 =

2.61

61+20 =1,5062

Kemudian harga K diperoleh dengan cara ekstrapolasi dari

table 10-11 (Deutschman) dengan BHN = 123, maka

didapatkan nilai K = 22,64 maka nilai Fw :

Fw = dp b K Q = (4) (2) (22,64) (1,5062) = 272,8030 lb

Karena nilai Fw = 272,8030 lb > Fd = 11,599 lb, maka pinion

aman

GEAR

Fw = dg b K Q

dimana :

dg = Diameter Gear = 12,12 in

b = lebar gigi = 2 in

K = Wear load factor

50

dan harga Q’ diperoleh dari persamaan,

Q = 2𝑁𝑡𝑔

𝑁𝑡𝑔+𝑁𝑡𝑝 =

2.61

61+20 =1,5062

Kemudian harga K diperoleh dengan cara ekstrapolasi dari

table 10-11 (Deutschman) dengan BHN = 123, maka

didapatkan nilai K = 22,64 maka nilai Fw :

Fw = dp b K Q = (12,12) (2) (22,64) (1,5062) = 826,593 lb

Karena nilai Fw = 826,593 lb > Fd = 11,599 lb, maka gear

aman

4.9 Perancangan Pin Indexing dan Analisis Kegagalan Pin

Indexing

Pada mesin ini digunakan mesin yang memiliki daya = 0,0011

hp = 0,0011.0,7457 kw = 8,20 Watt dan putaran driver 3,057

rpm, sehingga didapat besarnya momen sebagai berikut :

Mt= P

𝑛 =

8,20 Nm/s

3,057 rpm x 2π x 1min/60s = 25,625 Nm

Setelah kita dapatkan nilai Mt = 25,625 Nm , maka kita dapat

menentukan gaya yang terjadi pada ganeva drive (a) yang

memiliki jari –jari = 10,39 cm dan ganeva driven (b) yang

memiliki jari – jari 6 cm, dengan rumus :

F = Mt

𝑟

Kemudian,

F untuk a = 10,39 cm

Fa = Mt

𝑎 =

25,625

0,1039 = 246,63 N

F untuk b = 6cm

Fb = Mt

𝑏 =

25,625

0,06 = 427,08 N

51

Pada perancangan pin indexing ini ditentukan beberapa

Parameter yaitu :

Bahan = Gray cast iron ASTM

Panjang Pin Indexting = 10 mm

Syp = 20 ksi = 55,16.106 N/m

2

Safety factor, N = 2

Gambar 4.19 Pin Indexing

0,8 𝑆𝑦𝑝

𝑁≥

6𝐹𝑥𝑠

𝜋𝑑3

d3≥

6𝑥673,71𝑥0,01𝑥2

𝜋𝑥0,8𝑥55,16.106

d3≥0,583.10

-6 m

karena diameter pin terlalu kecil maka kita bulatkan diameter

pin jadi d = 0,52 cm (diameter pin)

Analisis Kegagalan Pin Indexing :

Berikut ini kita akan menentukan analisis kegagalan pada

pin indexing yang memiliki ukuran diameter 0,52 cm.

Sebelumnya kita telah menentukan beberapa parameter dalam

perancangan pin indexing yaitu :

Bahan = Gray cast iron ASTM

Panjang Pin Indexting = 10 mm

Syp = 20 ksi = 55,16.106 N/m

2

Safety factor, N = 2

F = 0,013968728 𝑁

52

5,2 mm

Gambar 4.20 Ukuran Geometris Pin Indexing

0,8 𝑆𝑦𝑝

𝑁 ≥

6𝐹𝑥𝑠

𝜋𝑑3 0,8 𝑥 55.160.000

2 ≥

6𝑥0,013968728𝑥0,01

𝜋0,00523

22,064.106 ≥ 1.896,208

Karena 0,8 𝑆𝑦𝑝

𝑁 ≥

6𝐹𝑥𝑠

𝜋𝑑3 maka Pin Indexing sangat aman.

4.10 Perancangan Detail Ukuran Geometris Ganeva

Mechanism

Gambar 4.21 Skema Ganeva Drive dan Ganeva Driven

53

Ditentukan :

a= drive crank radius = 10,39 cm

b = ganeva wheel radius/ganeva driven = 6 cm

c = center distance = 12 cm

s = slot center length = 4,39

t = allowed clearance = 0,2 cm

p = drive pin diameter = 0,52 cm

Dicari :

w = slot width

y = stop arc radius

z = stop disc radius

v = clearance arc

Solusi :

w = p+t

w = 0,65 + 0,2 = 0,85 cm

y = a-(p1.5)

y = 10,39 – (0,52x1,5) = 9,61 cm

z = y – t

z = 9,61– 0,2 = 9,41 cm

v = bz/a

v = 6.9,41/10,39 = 5,434 cm

4.11 Analisis Bantalan (Bearing) untuk Poros 1 dan Poros 2

Poros satu memiliki diameter 0,7 cm, poros satu ini

bekerja naik turun dan dan berputar dan poros ini menopang 2

botol yang terisi air penuh yang sama beratnya sehingga momen

yang terjadi adalah nol, sehingga gaya-gaya yang bekerja pada

poros ini :

54

Gambar 4.22 Analisis Bantalan Poros 1

Fa =0 (karena poros bergerak naik turun)

Fr =0 (karena menopang 2 botol sama berat di kanan dan kiri)

Poros bekerja pada putaran,

n = 20 rpm

Untuk mendapatkan nilai x dan y, perlu diketahui terlebih

dahulu nilai 𝑖.𝐹𝑎

𝐶𝑜 yaitu :

𝑖.𝐹𝑎

𝐶𝑜 =

(1)(0)

17300 =0

Dari Tabel A.23 Lampiran Tabel, dengan nilai 0,037,

dengan interpolasi didapat :

x = 0,56 ; y = 1,9

Kemudian kita mencari nilai P dengan menggunakan

persamaan :

P = x.υ.Fr + y.Fa

= 0,56.1,0.0 + 1,9. 0 = 0 N

Sehingga umur bantalan :

L10h = (𝐶

𝑃)

𝑏.

106

60.𝑛

= (32500

0)

3.

106

60.20 = tak terhingga

55

Karena poros ini adalah poros inovatif yang bisa bergerak naik

turun dan berputar, jadi bantalan/bearing jenis apapun memiliki

umur yang tak terhingga jika di pergunakan dalam poros ini.

BANTALAN POROS 2

Poros dua memiliki diameter 0,7 cm, bekerja gaya-gaya sebagai

berikut :

Fa = 11,2 N Fr =0

Poros bekerja pada putaran, n = 20 rpm

Untuk mendapatkan nilai x dan y, perlu diketahui terlebih

dahulu nilai 𝑖.𝐹𝑎

𝐶𝑜 yaitu :

𝑖.𝐹𝑎

𝐶𝑜 =

(1)(11,2)

17300 = 0,00065

Dari Tabel A.23 Lampiran Tabel, dengan nilai 0,037,

dengan interpolasi didapat :

x = 0,56 ; y = 1,9

Kemudian kita mencari nilai P dengan menggunakan

persamaan :

P = x.υ.Fr + y.Fa

= 0,56.1,0.0 + 1,9. 11,2 = 21,28 N

Sehingga umur bantalan :

L10h = (𝐶

𝑃)

𝑏.

106

60.𝑛 = (

32500

21,28)

3.

106

60.20 = 2.968.641,038.10

6 jam

Karena nilai umur bantalan sudah diatas 9600 jam, hal ini sudah

melebihi target awal.

56


57

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah dilakukan analisa perancangan mesin ini, terdapat

beberapa hal yang dijadikan kesimpulan, antara lain:

Untuk menggabungkan ganeva mechanism dan cylindrical

cam agar bisa bergerak selaras naik vertical kemudian diam

(stasioner sejenak) lalu turun dan berputar horizontal

kemudian diam (stasioner sejenak) mesin ini menggunakan

perpaduan dari Cylindrical Cam, Ganeva Mechanism, Poros

bergerak di satu motor.

Waktu satu proses produksi adalah 6 detik yang

menghasilkan satu botol minuman 400 ml yang sudah diisi

dan ditutup.

Secara teoritis, kapasitas alat bila ditinjau dari parameter

jumlah produk (botol yang mampu diisi dan ditutup), maka

kemampuan alat mencapai 600 botol/jam

Untuk mendapatkan kapasitas sebesar 600 botol/jam

diharuskan memiliki kecepatan putar 20 rpm dengan

diameter pemegang botol 25 cm yang dapat memegang tiga

botol.

Jari jari ganeva drive pada mesin ini adalah 10,39 cm dan

jari-jari ganeva driven pada mesin ini adalah 6 cm yang

memiliki diameter pin indexing 0,52 cm, panjang slot (S)

4,39 cm, jumlah slot ganeva driven 3 buah.

Agar mesin ini bisa bekerja optimal maka mesin ini

menggunakan daya 0,01 hp atau 8,2027 watt dan jumlah

putaran 20 rpm.

Motor yang digunakan dalam mesin ini bisa menggunakan

motor DC yang memiliki putaran 20 rpm atau motor AC 60

rpm yang di reduksi menjadi 20 rpm dengan menggunakan

analisa reduksi gear box.

58

Cylindrical cam pada posisi high dwell memeberlukan

waktu 3 detik dengan sudut 180o, posisi fall, low dwell, dan

posisi rise memerlukan waktu 1 detik dengan sudut 60o.

Diameter pin indexing yang digunakan adalah = 0,52 cm,

dan setelah dilakukan analisis kegagalan maka pin indexing

yang di pergunakan sangat aman.

Bantalan yang dipergunakan untuk poros satu memiliki usia

tak berhingga karena poros satu memiliki gerakan naik turun

dan berputar sehingga nilai Fa dan Fr = 0, bantalan yang

dipergunakan pada poros dua memiliki usia

2.968.641,038.106 jam yang sudah melebihi target awal yaitu

9600 jam.

5.2 Saran Rancang Bangun ini merupakan tahapan paling awal,

sehingga secara ideal perlu ada penelitian lanjutan demi

optimalisasi fungsi alat. Untuk mencapai tujuan utama yakni

membangun alat yang tepat fungsi maka penulis memberikan

beberapa saran terkait pengembangan mesin ini :

Pada saat pembentukan ganeva mechanism dan cylindrical

cam, ukuran geometris yang dipergunakan harus sama persis

dengan yang penulis tulis dalam tugas akhir ini agar system

mechanism dapat berfungsi selaras.

Apabila ada operator yang menjalankan mesin ini, operator

wajib di briefing dulu agar paham cara kerja dari mesin ini

dikarenakan mesin ini bekerja secara semiotomatis.

Bagi pembaca yang ingin menyempurnakan perancangan

system ini agar dapat memperhatikan lebih detail parameter-

parameter yang dibutuhkan dalam perancangan.

Pemilihan bahan terkait perancangan harus sangat

disesuaikan dengan kondisi yang ada dilapangan, mengingat

bahan yang ada dilapangan cukup berbeda dengan yang ada

secara teori.

xxi

DAFTAR PUSTAKA

[1] Wenzhou Zhonghuan Packaging Machinery Co., Ltd, 2015 .

Prinsip Kerja Mesin Filling Rotary. China

[2] Sammipack.com, 2017, Prinsip Kerja Mesin Cupping.

http://www.sammipack.com/, diakses tanggal 19 September

2017.

[3] Wikipedia, 2017. Ganeva Mechanism .

https://en.wikipedia.org/wiki/Geneva_drive, diakses tanggal

19 September 2017.

[4] Wikipedia, 2017, Conveyor System .

https://en.wikipedia.org, diakses tanggal 20 September 2017.

[5] NUCAP_KDM. 2010. Ganeva Mechanism .

https://www.instructables.com/, diakses tanggal 20

September 2017.

[6] Deutschman, Aaron D., Michels, W.J., dan Wilson, C.E.

1975. Machine Design, Theory and Practice. New York :

Macmillan Publishing Co., Inc.

[7] id.wikipedia.org.

[8] www.produkcina.indonetwork.co.id.

[9] Timoshenko, S., dan Young, D.H., Mekanika Teknik Edisi

Keempat, Jakarta : Erlangga.

[10] Harold A. Rothbart, D.Eng., Cam Design Handbook, Dean

Emeritus, College of Science and Engineering, Fairleigh

Dickinson University Teaneck, New Jersey.

http://www.sammipack.com/

https://en.wikipedia.org/wiki/Geneva_drive

https://en.wikipedia.org/

https://www.instructables.com/

http://www.produkcina.indonetwork.co.id/

xxii


xxiii

LAMPIRAN TABEL PROPERTIES MATERIAL

Lampiran Properties dan Table Massa Jenis Material

xxiv

Lampiran Massa Jenis Material

xxv

Lampiran Tabel A.23 faktor X dan Y untuk

ball dan roller bearing

xxvi


xxvii

LAMPIRAN GAMBAR SKEMA MESIN

Dimana :

A. Cylindrical Cam dan Follower

B. Ganeva Mechanism

C. Poros segi 4

D. Motor Listrik

E. Alas Botol

F. Pemegang Botol

G. Mesin Capping Botol

H. Mesin Filling Botol

xxviii


xxix

LAMPIRAN GAMBAR TEKNIK SETIAP

KOMPONEN

Gambar Teknik Pemegang Botol

xxx

Gambar Teknik Alas Botol

xxxi

Gambar Teknik Poros dan Ganeva Driven

xxxii

Gambar Teknik Ganeva Drive dan Cylindrical Cam

xxxiii

Gambar Teknik Rangka Mesin

xxxiv


xxxv

LAMPIRAN FOTO PROTOTYPE MESIN YANG

TELAH DIBUAT

Foto Mesin Yang Telah dibuat dalam Tugas Akhir ini, mesin ini

penulis beri nama ‘Dreamer’ yang diharapkan bisa mewujudkan

mimpi pelaku UMKM di bidang minuman agar usahanya bisa

berkembang. Mesin yang dipatenkan ini nantinya akan

diperjual belikan.

xxxvi


xxxvii

BIODATA PENULIS

Lika Dian Fitranto merupakan nama

lengkap dari penulis tugas akhir ini,

yang akrab dipanggil Fitran. Penulis

dilahirkan di Banyuwangi, 5 April

1992. Penulis telah menempuh

pendidikan formal yaitu di TK Kemala

Bhayangkari Tuban, SDN Latsari 2

Tuban (kelas 1- kelas 2) kemudian

pindah ke SDN Kepatihan 3 Jember

(kelas 3-6), SMPN 1 Jember, SMAN 1

Jember. Selama masa SMA penulis

aktif mengikuti berbagai ajang

perlombaan Olimpiade Sains di bidang Fisika Mekanik, Fisika

Astronomi dan Fisika Umum tingkat provinsi dan nasional, aktif

dalam kegiatan pencinta alam pendakian gunung, kegiatan

pencak silat, dan juga touring tergabung dalam anggota club

motor YVCI dan Ikatan Motor Indonesia (IMI).

Semasa kuliah ia pernah menjadi komandan tingkat

(komting) pertama angkatan 2011 Teknik Mesin ITS, penulis

sangat aktif di bidang kewirausahaan dimulai dari semester 2

perkuliahan, meskipun berulang kali mengalami kegagalan tetapi

ia tidak pernah menyerah dan selalu bangkit kembali. Penulis

juga aktif mengikuti pelatihan dan penyuluhan tentang proses

produksi makanan dan minuman dalam kemasan, seminar tentang

kewirausahaan, mengikuti berbagai lomba wirausaha tingkat

regional maupun nasional, salah satunya dia pernah menjadi juara

dalam ajang pencarian wirausahawan muda berbakat ‘Diplomat

Success Challenge 2014’ yang di tayangkan di stasiun TV

Nasional ‘TV One’. Penulis juga aktif menjadi Pembicara dan

Motivator Entrepreneur dalam berbagai seminar kewirausahaan.

Penulis juga tergabung dalam ikatan Pengusaha Ganesha

Entrepreneur Club yang berkantor pusat di Bandung Jawa Barat,

dan tergabung dalam anggota Gabungan Pengusaha Makanan

Minuman Indonesia (GAPMMI).

xxxviii


Documents

RANCANG BANGUN DAN PENCIPTAAN MESIN SEMIOTOMATIS …