1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Es (Ice) selain bisa dikomsumsi secara langsung maupun sebagai campuran
pada minuman dapat juga digunakan untuk mendinginkan hasil pertanian,
peternakan dan hasil laut dalam mempertahankan kesegarannya agar dapat
bertahan lebih lama.
Bagi nelayan, keberadaan es mutlak dibutuhkan terutama untuk menyegarkan
ikan hasil tangkapan dari busuk akibat lama dilautan dalam pelayaran, maupun
dipasar dan pedagang ikan keliling. Setiap nelayan menuju laut untuk melakukan
penangkapan ikan, maka es batangan atau sering disebut es balok menjadi bagian
dari bahan-bahan yang harus diikutsertakan. Begitu pula setelah mendaratkan ikan
hasil tangkapan mereka, es batangan mereka datangkan untuk kemudian
dihancurkan ke dalam box ikan (fiber) yang sudah berisikan ikan-ikan yang siap
untuk di jual yang di kemas di dalam box ikan menggunakan butiran-butiran es
batangan yang sudah dihancurkan gunanya agar ikan tetap segar.
Dalam proses penghancuran es batang awalnya dilakukan dengan cara
tradisional/manual, dimana sebelumnya es batangan terlebih dahulu dipatahkan
menjadi beberapa bagian untuk kemudian dihancurkan sesuai dengan ukuran-
ukuran yang dibutuhkan, cara ini tidak efektif baik dari segi ekonomis dan waktu
yang dibutuhkan. Selain menguras tenaga, debit es yang dihasilkan dari memukul
dengan balok kayu tidak merata mengenangi ikan-ikan di dalam box ikan (ada
pecahan besar dan kecil), sehingga dipastikan akan menghabiskan banyak es
batang dan waktu serta berdampak terhadap kapasitas ikan yang akan disegarkan.
Penggunaan teknologi mesin penghancur es kini telah banyak digunakan
karena selain dapat bekerja lebih efektif dan efisien. Selain itu mesin penghancur
es terdiri dari motor, elemen-elemen mesin (poros, bantalan) serta terdiri dari
2
komponen-komponen transmisi daya mekanik (sabuk-puli) sehingga mudah
mudah dirawat dan juga dapat dibuat oleh bengkel-bengkel sederhana.
Hasil pengamatan penulis di pasar ikan Bina Usaha yang berada di Kota
Meulaboh mesin penghancur es batangan yang digunakan sudah tidak optimal
kerjanya mengingat terdapat bagian-bagian dari komponen mesin yang sudah
tidak layak digunakan hal ini juga terlihat dari sedikitnya hasil produksi es yang
dihasilkan tetapi disisi lain suara mesin terdengar lebih keras dan tidak standar
lagi seperti terlihat pada gambar 1.1. Hal inilah yang melatarbelakangi penulis
untuk melakukan penelitian untuk merencanakan ulang mesin penghancur es
balok untuk kapasitas 30 kg/menit.
Gambar 1.1 Komponen mesin penghancur es Pasar Bina Usaha Meulaboh
1.2 Rumusan Masalah
Perencanaan mesin secara umum adalah perencanaan dari sistem dan segala
yang berkaitan dengan sifat mesin seperti: produk, struktur, alat–alat instrumen,
(Sularso, 1987) Yang menjadi pertanyaan adalah bagaimana merancanakan ulang
mesin penghancur es balok secara sederhana untuk hasil yang optimal.
2
komponen-komponen transmisi daya mekanik (sabuk-puli) sehingga mudah
mudah dirawat dan juga dapat dibuat oleh bengkel-bengkel sederhana.
Hasil pengamatan penulis di pasar ikan Bina Usaha yang berada di Kota
Meulaboh mesin penghancur es batangan yang digunakan sudah tidak optimal
kerjanya mengingat terdapat bagian-bagian dari komponen mesin yang sudah
tidak layak digunakan hal ini juga terlihat dari sedikitnya hasil produksi es yang
dihasilkan tetapi disisi lain suara mesin terdengar lebih keras dan tidak standar
lagi seperti terlihat pada gambar 1.1. Hal inilah yang melatarbelakangi penulis
untuk melakukan penelitian untuk merencanakan ulang mesin penghancur es
balok untuk kapasitas 30 kg/menit.
Gambar 1.1 Komponen mesin penghancur es Pasar Bina Usaha Meulaboh
1.2 Rumusan Masalah
Perencanaan mesin secara umum adalah perencanaan dari sistem dan segala
yang berkaitan dengan sifat mesin seperti: produk, struktur, alat–alat instrumen,
(Sularso, 1987) Yang menjadi pertanyaan adalah bagaimana merancanakan ulang
mesin penghancur es balok secara sederhana untuk hasil yang optimal.
2
komponen-komponen transmisi daya mekanik (sabuk-puli) sehingga mudah
mudah dirawat dan juga dapat dibuat oleh bengkel-bengkel sederhana.
Hasil pengamatan penulis di pasar ikan Bina Usaha yang berada di Kota
Meulaboh mesin penghancur es batangan yang digunakan sudah tidak optimal
kerjanya mengingat terdapat bagian-bagian dari komponen mesin yang sudah
tidak layak digunakan hal ini juga terlihat dari sedikitnya hasil produksi es yang
dihasilkan tetapi disisi lain suara mesin terdengar lebih keras dan tidak standar
lagi seperti terlihat pada gambar 1.1. Hal inilah yang melatarbelakangi penulis
untuk melakukan penelitian untuk merencanakan ulang mesin penghancur es
balok untuk kapasitas 30 kg/menit.
Gambar 1.1 Komponen mesin penghancur es Pasar Bina Usaha Meulaboh
1.2 Rumusan Masalah
Perencanaan mesin secara umum adalah perencanaan dari sistem dan segala
yang berkaitan dengan sifat mesin seperti: produk, struktur, alat–alat instrumen,
(Sularso, 1987) Yang menjadi pertanyaan adalah bagaimana merancanakan ulang
mesin penghancur es balok secara sederhana untuk hasil yang optimal.
3
1.3 Batasan Masalah
Dalam perencanaan mesin penghancur es balok ini penulis hanya membatasi
pembahasan pada penentuan dan perhitungan elemen mesin (poros, bantalan) dan
komponen-komponen transmisi daya (puli-sabuk).
1.4 Tujuan Perencanaan
Tujuan perencanaan ulang mesin penghancur es balok dengan kapasitas 30
kg/menit dengan berat es perbatang 25 kg adalah:
1. Untuk menentukan dan menghitung elemen mesin dan komponen-
komponen transmisi daya yang akan digunakan.
2. Mengetahui kapasitas produksi rencana.
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Mesin Penghancur Es
Menurut Sularso secara umum biasanya mesin terdiri dari tiga bagian utama
yang saling bekerja. Dimana ketiga bagian itu adalah penggerak, sistem penerus
daya (transmisi daya) dan bagian yang digerakkan. Pada mesin penghancur es
bagian penggerak (driver) adalah berupa motor listrik yang memiliki modus gerak
berupa putaran dimana elemen yang berputar dalam hal ini adalah poros.
Sedangkan pada bagian yang digerakkan adalah puli driven. Untuk
menghubungkan antara bagian penggerak dan bagian yang digerakkan terdapat
sistem penerus daya atau sistem transmisi daya yang bekerja berfungsi untuk
mereduksi putaran dari motor penggerak sesuai dengan putaran yang diinginkan.
Gambar 2.1 Mesin Penghancur EsSumber: dokumentasi penelitian
2.2 Prinsip Kerja Mesin Penghancur Es Balok
Prinsip kerja mesin penghancur es balok adalah putaran motor ditransmisikan
ke puli driver melalui sabuk selanjutnya putaran direduksi oleh puli driven yang
5
akan memutar pisau penghancur yang didesain pada porosnya. Pada corong
masuk atau lubang tempat masukan es balok selanjutnya es balok dimasukkan
menuju gilingan yang berlawanan arah dengan putaran pisau penghancur dan
butiran-butiran es akan keluar pada corong keluar. Skema sistem mesin
penghancur es seperti terlihat pada gambar 2.2 berikut:
Gambar 2.2 Skema sistem kerja mesin penghancur es
2.3 Dasar Elemen Mesin
Elemen mesin merupakan perangkat penting dalam suatu konstruksi
permesinan. Dalam sebuah konstruksi mesin tersebut setiap elemen mesin
mempunyai hubungan yang saling terkait sehingga konstruksi mesin yang
dibangun dapat bekerja (Nierman. G, 1986).
2.3.1 Perencanaan Pasak dan Poros
Pasak dan poros merupakan bagian elemen mesin yang berhubungan erat dan
terdapat dalam satu komponen.
Pasak
Pasak adalah suatu elemen mesin yang digunakan untuk meneruskan daya
dalam bentuk putaran dari satu elemen terhadap elemen mesin yang lain. Daya
yang diteruskan tersebut ditimbulkan oleh beberapa gaya tangensial dan momen
torsi atau momen puntir resultan yang terdapat pada pasak sehingga ditransfer ke
berbagai elemen mesin yang terhubung pada pasak tersebut.
Corongkeluar
Puli penggerak
Corongmasuk
Sabuk Puli yang digerakan Poros/pisaupenghancur
Motor listrik
SumberArus listrik
Butiran es
Es balok
6
Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam, menurut
letaknya pada poros pasak dapat dibedakan antara pasak pelana, pasak rata, pasak
benam, dan pasak singgung, yang umumnya berpenampang segi empat. Dalam
arah memanjang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus. Pasak benam
prismatis ada yang khusus dipakai sebagai pasak luncur. Disamping macam di
atas ada pula pasak tembereng dan pasak jarum (perhatikan gambar 2.3).
Yang paling umum dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskan
momen yang besar. Untuk momen dengan tumbukan, dapat dipakai pasak
singgung. Untuk pasak umumnya dipilih bahan yang mempunyai kekuatan tarik
lebih dari 60 (kg/mm2), lebih kuat dari pada porosnya. Kadang-kadang sengaja
dipilih bahan yang lemah untuk pasak, sehingga pasak akan lebih dahulu rusak
dari pada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga pasak yang murah serta mudah
menggantinya.
Poros
Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir
semua mesin meneruskan tenaga atau daya bersama-sama dengan putaran.
Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Poros merupakan
Pasak benam
Pasak singgung
Pasak rata
Pasak pelanaPasak jarum
Pasak tembereng
Gambar 2.3 Macam-macam pasakSumber: Sularso, 2004: 24
7
bagian stasioner yang berputar, biasanya berpenampang bulat, dimana terpasang
elemen-elemen mesin seperti roda gigi, puli, roda gila, engkol, gigi jentera, dan
elemen pemindah daya lainnya. Beban yang diterima oleh poros antara lain beban
puntir dan beban lentur, sehingga dengan adanya beban ini maka akan terjadi
tegangan puntir dan tegangan lentur sebagai akibat dari adanya momen puntir dan
momen lentur. Untuk menentukan momen puntir pada poros didapat dengan
menggunakan persamaan 2.1 berikut (Sularso, 1987: 7):
Momen puntir
Untuk menentukan momen puntir pada poros didapat dari persamaan 2.1
berikut:
T = 9,74 x 105 [kg.mm] (2.1)
dimana:
T momen puntir [kg.mm]
Pd daya rencana [kW]
n putaran poros [rpm]
Tegangan geser yang diijinkan
Tegangan geser yang diijinkan τa (kg.mm2) untuk pemakaian umum pada
poros dapat diperoleh dengan berbagai cara. Untuk bahan poros S-C dengan
pengaruh massa dan baja paduan, diambil nilai suatu faktor keamanan (Sf).
Besarnya tegangan geser yang diijinkan τa di dapat persamaan 2.2 berikut:
τa = σ[kg/mm2] (2.2)
dimana:
τa tegangan geser yang diijinkan [kg/mm2]
b tegangan geser tarik [kg/mm2]
Sf1 faktor keamanan (6,0)
Sf2 faktor keamanan (1,3 – 3,0)
8
Karena momen puntir juga harus ditinjau. Faktor koreksi yang dianjurkan
oleh ASME juga harus dipakai. Faktor ini dinyatakan dengan Kt, besarnya faktor
koreksi untuk momen puntir (kt) adalah seperti pada tabel 2.1:
Tabel 2.1 Faktor koreksi untuk momen puntir, Kt
Faktor koreksi untuk momen puntir Harga Kt
Beban dikenakan secara halus
Terjadi sedikit kejutan (tumbukan)
Beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar
1,0
1,0 – 1,5
1,5 – 3,0
Sumber: Sularso, 2004
Apabila diperkirakan akan terjadi pemakaian beban lentur maka
dipertimbangkan pemakaian faktor Cb. Besarnya harga Cb dapat dilihat dari tabel
2.2 berikut ini:
Tabel 2.2 Faktor koreksi pembebanan
Faktor koreksi pembebanan lentur Harga Kt
Terjadi pembebanan lentur
Tidak terjadi pembebanan lentur
1,2 – 2,3
1,0
Sumber: Sularso, 2004
Diameter poros
Untuk menghitung diameter poros dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan 2.3.
ds = ,τK C T ,
[mm] (2.3)
dimana:
ds diameter poros [mm]
Kt faktor koreksi untuk momen puntir
Cb faktor koreksi pembebanan lentur
T momen puntir [kg.mm]
9
Tegangan geser yang terjadi
Untuk menentukan besarnya tegangan geser yang terjadi pada poros, dapat
ditentukan dari persamaan 2.4:
τ = 5,1 [kg.mm2] (2.4)
Dimana:
τ tegangan geser yang terjadi [kg.mm2]
T momen puntir [kg.mm]
ds diameter poros [mm]
2.4 Transmisi Daya Mekanik
Sistem transmisi daya mekanik berfungsi untuk meneruskan energi mekanik
rotasi dari motor listrik ke poros yang berfungsi untuk menaikkan atau mereduksi
putaran yang diinginkan. Efisiensi sistem transmisi mekanik pada umumnya
sebesar 95%. Komponen-komponen transmisi mekanik meliputi: puli, sabuk dan
bantalan (bearing).
Puli
Puli pada mesin berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari motor
melalui sabuk ke poros dan sebagai roda gila untuk menyimpan tenaga agar poros
tetap berputar apabila mendapat beban. Konstruksi puli terbuat dari besi tuang
atau baja dan biasa juga dari kayu, tetapi sudah tidak layak lagi digunakan lagi
karena tidak efektif. Untuk konstruksi ringan ditetapkan puli dari alumunium.
Ada beberapa jenis puli diantaranya (perhatikan gambar 2.4, 2.5, dan 2.6):
a. Puli datar
Puli datar biasanya dibuat dari besi tuang dan ada juga yang terbuat dari baja.
b. Puli mahkota
Puli ini lebih efektif dari pada puli datar, karena sudut ketirusan yang
bermacam-macam dengan batas maksimum 1/8 inchi dan 1 feetnya.
10
c. Puli alur V
Puli jenis ini sering digunakan untuk mesin industri umum karena murah dan
mudah didapat.
Gambar 2.4 Puli datar Gambar 2.5 Puli mahkota Gambar 2.6 Puli alur VSumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004
Langkah‐langkah yang dapat kita lakukan dalam pemilihan puli adalah
sebagai berikut:
a. Menghitung perbandingan putaran puli dengan menggunakan persamaan
2.5.
n1 : n2 = Dp : dp [rpm] (2.5)
Dimana:
n1 putaran puli penggerak [rpm]
n2 putaran puli yang digerakkan [rpm]
dp diameter nominal puli kecil [m]
Dp diameter nominal puli besar [m]
b. Menentukan faktor servis (service factor) dan faktor beban kerja (duty
factor) berdasarkan perbandingan putaran (lampiran A.2).
c. Menghitung daya rencana untuk sabuk dengan menggunakan persamaan
2.6.
Pd = P x SF x DF [kW] (2.6)
11
Dimana:
Pd daya Rencana [kW]
P daya yang ditransmisikan turbin [kW]
SF faktor servis
DF faktor beban kerja
d. Menentukan diameter puli kecil, dp dengan mengacu pada lampiran
(lampiran A.2). Sedangkan untuk menghitung diameter puli besar, Dp
dapat digunakan persamaan 2.7 diatas.
e. Menentukan jarak diameter puli, C dengan menggunakan persamaan 2.8.
C = DP + dp (2.8)
Dimana:
C jarak puli besar dan puli kecil
DP diameter puli besar
dp diameter puli kecil
Sabuk (Belt)
Transmisi dengan elemen mesin yang luwes dapat digolongkan atas transmisi
sabuk, transmisi rantai dan transmisi kabel atau puli. Transmisi sabuk dibagi atas
tiga kelompok, yaitu:
a. Sabuk rata
Sabuk ini dipasang pada puli silinder dan meneruskan momen antara dua
poros. Jaraknya mencapai 10 meter dengan perbandingan putaran1:1 sampai 1:6.
Sabuk rata biasanya digunakan untuk mesin-mesin penggiling padi, mesin press,
mesin tempa dan lain-lain. bahan yang digunakan pada sabuk ini biasanya terbuat
dari kulit, plastik atau campuran antara plastik dan kain. Sabuk rata ditunjukkan
pada gambar 2.7.
12
Gambar 2.7 Sabuk rataSumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004
b. Sabuk V
Sabuk ini mempunyai penampang trapesium sama kaki. Sabuk V dipasang
pada puli dengan alur dan meneruskan momen antar dua poros yang jaraknya
dapat mencapai 5 meter dengan perbandingan 1:1 sampai 7:1. Sabuk ini biasanya
berbahan karet dan permukaannya diperkuat dengan pintalan kain, sedang bagian
dalam dari sabuk diberi serat-serta kain, seperti terlihat pada gambar 2.8. daya
yang dapat ditransmisikan bisa mencapai 500 kW.
Gambar 2.8 Sabuk VSumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004
c. Sabuk bergigi (sabuk gilir)
Sabuk bergigi digerakkan denagn sporket pada jarak pusat mencapai 2 meter
dan mneruskan putaran secara tepat dengan perbandingan 1:1 sam pai 1:6. Sabuk
ini digunakan secara luasdalam industri mesin jahit, komputer, mesin foto kopi
dan sebagainya. Sabuk bergigi ditunjukkan pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Sabuk bergigiSumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004
13
Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk V karena kemudahan
dalam penanganan dan harganya murah.gambar 2.10 diberikan berbagai proporsi
penampang sabuk V yang umum dipakai.
Gambar 2.10 Penampang transmisi puli dan sabuk VSumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004
Transmisi sabuk V hanya dapat menghubungkan poros-poros dengan arah
putaran yang sama. Karena sabuk V biasanya dipakai untuk menurunkan putaran,
maka perbandingan yang dipakai adalah:
= i = = ; u = (2.9)
Dimana
n1 = putaran puli penggerak (rpm)
n2 = putaran puli yang digerakkan (rpm)
dp = diameter puli penggerak (rpm)
Dp = diameter puli yang digerakkan (rpm)
u = perbandingan putaran
i = perbandingan reduksi
14
kecepatan linier sabuk Vadalah:
= π (2.10)
Dimana:
v = kecepatan linier (m/s)
dp = diameter puli (mm)
n1 = putaran puli (rpm)
Dalam pemilihan sabuk V sangat dipengaruhi oleh putaran (n) dan daya (kW)
yang ditransmisikan. Hal ini ditunjukkan oleh diagram pemilihan sabuk pada
gambar 2.11.
Gambar 2.11 Diagram pemilihan sabukSumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004
Panjang sabuk (belt length) lihat lampiran A.3, dapat ditentukan denganrumus L (mm), yaitu:
= 2C + π2 + D + 14C − dDimana:
L = panjang sabuk (mm)
C = jarak sumbu poros (mm)
15
Jarak sumbu poros C dapat dinyatakan sebagai:
C = (2.11)
Dimana:
b = 2L – 3,14 (D + d (2.12)
Gambar 2.12 Perhitungan panjang sabukSumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004
Pada pasangan puli dan sabuk V, terjadi kontak atau persinggungan antara
puli dan sabuk. Persinggungan atau kontak yang terjadi antara puli dan sabuk
membentuk sebuah sudut yang dinamakan sudut kontak θ seperti ditunjukkan
pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Sudut kontakSumber: Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004
16
Adapun rumus persamaan sudut kontak (θ) adalah:
θ = 1800 – 57 (Dp− dp)C (2.13)
dimana:
θ = adalah sudut kontak (0)
Bantalan (Bearing)
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga
putaran atau gesekan bolak‐baliknya dapat berlangsung halus, aman dan berumur
panjang. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen
mesin lainnya bekerja dengan baik.
Pada bantalan umumnya bekerja gaya reaksi, gaya reaksi ini lebih banyak
mengarah tegak lurus pada garis sumbu poros bantalannya dinamakan bantalan
radial. Apabila gaya reaksi jauh lebih banyak mengarah sepanjang garis sumbu
poros disebut bantalan aksial. Konstruksi bantalan diperlihatkan pada gambar
2.14.
Gambar 2.14. Bantalan dan Rumah BantalanSumber: WWW. Bergab.ruБepr AБ [email protected] TeΠ.
Grease nippleOuter ring with spherical outside surfaceSeal
Ball and cage
Wide inner ring
Grease holeleSlinger
Hexagon socket set screw
Housing (pillow type)
17
Pemilihan bantalan dapat dilakukan dengan mencari nilai rating beban
dinamis (dynamic load), Cd beban dinamis ini didapat menjadi acuan untuk
memilih bantalan dengan dimensi yang sesuai. Besar nilai C dapat dicari melalui
persamaan 2.14 berikut ini :
= /(2.14)
Dimana, beban radial ekivalien, P dapat diperoleh dengan menggunakan
persamaan 2.15 berikut:
Pre = Ks X V Fr [N] (2.15)
Dimana,
L10 rating life [jam]
n kecepatan putar [rpm]
a 3 (untuk bantalan bola) atau 10/3 (untuk bantalan gelinding)
Ks faktor servis (service factor)
X faktor radial
V faktor rotasi : 1 untuk rotasi cincin bagian dalam(inner‐ring) atau 1,2 untuk rotasi cincin bagian luar (outer‐ring)
Fr beban radial aktual [N]
Tabel 2.3 Faktor service, Ks
Tipe Pembebanan Ball Bearing Roller Bearing
Constant or steady
Light shocks
Moderate shocks
Heavy shocks
Extreme shocks
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
1,0
1,0
1,3
1,7
2,0
Nilai empiris untuk faktor X dan Y tergantung pada geometri, beban dan tipe.
Rata-rata faktor X dan Y dapat dilihat pada tabel 2.4 halaman 18:
18
Table 2.4 Faktor X dan YTipe Bearing X1 Y1 X2 Y2
Single rows ball
Doble row ball
Cylindrial roller
Spherical roller
1
1
1
1
0,0
0,75
0,0
2,5
0,56
0,63
1,0
0,67
1,40
1,25
0,0
3,7
Sumber: Miller dan Washo, (8‐140)
2.5 Pisau penghancur
Pisau penghancur pada mesin penghancur es ditempatkan pada poros pada
puli driven yang didesain khusus, dimana pisau berfungsi sebagai penghancur es
sehingga es balok dalam bentuk batang akan dihancurkan dengan putaran pisau.
Prinsip kerja pisau penghancur berputar sesuai putaran poros dari motor
penggerak dengan arah berlawanan dari masuk es batang. Gambar 2.15 berikut
merupakan jenis pisau yang digunakan.
Gambar 2.15 Pisau penghancur esSumber: dokumentasi penelitian
2.6 Kapasistas Produksi
Kapasistas adalah kemampuan suatu alat atau mesin untuk melakukan
produksi yang sangat ditentukan oleh dimensi elemen-elemen mesin tersebut serta
dipengaruhi oleh daya dan putaran yang dihasilkan. Untuk menentukan kapasistas
kerja dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 2.16 sebagai berikut :
Q = V . A .ρ (2.16)
19
Dimana :
Q = Kapasistas kerja ( kg / menit )
V = Kecepatan mesin (rpm )
A = Luas alas masukan ( m2 )
P = Massa jenis es (931 kg//m3)
2.7 Motor listrik
Motor listrik adalah elemen mesin yang berfungsi sebagai tenaga penggerak
dan termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah
perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau
blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll di industri dan
digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga (seperti: mixer, bor
listrik,kipas angin). Motor listrik pada umumnya berbentuk silinder dan dibagian
bawah dudukan yang berfungsi sebgai lubang baut supaya motor listrik dapat
dirangkai dengan rangka mesin atau konstruksi mesin yang lain. Poros penggerak
terdapat di salah satu ujung motor listrik dan tepat di tengah-tengahnya. Seperti
pada gambar 2.16 berikut ini:
Gambar 2.16 Motor listrikSumber: http://www.google.com/Motor listrik/Arus AC
20
Ada dua jenis utama motor listrik: motor DC (Direct Current) dan motor AC
(Alternating Current).
2.7.1 Klasifikasi Motor Listrik
Motor listrik dapat diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi,
dan mekanisme operasi (perhatikan gambar 2.17) dibawah ini.
Gambar 2.17 Klasifikasi motor listrikSumber: http://www.google.com/Motor listrik/Arus AC
21
BAB III
METODE PERENCANAAN
3.1 Tempat dan Waktu
Perencanaan dilakukan pada Fakultas Teknik Universitas Teuku Umar
Meulaboh Kabupaten Aceh Barat. Penelitian dilaksanakan selama 6 bulan dari
bulan Maret sampai dengan Agustus 2013 dari tahap usulan penelitian sampai
dengan penyusunan laporan.
3.2 Metode Pengumpulan Data
Dalam menyelesaikan masalah yang diangkat, diperlukan data-data dalam
rangka penyusunan tugas akhir ini. Pengumpulan data-data tersebut diperoleh
melalui studi literatur dan studi lapangan. Data yang dihimpun baik pada studi
literatur maupun studi lapangan hanya terbatas pada hal-hal yang berhubungan
dengan perencanaan Mesin penghancur es balok yang terdapat di sekitar kawasan
pasar ikan di kota Meulaboh.
- Studi literatur, yaitu melalui buku-buku pedoman dan dari website (internet)
yang menunjang dalam analisa.
- Studi lapangan, yaitu dengan melakukan penyelidikan langsung di lapangan
secara visual terhadap unsur-unsur perencanaan berdasarkan rencana yang
dibuat guna mendapatkan informasi yang memadai, data yang diambil
meliputi data yang berkaitan dengan spesifikasi dan komponen peralatan.
3.3 Analisa Data
Data-data yang dikumpulkan mula-mula di susun kemudian baru dianalisa
kemudian dilanjutkan dengan pengolahan data. Analisa data dilakukan secara
teoritis dan dihitung secara matematis untuk menentukan komponen-komponen
yang akan digunakan dengan menghitung parameter-perameter dimensi dari
komponen tersebut.
22
3.4 Langkah Perhitungan
Perhitungan dalam perencanaan ini meliputi:
o Poros
Momen puntir pada poros
Untuk menentukan momen puntir pada poros didapat dari persamaan 2.1
berikut:
T = 9,74 x 105 [kg.mm] (2.1)
Tegangan geser yang diijinkan
Untuk menentukan tegangan geser pada poros menggunakan persamaan 2.2:
τa = [kg/mm2] (2.2)
Diameter poros
Untuk menghitung diameter poros dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan 2.3 berikut:
ds = , ,[mm] (2.3)
Tegangan geser yang terjadi
Untuk menentukan besarnya tegangan geser yang terjadi pada poros, dapat
ditentukan dari persamaan 2.4 berikut:
τ = 5,1 [kg.mm2] (2.4)
o Bantalan
Beban bantalan
Beban bantalan dihitung menggunakan persamaan berikut:
W = w.1 W = .d.L [kg]
23
Dimana:
L = panjang poros (1.ρ)
ρ = berat jenis = 0,931 gram/cm3 = 931 kg/m3
Momen tahanan lentur adalah sebagai berikut:
ZI = [kg/mm2]
o Transmisi mekanik
Dalam perencanaan ini, penulis menggunakan data-data yang bersumber dari
manual book furnner pully, hal ini akan memudahkan kita untuk memilih jenis
puli yang kita butuhkan sesuai dengan yang ada dipasaran.
Puli
Langkah‐langkah yang dapat kita lakukan dalam pemilihan puli adalah
sebagai berikut:
a. Menghitung perbandingan putaran puli dengan menggunakan persamaan
2.5 berikut ini:
n1 : n2 = Dp : dp [rpm] (2.5)
b. Diameter puli penggerak (Dp) dapat ditentukan dengan menggunakan
persamaan berikut:
Dp =
c. Menentukan jarak diameter puli, C dengan menggunakan persamaan 2.8
berikut:
C=DP+dp (2.8)
24
Sabuk
Langkah‐langkah yang harus kita perhatikan dalam pemilihan sabuk antara
lain adalah:
a. Memilih tipe sabuk berdasarkan katalog yang telah dikeluarkan oleh
produsen sebagaimana diperlihat pada gambar 2.5 diagram pemilihan
sabuk.
b. Menentukan panjang sabuk (belt length), L dan faktor koreksi
berdasarkan jarak antar puli, C.
c. Menurut Sularso bahwa kecepatan sabuk yang baik adalah lebih kecil dari
30 m/s. Kecepatan sabuk dapat dihitung menggunakan persamaan 2.10.
v = . . (2.10)
d. Menghitung jumlah sabuk yang digunakan dapat dilakukan dengan
menggunakan persamaan berikut:
=Bagian-bagian elemen mesin dan komponen transmisi daya yang akan
dihitung mencakup elemen-elemen yang menentukan gerakan pada mesin, yaitu:
sabuk – puli, poros dan bantalan, seperti terlihat pada gambar 3.1 berikut.
Gambar 3.1 Skets sistem transmisi daya
Puli penggerak
Puli digerakkan
Motor listrikPoros
Sabuk
25
3.5 Diagram Alir Perencanaan
Flowchart perencanaan mesin penghancur es balok ditunjukkan pada gambar
3.2 berikut:
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian
Tidak
Perencanaan/Perhitungan
Analisa Data
Pengumpulan data:- Studi literatur- Studi lapangan
Mulai
Desain gambar
Selesai
Perencanaan Optimal
26
BAB IV
HASIL PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN
4.1 Pemilihan Motor Penggerak
Pada perencanaan mesin penghancur es balok (ice cruiser) motor penggerak
yang dipilih adalah jenis motor listrik DC merk Multi Pro, model YC905.4,
voltase 220, dengan putaran 2900 rpm dengan daya 10 HP (7,45 Kw). Daya dan
putaran sebesar yang dipilih diharapkan akan mampu memutarkan pisau
penghancur (cruisher) dengan kecepatan yang telah direduksi oleh puli driven
menjadi putaran output. Dipilih daya yang tinggi pada motor tersebut karena
beban setiap es balok yang akan dihancurkan membutuhkan kekuatan mesin yang
berimbang. Jika P (daya motor) adalah daya nominal dari motor penggerak, maka
faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan sehingga koreksi
pertama dapat diambil. Faktor-faktor koereksi daya yang ditransmisikan (fc) dapat
dilihat dalam tabel 4.1 berikut:
Tabel 4.1 faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan
Daya yang akan ditransmisikan fc
D Daya rata – rata yang diperlukan
D Daya maksimum yang diperlukan
Daya normal
1,2 – 2,0
0,8 – 1,2
1,0 – 1,5Sumber: Sularso (1991:7)
4.1.1 Daya Rencana
Kapasistas es yang dihancurkan dalam mesin berdimensi es batangan, berat
setiap batang 25 kg. Mesin penghancur es ini dapat dikatagorikan sebagai mesin
yang mempunyai variasi beban sedang, sehingga didalam perhitungannya perlu
diperhitungkan faktor koreksi (fc) untuk daya yang bekerja. Menurut Sularso
27
(1991 : 7) fc ditetapkan 1,0-1,5 maka dalam perhitungan ini penulis memilih 1,3
sebagai faktor koreksi (fc). Jadi daya rencana dapat dihitung dengan persamaan
2,5 yaitu :
Pd = fc . P
Maka :
Pd = 1,3 . 7,45 kW
= 9,685 kW.
4.2 Perhitungan Bagian Utama Mesin Penghancur Es
4.2.1 Perhitungan Sabuk dan Puli
Pada perencanaan mesin penghancur es jarak jauh antara poros pisau
penghancur dengan poros tidak memungkinkan transmisi langsung menggunakan
roda gigi, sehingga dipilih altenatif penggunaan sabuk V. Penggunaan sprocket
(gigi rantai) tidak dipilih dalam perencanaan ini karena beban kejutan yang
diterima relatif besar, sehingga penggunaan sprocket tidak baik (gigi sprocket
akan cepat aus maupun patah).
Dari data motor penggerak diketahui daya sebesar 7,45 kW dengan putaran
2900 rpm, diperoleh sabuk dengan tipe B (lihat gambar 2.10) dan didapat diameter
puli minimum yang dianjurkan 145 mm. Pada perencanaan ini diambil puli kecil
(dp) untuk motor penggerak berdiameter 75 mm. Tabel 4.2 dibawah ini
menunjukkan diameter minimum untuk puli yang diijinkan dan yang dianjurkan:
Tabel 4.2 Diameter minimum puli
Penampang A B C D E
Diameter minimalyang diijinkan 65 115 175 300 450
Diameter minimalyang dianjurkan
95 145 225 350 550
Sumber: Sularso, 2004
28
Untuk menentukan diameter puli yang digerakan dihitung dengan
persamaan berikut:
=Maka :
Dp =
= .= 300 mm.
Jadi diameter puli yang menggerakan poros adalah 300 mm. Menurut
Sularso (1991:166) bahwa kecepatan sbuk yang baik adalah lebih kecil dari 30
m/s.
v = . .= , . .= 11,38 m/s
Jadi kecepatan ini relatif lebih baik untuk digunakan dengan beban yang
berat. Sehingga sabuk, puli, dan bantalan akan lebih awet. Sabuk yang digunakan
pada transmisi ini sebanyak 1 buah sabuk.
Perbandingan putaran
Jika diameter puli besar 300 mm dan diameter puli kecil 75 mm, maka
perbandingan putaran adalah:
=
= 4
Dengan putaran motor sebesar 2900 rpm, sehingga diperoleh perbandingan
putaran puli adalah sebesar:
29
=
= 725 rpm
4.2.2 Perhitungan Poros
Untuk mengetahui diameter poros, terlebih dahulu harus diketahui daya dan
momen puntir yang akan terjadi pada saat poros berputar. Jika daya rencana
sebesar 9,685 kW dan putaran 725 rpm, besarnya momen puntir yang terjadi pada
poros adalah:
T = 9,74.105
T = 9,74.105 ,= 13011,3 kg.mm
Dalam menentukan tegangan geser τb ydiambil faktor keamanan Sf1 (6,0), Sf2
(1,5) dan tegangan tarik σb (52 kg/mm2) ang diakibatkan pengaruh massa dan
paduan, untuk bahan poros Maka tegangan geser izin adalah:
τa =
τa = , , = 5,83 kg/mm2
Sehingga diameter poros (ds) adalah sebagai berikut:
ds = , ,Dalam perencanaan ini poros akan mengalami kejutan dan tumbukan yang
sedeikit lebih besar, sehingga dipilih:
Kt = 2,5 dan Cb = 1,2
30
Maka diperoleh:
= ,, 2,5∗1,2∗13011,3 ,= 32,44 mm
= 33 mm (dipilih)
Diameter poros (ds) tersebut merupakan ukuran poros sumbu pisau
penghancur. Sedangkan untuk poros gulungan plat ditetapkan sebesar 185 mm.
Tegangan geser yang timbul adalah:
τ = , . ,= 1,85 kg/mm2
Sedangkan momen lentur yang timbul adalah:
MI = ( )= ,= 2054,05 kg.mm
Tegangan maksimum yang terjadi pada poros adalah:
Τmak = ,( ) √ += ,( ) 2054,05 + 13011,3= 1,87 kg/mm2
Untuk mengetahui apakah bahan yang digunakan aman atau tidak aman,
dapat dilakukan perbandingan tegangan geser izin dengan tegangan geser yang
terjadi.
Tegangan geser izin > tegangan geser yang terjadi (τa > τ)
5,83 kg/mm2 > 1,87 kg/mm2, berarti konstruksi poros aman digunakan.
31
4.2.3 Perhitungan Bantalan
Dalam perencanaan ini bantalan yang digunakan adalah bantalan gelinding
radial, bahan yang digunakan untuk bantalan adalah tembaga, penentuan bahan
ini karena paduan tembaga mempunyai kekuatan yang baik, ketahanan terhadap
karat dan ketahanan terhadap kelelahan, bantalan radial yang digunakan pada
mesin penghancur es sebanyak 2 bantalan yang terletak dikedua ujung poros.
Dalam perencanaan bantalan telah ditentukan panjang bantalan (1) = 20 mm dan
diameter dalam bantalan (d) = 25mm. Maka beban bantalan adalah sebagai
berikut:
W = w.1 W = .d.L
Dimana:
L = panjang poros (1.ρ)
ρ = berat jenis = 0,931 gram/cm3 = 931 kg/m3
Maka :
W = , (25) . 20.931/1000)= 30.418,75 kg
Momen lentur maksimum yang ditimbulkan:
M = . ,= 15.209,375 kg.mm
Momen tahanan lentur adalah sebagai berikut:
ZI = = , . = 1533,2 kg/mm2
32
4.3 Menentukan Kapasistas Produksi
Untuk menentukan kapasistas produksi penghancuran es balok dihitung
dengan menggunakan persamaan berikut:
Q = V . A . ρ
Dimana:
Q = kaqpasitas produksi [kg/mm2]
V = kecepatan putar pada poros driven [rpm]
A = luas penampang corong, diassumsikan sebesar 0,495 m2
ρ = densitas zat cair
Jika diketahui parameter-parameter adalah sebagai berikut:
V = 725 rpm
A = 0,495 m2
ρ = 0,0931 kg/mm2
Maka diperoleh:
Q = 725 rpm . 0,495 m2 . 0,0931 kg/mm2
= 33,411 kg/menit.
33
4.4 Skema Desain Sistem Transmisi Daya
Skema desain sistem transmisi daya hasil perencanaan yang dianalisa
berdasarkan sistem dan prinsip kerja mesin penghancur es balok ditunjukkan pada
gambar 4.1 berikut:
Gambar 4.1 Skema desain sistem transimisi daya mesin penghancur esSumber: hasil penelitian
Poros
Bantalan
Pulley driven
Sabuk
Pulley driver
Motor
Pisau penghancuresPisau penghancur es
34
BAB V
KESIMPULAN
Berdasarkan perencanaan pada mesin penghancur es balok, dapat disimpulkan
sebagai berikut:
1. Elemen mesin dan komponen transmisi daya:
a. Poros
Momen puntir = 13011,3 kg.mm Tegangan geser izin = 5,83 kg/mm2
Tegangan geser timbul = 1,85 kg/mm2
Momen lentur =2054,05 kg.mm Tegangan maksimum = 1,87 kg/mm2
b. Bantalan
Beban bantalan = 30.418,75 kg Momen lentur maksimum = 15.209,375 kg.mm Momen tahanan lentur = 1533,2 kg/mm2
c. Transmisi Sabuk - Puli
2. Dari hasil perhitungan kapasitas produksi diperoleh hasil sebesar 33.411
kg/menit, dan mengingat berat es balok yang ada dipasaran rata-rata hanya
memiliki berat 25 kg, sehingga untuk 1 buah es balok dengan berat 25 kg
dibutuhkan waktu sekitar, 25 / 33,411 x 60 = 45 detik.
Puli kecilPuli yangdiputar
d2 = ϕ 300mm d1 = ϕ 75 mm
∅ = 33 mm Sabuk Tipe B
35
DAFTAR PUSTAKA
Sato Takeshi dan Sugiarto N., 1992, Menggambar Mesin Menurut Standar ISO,Pradnya Paramita, Jakarta.
Sularso, 1987, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, PradnyaParamita, Jakarta.
Khurmi, R. S., J. K. Grupta, 1982, A Text Book of Mache design, Mc. Graw HillPublishing Company Ltd, New Delhi.
Nierman, G., 1986, Elemen Mesin, Penerbit Erlangga, Jakarta
Sukirno, Umar, 1984, Bagian-bagian Mesin dan Merencana, Penerbit Erlangga,Jakarta
Wirawan N. Moh, 2006, Perancangan mesin penghancur es balok untuk ikan,Tugas Akhir.
www.bergab.ruБepr AБ [email protected] TeПSKF precision bearings
www.ppipella.com