PERENCANAAN MESIN PEMOTONG KACANG TANAH UNTUK MENINGKATKAN MENINGKATKAN PRODUKTIVITAS REMPEYEK DI DESA TEMPELWETAN TEMPELWETAN NGANJUK
PERANCANGAN KONSTRUKSI MESIN
OLEH AGUS ANDIKA PUTRA NIM 140514605405
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN SEPTEMBER 2017
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Kabupaten Nganjuk adalah sebuah kabupaten di Provinsi Jawa Timur. Kabupaten ini berbatasan dengan Kabupaten dengan Kabupaten Bojonegoro di utara, Kabupaten Jombang di timur, Kabupaten timur, Kabupaten Kediri dan Kabupaten dan Kabupaten Ponorogo di selatan, serta Kabupaten Madiun di barat. Pada zaman Kerajaan Medang, Nganjuk dikenal dengan nama Anjuk Ladang yaitu yaitu Tanah kemenangan. kemenangan . Nganjuk juga dikenal dengan julukan Kota julukan Kota Angin. Angin. Berdasarkan data BPS tahun 2010, jumlah penduduk di Kabupaten Nganjuk sebanyak 1.017.030 dengan kurang lebih 36% penduduk tinggal di perkotaan dan sisanya 64% tinggal di pedesaan. Bicara tentang kabupaten Nganjuk tentu tidak terlepas dari makanan khas Nganjuk. Nganjuk memiliki berbagai macam makanan khas contohnya nasi becek, dumbleg, onde-onde njeblos, nasi tumpang, krupuk upil, tepo mbah umbruk dan nasi pecel. Nasi pecel merupakan perpaduan nasi, sayuran (kulup ( kulup), ), sambal kacang yang pedas dan rempeyek yang renyah. Nasi pecel sudah ada semenjak masa penjajahan Belanda. Buktinya, di Suriname, wilayah bekas jajahan Belanda juga terdapat pecel, meskipun ada perbedaan rasa di bumbu dan isinya, karena mengikuti selera dan keadaan di Suriname. Pecel biasanya terbuat dari rebusan sayuran berupa bayam, taoge, kacang panjang, kemangi, daun turi, krai (sejenis mentimun), atau sayuran lainnya yang dihidangkan dengan disiram sambal pecel. Bahan utama dari sambal pecel adalah kacang tanah sangrai dan cabai rawit yang dicampur dan ditumbuk dengan bahan lainnya seperti kencur, daun jeruk purut, bawang putih, asam jawa, gula merah, dan garam. Pecel sering juga dihidangkan dengan tempe goreng, rempeyek kacang, rempeyek ebi, rempeyek kedelai, rempeyek kacang. Pembuatan rempeyek kacang memerlukan proses pemotongan kacang tanah menjadi beberapa bagian kecil. Hal ters ebut dapat menghambat proses produksi rempeyek di Desa Tempelwetan Nganjuk.
Rempeyek dengan kacang tanah mampu meningkatkan kinerja otak serta memperkuat memori otak, kandungan vitamin B3 nya sangat dibutuhkan oleh otak untuk meningkatkan daya ingat pada anak-anak hingga lansia. Menambahkan rempeyek kacang pada saat kita makan efektif untuk pertumbuhan dan memperkuat memori otak. Melihat dari manfaat yang baik bagi tubuh maka hal inilah yang mendorong penulis untuk merencanakan sebuah mesin yang memiliki fungsi memotong kacang tanah. Kacang tanah ( Arachis hypogaea L.) merupakan tanaman legum terpenting setelah kedelai yang memiliki peran strategis dalam pangan nasional sebagai sumber protein dan minyak nabati. Sebagai bahan pangan dan makanan yang bergizi tinggi, kacang tanah mengandung lemak 40 – 50%, protein 27%, karbohidrat dan vitamin (Suprapto, 1999). Di Indonesia kacang tanah ditanam pada lahan sawah dan lahan kering dengan rata-rata produksi 1,0 – 2,0 ton/ha pada lahan sawah dan 0,5 – 1,5 ton/ha pada lahan kering (Harsono et al .,1997), sedangkan rata-rata produksi di tingkat petani di b awah 1,0 ton/ha (Barus et al., 2000). Menurut Arsyad dan Asadi (1993) hasil kacang tanah dapat mencapai 2,0 ton/ha di lahan sawah, bahkan menurut Adisarwanto et al. (1993), Sudaryono dan Indrawati (2001) potensinya dapat mencapai lebih dari 4 ton/ha. Oleh karena itu, pada Matakuliah Perancangan Konstruksi Mesin ini penulis bermaksud untuk merancang mesin yang berjudul “Perencanaan Mesin
Pemotong K acang Tanah Untuk Meningkatkan Produktivitas R empeyek D i Desa Tempelwetan Nganjuk” . Penulis berharap mesin ini dapat meringankan
masyarakat
khususnya
di
Desa
Tempelwetan
dalam
meningkatkan
produktivitas pembuatan rempeyek kacang. 1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang permasalahan yang telah dijelaskan diatas, terdapat beberapa rumusan solusi permasalahan, antara lain sebagai berikut: 1. Bagaimana prinsip kerja mesin pemotong kacang tanah? 2. Bagaimana perhitungan konstruksi mesin pemotong kacang tanah? 3. Bagaimana mendesain konstruksi mesin pemotong kacang tanah?
4. Bagaimana proses pemeliharaan dan perawatan mesin mesin pemotong kacang tanah? 1.3 Tujuan
Tujuan dari perancangan mesin pemotong kacang tanah ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui prinsip kerja mesin pemotong kacang tanah. 2. Untuk mengetahui perhitungan konstruksi mesin pemotong kacang tanah. 3. Untuk mengetahui desain konstruksi mesin pemotong kacang tanah. 4. Untuk mengetahui proses pemeliharaan dan perawatan mesin mesin pemotong kacang tanah. 1.4 Batasan Masalah
Komponen-komponen yang terdapat pada perancangan konstruksi mesin ini meliputi: 1. Pisau Potong 2. Daya motor 3. V-belt 4. Pulley 5. Poros 1.5 Manfaat Perancangan
Berdasarkan rumusan dan tujuan yang telah diuraikan diatas maka manfaat dari perancangan konstruksi mesin ini adalah: 1. Bagi penulis a. Dapat menerapkan pengetahuan yang diperoleh dari perkuliahan. b. Untuk menambah ilmu pengetahuan dalam merancang konstruksi mesin. c. Dapat menghitung dan menganalisa mesin yang akan dibuat. 2. Bagi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Malang a. Menambahkan motivasi dari pengerjaan memodifikasi mesin pemotong kacang tanah untuk selanjutnya. b. Dapat membangun kerjasama antara lembaga pendidikan dengan dunia perdagangan.
c. Memberikan gagasan baru untuk mesin pemotong kacang tanah. 3. Bagi masyarakat a. Meringankan pekerjaan serta menghasilkan irisan kacang tanah sesuai dengan yang diinginkan. b. Menghemat waktu dalam proses pemotongan kacang tanah. c. Meningkatkan kesejahteraan dengan memaksimalkan teknologi tepat guna.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kacang Tanah
Kacang tanah merupakan tanaman pangan berupa semak yang berasal dari Amerika Selatan, tepatnya berasal dari Brazilia. Penanaman pertama kali dilakukan oleh orang Indian (suku asli bangsa Amerika) (Prihatman, 2000). Kacang tanah memiliki kandungan protein 25-30%, lemak 40-50%, karbohidrat 12% serta vitamin B1. Kacang tanah mengandung anti oksidan, yaitu senyawa tokoferol, selain itu mengandung arakhidonat, dan mineral (Kalsium, Magnesium, Phosphor, dan Sulfur), serta vitamin (riboflavin, thianin, asam nikotinik, vitamin E, dan vitamin A). Hal ini menempatkan Kacang tanah sebagai tanaman legum ke-2 di Indonesia setelah kedelai (Cibro, 2008).
Gambar 2.1 Kacang Tanah Produksi kacang tanah di Indonesia per hektar masih belum dapat optimal, antara lain karena : teknik budidaya, hama penyakit, varietas, persaingan dengan komoditi lain, juga lamanya periode kekeringan serta luas lahan pertanian yang semakin sedikit karena telah beralih fungsi jadi pemukiman, pembangunan sarana dan prasarana sosial (Ritonga dkk , 2008). Kacang tanah adalah hasil tanaman kacang tanah ( Arachis hypogaea L.) berupa polong (gelondongan) dan/atau biji (wose) yang telah dikupas dan dibersihkan dari kulit polongnya (BSN, 2010). Kandungan gizi kacang tanah dalam 100 gram bahan dari bagian yang dapat dimakan (b.d.d.nya).
Tabel 2.1. Kandungan Gizi Kacang Tanah Kandungan Gizi Kandungan Kalori (kal) 452 Protein (g) 25,3 Lemak (g) 42,8 Karbohidrat (g) 21,1 Kalsium (mg) 58 Fosfor (mg) 335 Zat besi (mg) 1,3 Vitamin B1 (mg) 0,30 Vitamin C (mg) 3 Sumber: Direktorat Gizi Departemen Kesehatan Republik Indonesia, 1981. Kacang tanah mengandung bahan-bahan yang sangat dibutuhkan untuk menunjang kesehatan tubuh manusia, antara lain:
Kaya protein.
Dengan kandungan protein 26-28% konsumsi kacang tanah sekali makan (25 g) dapat memberi sumbangan protein 12% dari angka kecukupan gizi (AKG) per hari. Kadar protein kacang tanah lebih tinggi daripada telur, susu, dan daging.
Menyimpan energi lebih lama.
Kacang tanah mempunyai indeks glisemik rendah. Tenaga yang dihasilkan dari kacang tanah dilepaskan ke sistem peredaran darah secara berangsurangsur dan stabil. Oleh karena itu kadar gula darah akan naik secara perlahan, sehingga kita merasa kenyang dan bertenaga lebih lama.
Serat alami tinggi.
Kacang tanah mengandung serat lebih tinggi. Serat makanan berperan penting dalam mengurangi resiko terserang kanker, pengendalian kolesterol, dan kadar gula darah.
Mencegah serangan kanker dan penyakit jantung.
Kacang tanah mengandung antioksidan (beta-sitosterol dan reversatrol) yang terbukti mampu menekan pertumbuhan kanker dan mengurangi resiko penyakit jantung.
Meningkatkan kekebalan tubuh.
Kacang tanah juga mengandung kadar arginin tinggi, yaitu asam amino yang berguna untuk mencegah serangan jantung dan kanker, memperkuat
kekebalan
tubuh,
memperkuat
perkembangan
otot,
mempercepat
penyembuhan luka, mengurangi rasa letih dan menyembuhkan impotensi.
2.2 Mesin Pemotong Kacang Tanah
Untuk pembuatan rempeyek kacang tanah diperlukan mesin guna mempercepat proses pengirisannya, yang disebut Mesin Pemotong Kacang Tanah. Kapasitas mesin ditentukan oleh kebutuhan industri atau berdasarkan konsumen. Proses operasional mesin cukup mudah, yaitu dengan mengumpan kacang tanah pada mata pisau yang dipasang pada poros yang berputar. Mesin Pemotong Kacang Tanah merupakan alat bantu untuk memotong kacang tanah menjadi potongan-potongan tipis dengan ketebalan ± 1 s.d 2 mm. Bukan hanya itu saja, mesin ini juga dapat menghasilkan hasil rajangan dengan ketebalan yang sama, waktu pemotongan menjadi cepat. Mesin pemotong kacang tanah ini mempunyai sistem transmisi berupa pulley. Bila motor listrik dihidupkan, maka akan berputar kemudian gerak putar dari motor ditransmisikan ke pulley 1, kemudian dari pulley 1 ditransmisikan ke belt untuk menggerakkan pulley 2. Jika pulley 2 berputar maka akan menggerakkan poros yang dimana poros ini dipasang pisau pemotong untuk memotong kacang tanah. Hasil produksi yang diharapkan pada mesin ini mampu menghasilkan rajangan kacang tanah sebanyak 1 kg dalam waktu 1,5 menit lebih banyak dibandingkan perajang manual yang mampu menghasilkan rajangan kacang tanah sebanyak 1 kg dalam waktu 20 menit. Waktu yang dibutuhkan untuk setiap perajangan kacang tanah adalah 1 detik. Jadi dalam satu jamnya mesin ini dapat menghasilkan rajangan kacang tanah sebanyak 40 kg lebih banyak dibandingkan dengan perajang manual yang hanya dapat menghasilkan rajangan kacang tanah sebanyak 3 kg dalam satu jamnya. Namun, perlu diingat juga waktu tersebut terhitung dari waktu efektif tanpa adanya istirahat, penambahan bahan kacang tanah, dan kerusakan mesin maupun hal lainnya seperti pergantian operator dan lainnya. Potongan kacang tanah hasil rajangan ini berbentuk lingkaran.
2.3 Pemotongan dan Pengirisan
Memotong adalah pekerjaan yang dilakukan untuk mengecilkan ukuran suatu bahan baik dengan pisau atau dengan alat pemotong lainnya pada arah melintang panjang serat bahan. Ukuran dari bahan yang terbentuk relatif panjang atau tebal. Mengiris adalah mengecilkan ukuran suatu bahan dengan menggunakan pisau untuk mendapatkan ukuran panjang lebih kecil dan tipis dengan arah melintang atau sejajar panjang bahan yang dipotong (Supriadi, 2001 dalam Kuswono, 2007). Adapun mekanisme memotong dan mengiris adalah sebagai berikut : 1. Memotong Tujuan pemotongan untuk mengecilkan atau memperpendek bahan. Bentuk dan ukurannya kadang-kadang tidak diperhatikan, tetapi dapat pula disesuaikan dengan keperluan. Untuk mencegah kerusakan struktur bahan yang dipotong misalnya menjadi memar, baik pada pemotongan dengan menggunakan mesin maupun secara manual. 2. Mengiris Walaupun pada dasarnya mengiris dan memotong adalah sama, tetapi pengirisan yang dilakukan baik di atas landasan ataupun tidak biasanya menggunakan pisau atau alat lain yang sesuai dengan keperluan. Pengirisan dilakukan untuk mendapatkan produk yang tipis dan seragam. Arah pengirisan dapat dilakukan kesegala arah. Ukuran lebar pengirisan relatif lebih besar bila dibandingkan dengan tebalnya. Pada pengirisan produk yang didapatkan diharapkan mempunyai struktur dan bentuk yang baik serta seragam (Supriadi, 2001 dalam Kuswono, 2007).
2.4 Pisau Potong
Pisau adalah logam yang mempunyai sudut ketajaman yang digunakan untuk memotong atau merajang suatu benda. Bahan pisau biasan ya terbuat dari lempengan baja dengan ketebalan tertentu, dengan ujung diberi sudut kemiringan yang berfungsi sebagai mata pisau. Pada mesin pemotong kacang tanah ini digunakan pisau untuk mengiris bahan baku yaitu baja karbon yang tersedia dipasaran karena faktor kerapian hasil pemasahan, pada umumnya
berbahan dari S 40 C. Bahan S40 C memiliki komposisi kimia yang ditunjukkan pada tabel 2.2. Tabel 2.2. komposisi kimia pisau potong S 40 C Nama Unsur
Jumlah
Karbon (C)
0,37-0,43 %
Silicon (Si)
0,15-0,35 %
Mangan (Mg)
0,6-0,9 %
Pospor (P)
0,03%
Sulphur (S)
0,035%
Massa jenis
7,85.10-6 kg/mm3
Kekuatan tarik (
)
55 kg/mm2
Ukuran pisau yang direncanakan:
Panjang pisau
Tebal mata pisau
Tegangan geser pisau
:
=
(Sularso & Suga, 1997:8)
2.5 Motor Listrik
Motor listrik digunakan untuk menggerakkan atau memutar poros pada mesin pemotong kacang tanah. Putaran dari motor ini akan ditransmisikan dengan menggunakan puli dan sabuk ( v-belt ).
Gambar 2.2 Motor Listrik Motor yang digunakan pada mesin ini adalah motor listrik dengan pertimbangan sebagai berikut: harga murah, mudah mengoperasikan, getaran yang ditimbulkan lebih kecil, tidak menimbulkan polusi, perawatannya mudah, hampir semua daerah terjangkau listrik.
Motor listrik adalah suatu alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Bagian terpenting dari elektro motor ini adalah stator dan motor. Stator Merupakan komponen yang sangat menentukan kinerja dari motor listrik, sehingga dapat dikatakan sebagai komponen utama dalam motor listrik. Fungsi dari stator ialah untuk menghasilkan medan listrik di sekitar rotor. Motor listrik dibedakan menjadi dua yaitu: motor listrik arus bolak-balik (AC) dan motor listrik arus searah (DC). Satuan motor listrik dibedakan menjadi dua yaitu: USC (US Customer Sistem), sa tuan yang digunakan adalah Horse Power atau biasa disebut HP dan SI (Satuan Indonesia), satuan yang digunakan yaitu watt. Jika n1 (rpm) adalah putaran dari poros listrik dan T (kg.mm) adalah torsi pada poros motor listrik, maka besarnya daya P (kW) yang diperlukan untuk menggerakkan sistem adalah:
= ,×
(Sularso, 1997)
Dengan: P = daya motor listrik (kW) T = torsi (kg.mm) Besarnya daya penggerak dapat dicari dengan rumus: .( ) (Sularso Dan Suga, 1997:7)
=
Dimana: Pd = daya pemotong (kW) T = torsi (kg.mm) n = putaran motor listrik (rpm)
2.6 Pulley
Puli V-belt merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya seperti halnya sproket rantai dan roda gigi. Bentuk puli adalah bulat dengan ketebalan tertentu, di tengah-tengah puli terdapat lubang poros (lihat gambar 2.3). Puli pada umumnya dibuat dari besi cor kelabu FC 20 atau FC 30, dan adapula yang terbuat dari baja.
Gambar 2.3 pulley Perkembangan yang pesat dalam bidang penggerak pada berbagai mesin yang menggunakan motor listrik telah membuat arti sabuk untuk alat penggerak menjadi berkurang. Akan tetapi, sifat elastisitas daya dari sabuk untuk menampung kejutan dan getaran pada saat transmisi membuat sabuk tetap dimanfaatkan untuk mentransmisikan daya dari penggerak pada mesin perkakas. Keuntungan jika menggunakan puli : 1. Bidang kontak sabuk-puli luas, tegangan puli biasanya lebih kecil sehingga lebar puli bisa dikurangi. 2. Tidak menimbulkan suara yang bising dan lebih tenang. 2.7 V-Belt
Sabuk atau belt terbuat dari karet dan mempunyai penampung trapesium. Tenunan, teteron dan semacamnya digunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk-V dibelitkan pada alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulan dari sabuk-V jika dibandingkan dengan sabuk rata. Gambar 2.4 di bawah ini menunjukan berbagai porsi penampang sabuk-V yang umum dipakai.
Gambar 2.4. Konstruksi dan ukuran penampang sabuk-V (Sularso, 1994) Pemilihan puli V-belt sebagai elemen transmisi didasarkan atas pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut: 1. Dibandingkan roda gigi atau rantai, penggunaan sabuk lebih halus, tidak bersuara, sehingga akan mengurangi kebisingan. 2. Kecepatan putar pada transmisi sabuk lebih tinggi jika dibandingkan dengan belt. 3. Karena sifat penggunaan belt yang dapat selip, maka ji ka terjadi kemacetan atau gangguan pada salah satu elemen tidak akan menyebabkan kerusakan pada elemen lain. Perencanaan puli dan sabuk-V haruslah menggunakan suatu perhitungan. Rumus perhitungan puli dan sabuk-V antara lain untuk menentukan; perbandingan transmisi, kecepatan sabuk, dan panjang sabuk. Rumus perhitungan tersebt adalah sebagai berikut (Sularso, 1994): 1. Perbandingan transmisi
dimana: = putaran poros pertama (rpm) = Putaran poros kedua (rpm)
= diameter puli penggerak (mm) = diameter puli yang digerakan (mm) 2. Kecepatan sabuk
Dengan : v = kecepatan sabuk (m/s) d = diameter puli motor (mm) n = putaran motor listrik (rpm) 3. Panjang sabuk (lihat gambar 2.5)
L = 2C +
(dp + Dp) +
(Dp - dp)
dimana: L = panjang sabuk (mm) C = jarak sumbu poros (mm) D1 = diameter pulley penggerak (mm) D2 = diameter pulley poros (mm)
Gambar 2.5 Pulley 1 dan pulley 2
2.8 Poros 2.8.1 Macam-macam Poros
Poros merupakan bagian yang berputar, dimana terpasang elemen pemi nda gaya, seperti roda gigi, bantalan dan lain-lain. Poros berperan meneruskan daya bersama-sama dengan putaran. Pada umumnya poros meneruskan daya melalui
sabuk, roda gigi dan rantai dengan, dengan demikian poros menerima beban puntir dan lentur (Sularso, 1997). Putaran poros biasa ditumpu oleh satu atau lebih bantalan untuk meredam gesekan yang ditimbulkan, lihat gambar 2.6 di bawah ini.
Gambar 2.6 Poros di tumpu oleh dua bantalan Ada beberapa macam jenis poros, di antaranya yaitu : 1. Poros Transmisi Poros transmisi mendapat beban puntir murni atau beban puntir dan lentur. Poros transmisi berfungsi untuk meneruskan daya dari salah satu elemen ke elemen yang lain melalui kopling. 2. Spindel Spindel merupakan poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama pada mesin perkakas di mana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. 3. Gandar Poros gandar dipasang pada roda-roda kereta api barang, sehingga tidak mendapat beban puntir, terkadang poros gandar juga tidak boleh berputar. Gandar hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula yang memungkinkan mengalami beban puntir. 2.8.2 Hal-hal penting dalam perencanaan poros
Untuk merancanakan sebuah poros, hal-hal yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut: 1. Kekuatan poros Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur, atau gabungan antara puntir dan lentur. Poros juga ada yang mendapat beban
tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin, dan lain-lain. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan cukup kuat untuk menahan beban-beban seperti yang telah disebutkan di atas. 2. Kekakuan poros Meskipun sebuah poros telah memiliki kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian pada suatu mesin perkakas. Hal ini dapat berpengaruh pada getaran dan suaranya (misalnya pada turbin dan kota k roda gigi). Kekakuan poros juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan menggunakan poros tersebut. 3. Putaran kritis Bila kecepatan putar suatu mesin dinaikan, maka pada harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini dinamakan putaran kritis. Hal semacam ini dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrik yang dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya.jika memungkinkan, maka poros harus direncanakan sedemikian rupa, sehingga kerjanya menjadi lebih rendah daripada putaran kritisnya. 4. Korosi Penggunaan poros propeler pada pompa harus memilih bahan-bahan yang tahan korosi (termasuk plastik), karena akan terjadi kontak langsung dengan fluida yang bersifat korosif. Hal tersebut juga berlaku untuk poros-poros yang terancam kavitasi dan poros pada mesin-mesin yang berhenti lama. Usaha perlindungan dari korosi dapat pula dilakukan akan tetapi sampai batas-batas tertentu saja. 5. Bahan poros Poros pada mesin umumnya terbuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis. Meskipun demikian, bahan tersebut kelurusa nnya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya jika diberi alur pasak, karena ada tegangan sisa dalam terasnya. Akan tetapi, penarikan dingin juga dapat membuat permukaannya menjadi
keras dan kekuatannya bertambah besar. Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap kausan. Beberapa bahan yang dimaksud di antaranya adalah baja khrom, nikel, baja khrom nikel molibdem, dan lain-lain. Sekalipun demikian, pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasanya hanya untuk putaran tinggi dan beban berat saja. Hal ini perlu dipertimbangkan dalam pengguanaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan. 2.8.3 Rumus Perhitungan
Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi ( fc) maka daya rencana Pd (kW) sebagai patokan adalah:
= .
(Sularso, 1997:7)
Dengan: Pd = daya rencana (HP) Fc = faktor koreksi P = daya nominal output dari motor penggerak (HP)
= 9,74.10
(Sularso, 1997:7)
Dengan: T = momen puntir (N.mm) n1 = putaran motor penggerak (rpm) Tegangan geser:
= ×
(Sularso, 1997:8)
Maka diameter poros untuk beban puntir dan lentur:
= [ , ..]
(Sularso, 1997:8)
Dengan: ds = diameter poros (mm)
= tegangan geser (kg.mm ) 3
Kt = faktor koreksi untuk momen puntir Cb = faktor lenturan
BAB III PERANCANGAN PRODUK
3.1 Langkah Desain dan Pembuatan Alat Dalam pembuatan alat ini penyusun melewati beberapa proses atau tahapan sehingga pembuatan ini dapat tercapai dan selesei pada waktu yang ditentukan,
tahapan-tahapan
yang
perlu
dilalui
dari
awal
sampai
terselesaikannya alat seperti digambarkan pada diagram alir ( flowchart ) sebagai berikut: Mulai
Gambar Kerja
Landasan Teori
Identifikasi Masalah Menyiapkan Bahan
Perhitungan Komponen Mesin
Assembling Tidak Uji Coba Ya Selesei
Gambar 3.1 Diagram Flowchart
3.2 Perencanaan Pisau Bahan pisau yang dipilih adalah S 40 C karena baja karbon dengan kadar karbon 30%-40% bersifat keras dan biasanya digunakan dalam poros engkol, boiler dan pisau penggiling. Dalam pembuatan baja karbon biasanya ditambah dengan beberapa unsur campuran seperti Sulfur (S), Fosfor (P), Silicon (Si), dan Mangan (Mn) yang jumlahnya dibatasi. Karbon ditambahkan
untuk meningkatkan kekerasan dan kekuatan
melalui perlakuan pemanasan. Mangan (Mn) ditambahkan ke baja akan memperbaiki sifat hot working dan meningkatkan kekuatan, ketangguhan dan penampilan yang lebih bersih dan mengkilat. Silikon (Si) ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dengan membentuk larutan padat di ferit. Sulfur (S) saat ditambahkan dalam jumlah kecil sulfur dapat memperbaiki kekuatan bahan tapi tidak menyebabkan hot shortness. Hot shortness merupakan fenomena getas pada kondisi suhu tinggi yang disebabkan oleh sulfur. Fosfor (P) ditambahkan dengan sulfur untuk memperbaiki kekuatan di baja paduan rendah. Dengan penambahan sedikit unsur fosfor dapat membantu meningkatkan kekuatan dan ketahanan korosi. Baja karbon S 40 C memiliki komposisi unsur sebagai berikut: Tabel 3.1. Komposisi unsur baja karbon S 40 C Nama Unsur
Jumlah
Karbon (C)
0,37-0,43 %
Silicon (Si)
0,15-0,35 %
Mangan (Mg)
0,6-0,9 %
Pospor (P)
0,03%
Sulphur (S)
0,035%
Massa jenis
7,85.10-6 kg/mm3
Kekuatan tarik (
)
55 kg/mm2
Ukuran pisau yang direncanakan:
Panjang pisau
: 50 mm
Tebal mata pisau
: 10 mm
Tegangan geser pisau
:
=
(Sularso & Suga, 1997:8)
55 / = 8 ∴ = 6,875 / Dimana: Sf : faktor keamanan yang diambil nilai 8 dikarenakan pisau dalam perancangannya mendapat beban dinamis, untuk lebih jelasnya dapat dilihat di tabel 3.2. Tabel 3.2. Faktor keamanan Material
Steady Load
Live Load
Shock Load
5 to 6
8 to 12
16 to 20
Wrought Iron
4
7
10 to 15
Steel
4
8
12 to 16
Soft Material & Alloys
6
9
15
Leather
9
12
15
Timber
7
10 to 15
20
Cast Iron
(Khurmi, 2005: 102) 3.3 Gaya gesek dan daya poros Gaya gesek yang terjadi pada saat penggilingan perlu dihitung untuk mengetahui berapa daya motor yang sesuai untuk digunakan pada mesin pemotong kacang tanah ini. Dimana:
F = gaya (kg) N = gaya normal (kg) Ff = gaya gesek (kg) W = gaya berat (kg)
= koefisien gaya gesek Tabel koefisien gaya gesek dari beberapa bahan dapat dilihat pada tabel di bawah ini: (Young & Freedman, 2002: 133).
Tabel 3.3 Koefisien Gesekan No Bahan
Statik (
)
)
Kinetis (
1
Baja pada baja
0,74
0,57
2
Alumunium pada baja
0,61
0,47
3
Tembaga pada baja
0,53
0,36
4
Kuningan pada baja
0,51
0,44
5
Seng pada besi cor
0,85
0,21
6
Tembaga pada besi cor
1,05
0,29
7
Kaca pada kaca
0,94
0,40
8
Tembaga pada kaca
0,68
0,53
9
Teflon pada teflon
0,04
0,04
10
Telpon pada baja
0,04
0,04
11
Karet pada beton (kering)
1,0
0,8
12
Karet pada beton (basah)
0,30
0,25
Daya yang dihasilkan oleh motor listrik ditransmisikan ke poros pemotong melalui sabuk-V. Daya motor tersebut seolah-olah akan dihambat oleh gesekan yang terjadi saat memotong kacang tanah. Dari hasil pengukuran 1 kacang tanah yang dijadikan sampel diperoleh data sebagai berikut: 1. Berat Kacang Tanah (W)
: 15 gram
2. Panjang Kacang Tanah
: 8 mm
3. Diameter Kacang Tanah
: 5 mm
Gaya normal (N) sama dengan berat kacang tanah. Koefisien gesek yang dipakai adalah koefisien gesek karet pada beton (kering) yaitu
=1,0.
Sehingga gaya gesek yang terjadi saat memotong 1 buah kacang tanah dapat dihitung sebagai berikut:
× = 1,0 × 0,015 = 0,015 kg = 0,147 N
Ff =
Diameter roda pemotong yaitu 100 mm, maka torsi yang terjadi adalah: T = F.r T = 0,147 N
× 0,05 m = 0,00735 N.m
Kecepatan sudut putaran adalah
2×3,14×1450 = 151,76 / = 2 = 60 60 Daya yang dibutuhkan untuk memotong 1 kacang tanah yaitu P = T.
P = 0,00735 Nm
× 151,76 rad/s
P = 1,115 Watt Kacang yang mampu dipotong dengan daya motor 0,25 atau s etara 186,5 watt, yaitu:
, = , = 167 ℎ
Kacang yang dipotong =
3.4 Poros 3.4.1 Analisis Kekuatan Poros pada Motor Penggerak Bahan poros yang direncanakan dibuat dari baja karbon S30C dengan kekuatan tarik 48 kg/mm 2. Tegangan geser:
= ×
(Sularso, 1997:8)
= tegangan geser ijin (kg.mm ) = kekuatan tarik bahan (kg.mm ) = faktor keamanan bahan = faktor keamanan akibat alur pasak 2
Dimana:
2
Perhitungan perencanaan poros sebagai berikut: 1) Daya yang ditransmisikan: P= 186,5 watt = 0,1865 kW, n 1 = 1450 rpm 2) fc=1,4 3) Untuk daya rencana (Pd) adalah
×
×
Pd =fc P =1,4 0,1865 = 0,2611 kW 4) Torsi pada poros:
, × × = 9,74×10 × = 175,387 kg.mm
T1= 9,74 105
5
5) Pemilihan jenis bahan poros menggunakan baja karbon S30C-D Bahan poros S30C-D,
=48 kg/mm , = 6, = 2 2
6) Tegangan geser ijin bahan adalah:
= = 4 kg/mm = × ×
2
Cb = 2,0 dan Kt = 2,0 7) Diameter poros adalah:
, = [ , ..] = [ × 2 × 2 × 175,387]/ = 9,63 mm ≈10 mm 8) Tegangan geser yang timbul:
,×, = = ,. , = 1,001 kg/mm
2
Dari hasil perhitungan diatas dapat dilihat bahwa diameter poros 10 mm, tegangan ijin
= 4 kg/mm , dan = 2
1,001 kg/mm 2. Jadi dapat
disimpulkan bahwa poros aman untuk digunakan karena
> .
3.4.2 Analisis Kekuatan Poros pada Pemotong Bahan poros yang direncanakan dibuat dari baja karbon S30C dengan kekuatan tarik 48 kg/mm 2. Tegangan geser:
= ×
(Sularso, 1997:8)
= tegangan geser ijin (kg.mm ) = kekuatan tarik bahan (kg.mm ) = faktor keamanan bahan = faktor keamanan akibat alur pasak 2
Dimana:
2
Perhitungan perencanaan poros sebagai berikut: 1) Daya yang ditransmisikan: P= 186,5 watt = 0,1865 kW, n 2 = 700 rpm 2) fc=1,4 3) Untuk daya rencana (Pd) adalah
×
×
Pd =fc P =1,4 0,1865 = 0,2611 kW 4) Torsi pada poros:
, × × = 9,74×10 × = 363,302 kg.mm
T2= 9,74 105
5
5) Pemilihan jenis bahan poros menggunakan baja karbon S30C-D Bahan poros S30C-D,
=48 kg/mm , = 6, = 2 2
6) Tegangan geser ijin bahan adalah:
= = 4 kg/mm = × ×
2
Cb = 2,0 dan Kt = 2,0 7) Diameter poros adalah:
, = [ , .. ] = [ × 2 × 2 × 363,302]/ =12,28 mm ≈15 mm 8) Tegangan geser yang timbul:
,×, = = ,. , = 1,0005 kg/mm
2
Dari hasil perhitungan diatas dapat dilihat bahwa diameter poros 15
= 4 kg/mm , dan = 1,0005 kg/mm . Jadi dapat disimpulkan bahwa poros aman untuk digunakan karena > . mm, tegangan ijin
2
2
