BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) di zaman moderen ini, maka manusia berusaha untuk menciptakan atau membuat suatu peralatan yang lebih efisien dan praktis yang dapat membantu bahkan menggantikan tenaga manusia dengan alat bantu yaitu berupa mesin.
Dinamo atau yang lebih kita kenal dengan motor listrik merupakan sebuah perangkat elektro magnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk , misalnya memuter impeler pompa, fan atau blower, menggerakkan kompresor, mengangkat bahan dll. Kebutuhan dinamo kian meningkat, dinamo digunakan juga pada alat rumah tangga seperti mixer, borlistrik, fan angin dll serta di industri. Dinamo kadang kala disebut kuda kerja nya industri sebab diperkirakan bahwa motor motor menggunakan sekitar 70% beban listri total t otal di industri.
Salah satu komponen yang penting dalam sebuah dinamo adalah spul. Spul adalah kumparan kawat tembaga yang sangat baik dalam mengalirkan listrik (konduktor). Fungsi spul pada dinamo sebagai elektro magnetik yang menghasilkan gaya mekanis untuk memutar rotor pada motor listrik dinamo.
1
Salah satu cara yang digunakan untuk menggulung spul pada dinamo dengan cara manual. Cara ini kurang efisien, maka itu perlu usaha usaha untukmeningkatkan kebiasaan kebiasaan lama tersebut. Selama proses penggulungan yang ekstra juga membutuhkan waktu yang lama untuk menggulung spul dinamo.
Melihat kondisi tersebut penulis sangat tertarik untuk merancang suatu mesin penggulung sepul dinamo yang mempunyai konstriksi sederhana yang mudah dalam pembuatan dan perawatannya. perawatannya. Oleh karena itu penulis memberi judul : “Rancang Bangun Mesin Penggulung Spul Dinamo”.
B. Batasan Masalah
Karena luasnya permasalan, penulis merasa perlu untuk membatasi masalah yang akan dibahas pada laporan l aporan ini, mengingat keterbatasan kemampuan, waktu, tempat, pengalaman, dan lain lain.
Adapun hal hal yang akan dibahas dalam rancang bangun ini adalah sebagai berikut : 1. Prinsip dan cara kerja mesin penggulung spul dinamao ini. 2. Perancangan dan fungsi dari masing masing komponen mesin tersebut. 3. Perhitungan komponen mesin penggulung spul dinamo, antara lain daya mesin penggerak , pemilihan bahan serta perincian biaya 4. Gambar kerja dari mesin penggulung spul dinamo ini. 2
C. Tujuan
Tujuan penulisan laporan rancang bangun ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat merancang dan membangun suatu mesin yang dapat menggulung spul pada dinamo; 2. Dapat melakukan pengoprasian mesin; 3. Dapat mengaplikan disiplin ilmu yang didapat dibangku kuliah secara teori dan praktek; 4. Sacara akademis, laporan ini bertujuan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan Program Studi Diploma 3 Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan
D. Manfaat
Laporan tugas akhir ini diharapkan bermanfaat bagi : 1. Mahasiswa yang akan membahas dan mendesign hal yang sama. 2. Pelaku industri yang memakai jasa mesin ini dalam industrinya. 3. Siapa saja yang membacanya untuk menambah menambah wawasan tentang rancang bangun mesin penggulung spul dinamao ini. 4. Penulis sendiri, untuk menambah pengetahuan dan wawasan serta pengalaman yang kelak berguna setelah bekerja atau terjun kelapangan kerja.
3
E. Teknik Pengumpulan Data
Dalam penulisan laporan tugas akhir ini dibutukhan data data akurat yang benar, agar kelayakan sebuah lapora tugas akhir ini dapat dipertanggung jawabkan.
Teknik pengumpulan data yang dilakukan penulis adalah : 1. Dengan mencari data data dari buku buku (literatur) yang berhubungan dengan hak hal yang akan dibahas; 2. Konsultasi dengan Dosen Pembimbing dan pihak pihak yang mengetahui perancangan mesin. 3. Melakukan pengamatan (Observasi) terhadap mesin mesi; yang memiliki prinsip kerja yang hampir sama dengan mesin penggulung spul dinamo; 4. Teknologi internet yang sangat membantu dalam mencari bahan bahan referinsi referinsi setiap setiap permasalahan.
4
BAB II TEORI DASAR
A. Gambaran umum umum Mesin Penggulung Spul
Mesin penggulung spul pada dinamo merupakan rancang bangun yang di rancang dalam ukuran sedang, sehingga penggunaan dan pemakaian dalam penggulungan spul pada dinamo lebih praktis. Suatu rancangan mesin perlu memperhatikan langkah langkah dan prosedur pengerjaannya, untuk itu dalam perancangan mesin ini penulis mengikuti tahapan design dan perancangan dasar element mesin diantaranya sebagai berikut : 1. Menentukan bentuk rancangan, bagai mana mesin harus dibuat dan apakah berkaitan dengan design yang ada; 2. Menentukan ukuran ukuran utama dalam perhitungan yang kasar; 3. Menentukan alternatif alternatif dengan sketsa tangan, daya guna mesin yang efektif, dan bentuk yang menarik; 4. Pemilihan bahan; 5. Merancang element element mesin, gambar kerja bengkel setelah merancang bagian utama mesin, dan ukuran ukuran terperinci dari setiap element mesin. Mesin ini konstruksinya sangat sederhana, pada dasarnya memiliki dudukan, pully, gearbox, tunggu penggulung kawat listrik yang dibelah menjadi dua bagian yang simetris yang berguna sebagai dudukan kawat listrik saat pengalami proses penggulungan. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut.
5
Gambar 2.1 mesin penggulung dinamo B. Pengenalan Dinamo
Dalam ilmu fisika, teknoligi rekayasa kelistrikan, dan teknologi rekayasa permesinan yang dinamakan mesin listrik.
Dinamo adalah suatu alat yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik. Dinamo termasuk alat kategori mesin listrik dinamis dan termasuk merupakan sebuah perangkat elektro magnetik yeng merubah energi listrik menjadi energi mekanik. Dinamo kadang kala disebut kuda kerja nya industri, sebab diperkirakan bahwa motor motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total industri.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis dinamo (motor listrik) secara umum adah sama, yaitu :
6
1. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya; 2. Jika kawat yang membawakan arus dibengkokkan dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapat gaya pada arah yang berlawanan; 3. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torsi untuk memutar kumparan; 4. Motor motor memiliki beberapa loop pada dindmonya untuk memberikan tenaga putar yeng lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektro magnetik yang disebut kumparan medan. Dinamo (motor listrik) sudah menjadi kebutuhan kita sehari hari untuk menggerakkan peralatan dan mesin yang membantu pekerjaan kita. Energi mekanik ini digunakan untuk memutar baling baling pada kipas angin, digunakan motor listrik, memutar impeler pompa, fan atau at au blower,menggerakan kompresor, kompresor, mengangkat beban, dan lain lain di industri dan digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga t angga (seperti : mixer,bor listrik, kipas angin dll). Mesin mesin pertanian terutama mesin pengolahan hasil pertanian dan mesin mesin industri pun banyak menggunakan tenaga putarnya dari motor listrik. Pada motor bakar, motor listrik digunakan sebagai motor stater. Pada traktor pertanian, motor listrik digunakan motor stater dan wiper. Penggunaan motor listrik ini semangkin berkembang karena memiliki keunggulan dibandingkan motor bakar, misalnya : 1. Kebisingan dan getaran lebih rendah; 2. Kecepatan motor dapat diatur; 7
3. Lebih bersih; 4. Lebih kompak; dan 5. Hemat dalam pemeliharaan.
Gambar 2.2 Dinamo (motor Listrik) 1. Komponen Komponen Dinamo (Motor Listrik) Dinamo (motor listrik) mempunyai 2 dua bagian utama yaitu: a. Bagian Stator Stator adalah bagian yang tidak bergerak yang terdiri dari rumah dan kutub magnet, bagian inilah yang disebut kesing yang berfungsi sebagai pelindung motor dari luar. Bagian stator juga ada yang disebut keren dan gulungan tembaga yang dimaksud juga sebagai stator. Keren adalah bagian yang terdapat didalam motor yang berbentuk seperti parit parit untuk meletakkan atu sebagai tempat gulungan kawat tembaga yang akan dialiri arus listrik. Gulungan kawat tembaga adalah bagian atau komponen pada motor listrik yang berfungsi sebagai penghasil medan magnet yang akan memutarkan rotor.
8
b. Bagian Rotor Rotor adalah bagian yan bergerak, bagian inilah hasil dari putaran motor yang dimanfaat kan untuk menggerakkan atau mengoprasikan mengoprasikan sesuatu yang dapat meringankan pekerjaan manusia. Misalnya memutar impeler pada pompa, untuk menggeraakkan kipas angin, dan lain lain.
Gambar 2.3 Stator dan Rotor
2. Kerusakan Dinamo (Motor Listrik) Usia sebuah dinamo dinamo (motor listrik) listrik) dapat mencapai 20 tahun atau lebih, dengan preventif dan prediktif maintenence yang terintegrasi dan dilaksanakan dengan baik. Tetapi diluar perkiraan masih banyak rotor yang mengalami kerusakan dini bahkan kerusakan fatal. Dibawah ini beberapa tanda tanda untuk mengetahui sebab sebab kerusakan, sebagai referensi dalam mencari atau menganalisa / root couse analisis. Kerusakan dinamo tidak hanya tua umur atau lama jam dioprasiakan. Sres karena panas, power suplay tidak t idak normal, hummiditas/lembab, kontaminasi, pelumasan tidak baik, beban mekanis berlebikan, 9
semuaitu menyebabkan degradasi komponendinamo dan mengakibatkan kerusakan. Environment Environment atau kondisi oprasi oprasi (electrical/meckanical) (electrical/meckanical) yang yang buruk akan memperpendek umur dari stator winding motor listrik. Kerusakan winding winding seperti gambar gambar dibawah ini , terutama terutama karena panas. Mengidentifikasi kerusakan dan mengetahui kerusakan dan mengetahui sebab sebab kerusakan adalah penting, agar kita dapat mempersiapkan mempersiapkan pencegahan apa yang seharusnya dilakukan. a. Gulungan Kawat Tembaga pada Kondisi Normal Dibawah ini memperlihatkan winding dalam kondisi baik, warna jernih merata, tidak ada tanda panas berlebih/over heating, tidah ada kotoran debu, tidak ada kotoran dari grease akibat over greasing.
Gambar 2.4 kerusakan yang terjadi pada dinamo b. Kerusakan yang terjadi karena satu phase terputus Kerusakan satu phase winding (winding hubungan delta). Jika satu phase terputus, maka beban dipikul oleh dua phase tersebut mengalami overload. Kerusakan ini diakibatkan :
10
1) Rusaknya sekring; 2) Kontraktor terbuka satu; dan 3) Rusaknya email pada salah satu kawat tembaga. c. Rusaknya Gulungan Akibat Overload Kerusakan semua phase karena (thermal deteriorasi isolasi) ini akibat beban atau load yang melebihi kapasitas motor.
Gambar 2.5 Kerusakan yang terjadi pada dinamo akibat overload
C. Komponen Komponen Utama Mesin Penggulung Spul Dinamo
1. Kerangka Mesin Kerangka mesin adalah bagian utama dari mesin yang berfungsi untuk menumpu atau pendukung komponen komponen mesin yang lain. Dalam hal ini bentuk, ukuran dan kekuatan dari rangka harus diperhatikan karena disamping berfungsi sebagai penumpu, rangka yang sesuai dengan kebutuhan mesin akan menambah nilai jual pada mesin tersebut. 11
Pada mesin penggulung spul pada motor listrik ini krang ka yang digunakan adalah baja profil kotak dengan ukuran 50 x 50 x 1200 (mm). Untuk menumpu beban dari komponen mesin dan plat baja yang digunakan untuk menutup mesin agar menambah nilai jual pada mesin penggulung spul pada motor listrik ini.
2. Motor listrik Motor listrik berfungsi sebagai sumber penggerak bagi komponen komponen mesin yang lainnya yang akan berputar sesuai dengan prinsip kerja dari komponen komponen tersebut. Adapun spesifikasi motor yang digunakan pada mesin ini adalah sebagai berikut :
Daya
: 1 Hp
Putaran
: 1400 Rpm
Tegangan
: 220 Volt
Frekuensi
: 50 Hz
Merek
: Mikawa
Gambar 2.6 Motor Listrik 12
3. Gearbox Gearbox merupakan bagian mesin yang berfungsi untuk menurunkan putaran dan sebagai penerus daya putaran yang menghubungkan kepuli penggerak selanjutnya.
Gambar 2.7 Speed Speed Reducer 4. Puli Puli merupakan bagian mesin yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan putaran dan juga sebagai penerus daya untuk menghubungkan puli [enggerak (driver) dengan puli yang digerakkan (driven) dapat menggunakan sabuk V.
Gambar 2.8 Sabuk dan Puli 13
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 dibuatsabuk tetap dimanfaatkan untuk mentransmisikan daya dari penggerak pada mesin perkakas. Keuntungan jika menggunakan pulli : a. Bidang kontak sabuk sabuk puli luas, tegangan puli puli buasanya lebih lebih kecil sehingga lebar puli bisa dikurangi; dan b. Tidak menimbulkan suara yang bising.
5. Sabuk Sabuk atau belt terbuat dari karet dan mempunyai penampang penampang trapesium. Tenunan, teteron teteron dan semacamnya semacamnya digynakan digynakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk V dibelitkan pada alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabunk 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 transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulan dari sabuk V jika dibandingkan dengan sabuk rata. Gambar 2.9 dibawah ini menunjukkan berbagai porsi penampang sabuk V yang umum dipakai.
14
Gambar 2.9 Konstruksi dan ukuran penampang sabuk V (Sularso, 2004) Pemilihan puli puli V-belt sebagai element element transmisi didasarkan didasarkan atas pertimbangan pertimbangan sebagai berikut : a. Dibandingkan dengan roda gigi atau rantai, penggunaan sabuk lebih halus, tidak bersuara, sehingga akan mengurangi kebisingan; b. Kecepatan putar pada transmisi sabuk lebih tinggi jika dibandingkan dengan belt; dan c. Karena sifat penggunaan belt yang dapt slip, maka jika terjadi kemacetan atau gangguan pada salah satu element tidak akan menyebabkan kerusakan pada element yang lain.
6. Poros Poros salah satu element yang penting. Hampir semua mesin meneruskan putarannya bersama dengan tenaga (daya) 15
menggunakan poros. Meskipun mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntiran terlalu besar akan mengakibatkan ketidak telitian pada mesin. Karena itu, kekakuannya harus juga diperhatikan dan harus disesuaikan dengan jenis mesin yang akan dilayani oleh poros tersebut.
Gambar 2.10 Poros Ada beberapa macam jenis poros, diantaranya : a. Poros tranmisi Poros transmisi mendapat beban puntir murni atau beban puntur dan lentur. Poros trnsmisi berfungsi untuk meneruskan daya dari salah satu element yang lain melalui kopling. b. Sipdel Spindel merupakan poros transmisi yang relatif pendek, perti poros utama pada mesin perkakas dimana beban utamanya merupakan berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinyaa harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.
16
c. Gander Poros gander dipasang pada roda kereta api barang, sehingga tidak mendapat baban puntir, terkadan posos gandar juga tidak boleh berputar. Gandar hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula yang memungkan mengalami beban puntir. d. Hal hal penting 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 ada juga 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 bertenaga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan. Sebuah puros harus direncanakan cukup kuat untuk menahan beban seperti yang telah di sebutkan diatas. 2) Kekakuan poros Meskipun poros telah memiliki kejuatan yang cukup, tetapi jika lenturan atu defleksi puntirannya terlalu besar akan mengakibatkan ketidak telitian pada suatu mesin perkakas. Hal ini dapat mempengaruhi pada getaran dan suaranya (misalnya pada Turbin dan Kotak Roda Gigi). Kekakuan poros juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan menggunakan poros tersebut.
17
3) Putaran Kritis Bila kecepatan putar suatu mesin dinaikkan, maka pada harga putaran tertentu dapat terjadi putaran yang laur biasa besrnya, hal semacam ini dapat terjadi pada sebuahturbin, sebuahturbin, motor torak, torak, motor listrik listrik yang dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian bagian lainnya. Jika memungkinkan maka poros harus direncanakan sedemikian rupa, sehingga kerjanya lebih l ebih rendah daripada putaran kritisnya. 4) Korosi Pengunaan poros propeler pada pompa harus memilih bahan bahan yang tahan korosi (termasuk plastik), karena akan terjadi kontak langsung dengan fluida yang bersifat korosi. Hal tersebut juga berlaku untuk poros poros yang terancam kavitasi dan poros mesin yang berhenti lama. Usaha perlindungan dari korosi dapat pula dilakuakan akan tetapi sampai bats batas tertentu saja. 5) Bahan poros Poros pada mesin pada umumnya terbuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis. Meskipun demikian, bahan tersebut kelurusannya agak bekurang tetap dan dapt mengalami deformasa karena tegangan yang kurang seimbang misalnya jika diberi alur pasak, karena ada tegangan sisa pada teras nya. Akan tetapi, penarikan dingin juga dapat membuat permukaannya menjadi keran dan kekuatannya bertambah besar. Poros poros yang dipakai untuk meneruskan putarana tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan 18
dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap t erhadap keausan. Beberapa bahan yang dimaksut yang diantaranya adalah baja khrom, nikel baja khrom, nikel molibdem, dan lain lain. Sekalipun demikian pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya untuk putaran tinggi dan beban berat. Hal ini perlu dipertimbangkan dipertimbangkan dalam penggunaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan.
7. Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang dipakai dipasang guna untuk menumpu poros yang bergerak rotasi atau bolak balik, sehingga dapat berlangsung dengan halus, aman, dan memperpanjang umur komponen lainnya. Bentalan harus kokoh untuk kemungkinan poros serta elemen mesin yang lainnya bekerja dengan baik, maka tenaga dari seluruh komponen atau sistem akan menurun sehingga tidak dapat bekerja dengan semestinya.
8. Pengunci Sabuk Pengunci sabuk adalah elemen mesin yang berfungsi untuk memutuskan putaran yang berasal dari motor listrikyang diteruskan oleh sabuk menuju puli.
9. Mal Dudukan Mal dudukan adalah bagian yang berfungsi untuk menyetel dan mengatur celah kerapatan tempat gulungan, celah kerapatan 19
mal dapt diatur atur sesuai dengan ukuran panjang dari motor motor listrik yang akan digulung digulung berbeda beda sesuai daya yang terdapat di motor tersebut. Motor yang mempunyai daya 1 Hp akan bebeda pula dimensi yang dimiliki motor yang berdaya 2Hp.
10. Tungkul Gulungan Tungkul gulungan berfungsi sebagai alat tempat atau dudukan kawat lisrik atau spul yang akan digulung terbuat dari bahan plastis yang terbentuk tungkul kawat listrik yang simetri yang telah dibelah menjadi 2 dua bagian yang dipakai di mesin ini.
D. Pertimbanagan dan Penggunaan Mesin
Dalam penggunaan mesin penggulung spul pada motor listrik ini ada beberapa pertimbangan yang haris diperhatikan : 1. Sebelum menggiling spul lilitan, pastikan putaran motor konstan yaitu dengan cara menghidupkan motor selama _+ 1 menit; 2. Perhatikan spul lilitan yang akan digulung, jangan sampai tekikis lapisan email dan jangan sampai terjadi bengkokan yang tidak teratur; 3. Pada saat kawat lilitan yang akan digulung harus dilebihkan sedikit agar memudahkan dalam proses penyambungan ke konector penghubung; penghubung; 4. Ketika putaran motor konstan kawat listrik harus mendapat beban tarik untuk mendapatkan hasil gulungan yang maksimal.
20
BAB III PEMBAHASAN
A. Gambar Rancangan Mesin
Gambar 3.1 Mesin Penggulung Spul Dinamo Keterangan : 1. Kayu dudukan mal 2. Mal 3. Kayu penahan mal 4. Poros 5. Puly 6. Sabuk 7. Pengencang sabuk 8. Rangka 9. Motor 10. Gear box 21
B. Prisip Kerja Mesin
Ujung dari kawat tembaga atau spul lilitan dililitkan ditungkul gulungan atau mal yang terletak di ujung poros. Selanjunya mesin dihidupkan, puly 1 yang terdapat di Out Put motor dilanjutkan putarannya ke puly 2sebagai In Put yang terdapat di gear box menggunakan V-belt. Puly 3 yang terdapat di Out Put gear box yang telah di reduksi putarannya dari putaran 1400 rpm menja 23 rpm, diteruskan putarannya ke puly 4 yang terhubung ke
poros atas sebagai komponen komponen yang memutarkan mal mal dan tungkul gulungan dengan menggunakan V-belt. Kemudian kawat listrik yang telah dililitkan pada tungkul gulungan atau mal akan tegulung. Counter yang terdapat pada mesin ini akan membaca banyak lilitan yang terjadi.setiap lilitan yang terjadi akan terbaca pada counter sehingga memudahkan untuk mengetahui sudah berapa banyak lilitan yang terjadi. Setelah jumlah lilitan yang dibutuhkan di peroleh, tarik tuas pengencang sabuk untuk memberhentikan transmisi transmisi putaran dari puly 3 ke puly 4, sehingga putaran pada mal berhenti.
C. Perhitungan Komponen Mesin
1. Kapasitas Mesin
Dalam merancang sebuah mesin, kita mesti mengetahui seberapa besar kapasitas kapasitas yang mampu dikerjakan dikerjakan oleh mesin yang kita buat. Hal ini sangat penting, agar kita jadi tahu kapan kita akan mengalami break even point (titik impas), yaitu keadaan dimana kita telah mendapatkan modal yang telah kita keluarkan dalam pengerjaan mesin yang yang kita buat. 22
Kapsitas produktif mesin ditetapkan berdasarkan : a. Daya maksimal motor yang bisa digulung adalah 50 Hp; b. Diameter maksimal kumparan yang digulung adalah 40 Cm; C m; c. Diameter maksimal kawat yang digulung adalah 0,5 Cm.
2. Daya Motor
a. Daya aktual motor Daya aktual motor adalah daya yang di butuhkan atau dipakai oleh sebuah sebuah motor dalam beoprasi. beoprasi. Daya aktual motor diperoleh berdasarkan perhitungan. Adapun massa dari satu putaran kawat kumparan berdasarkan percobaan yang dilakukan terhadap kawat yang berdiameter 2 mm adalah 15 gram. Jumlah lilitan dalam satu kumparan sebanyak 100 lilitan. Maka,
Mlilitan
= 100 lilitan x 15 gram = 1500 gram =1,5 Kg
Mkayu penyangga
= 500 gram = 0,5 Kg
Mmal
= 300 gram = 0,3 Kg
Massa Poros : ρ
= m/v
mp
= ρxv
ρbaja = 7850 Kg/m3
Vporos = π/4 x (dp)2 x p = 3,14/4 x (0,019 m)2 x 0,5 m = 1,42 x 10-4 m3
23
Maka, Mp = 7850 Kg/m3 x (1,42x10-4 m3) = 1,11 Kg
Maka, massa total adalah : Mlilitan
= 1,5 Kg
Mmal
= 0,3 Kg
Mkayu penyangga
= 0,5 Kg
Mp
= 1,11 Kg
MTOTAL
= 3,41 Kg
1) Daya Kerja Ftg
= µ . MTOTAL . g + MTOTAL . a
dimana :
a : percepatan yang dibutuhkan untuk menggulung spul dinamo µ : nilai koefisien gesek yang biasumsikan dengan karet dan baja = 0,4 (Hanoto, Mekanika Teknik, Hal 37)
a = ω/t =
dimana : t = waktu yang dibutuhkan untuk untuk menggulung menggulung spul t = 2 [s] kerja ringan t = 4 [s] kerja kerja sedang sedang t = 6 [s] kerja berat (literatur buku Khurmi Khurmi R.S) a = ω/t =
a=
24
a=
a = 0,092 m/s2 Daya kerja : Ftg
= µ . MTOTAL . g + MTOTAL . a = 0,4 . 3,41 . 9,81 + 3,41 . 0,092 = 13,69 N
Maka Daya Kerja : P
= T . ω = Ftg . r . = 13,69 N . 0,0095 m . = 0,313 Watt
2) Daya Poros Daya rancang bangun ini tegangan tarik diasumsikan sama dengan 20% dari tegangan sabuk. Tegangan tarik sabuk adalah sebesar 25 N/mm2. Dalam hal ini tegangan geser yang diambil sebesar 45% dari tegangan tarik. (Sularso, Elemen Mesin, 1983, Hal 8).
= 20% x 25 N/mm2 = 5 N/mm2 Sehingga tegangan geser :
a a
= 45% x 5 N/mm2 = 2,25 N/mm2
Fs = a . A . µ Fs = 2,25 . (p . d) . 0,4 dimana :
p = panjang poros d = diameter poros
maka , 25
Fs = 2,25 x (500 x 19) x 0,4 Fs = 8550 N Maka Daya Poros : P
=T.ω
= Fs . r .
= 8550 N . 0,0095 m .
= 195,54 Watt 3) Daya Gulung P
= Fgulung
x
Fgulung = x a Bahan Poros dari ST 37, maka :
= 0,7 x 37 = 25,9 Kg/mm2 = 0,25 Kg/Cm2
a
= π/4 x d2
= 3,14/4 x (0,019)2 = 2,83 cm2 Fgulung = 0,25 x 2,83 = 0,708 Kg
P
= 0,708 x
x 9,81 m/s2
= 9,67 Watt Maka Daya Totalnya adalah P
= 0,313 + 195,54 + 9,67 = 205,5 Watt
26
b. Daya Motor Motor yang dipakai dalam rancang bangun mesin penggulung spul dinamo adalah 1 Hp, karena daya total yang dibutuhkan mesin untuk beroprasi adalah 205,5
c. Daya Rencana Pd = Fc . P =1,3 x 746 Watt = 969,8 Watt
3. Puli
Pada rancang bangun mesin penggulung spul dinamo ini memiliki 4 buah puli. Puli yang pertama terdiri dari puli penggerak dan puli yang digerakkan. Puli penggerak dipasang dipasang pada motor listrik. Putaran yang terdapat pada puli penggerak adalah 1400 rpm dan dengan daya 1 Hp. Untuk menghitung perbandingan putaran dari puli penggerak ke puli yang digerakkan menggunakan rumus perbandingan
n1/n2 = d2/d1 dimana : n1 = putaran puli penggerak [rpm] n2 = putaran puli puli yang digerakkan digerakkan [rpm] [rpm] d1 = diameter puli penggerak penggerak [cm] [cm] d2 = diameter puli yang digerakkan [cm] maka putaran yang terjadi pada puli kedua adalah n2 = n1 d1/d2 n2 = 1400 rpm/76,2 mm x 76,2 mm 27
n2 = 1400 rpm maka, putaran yang terjadi pada puli kedua adalah sebesar 1400 rpm dengan diameter puli 76,2 mm.
Dari puli kedua putaran ditransmisikan lagi ke puli ketiga yang memiliki diameter 76,2 mm. Dari puli kedua ke puli ketiga putaran direduksi direduksi menggunakan gearbox dengan dengan perbandingan 1 : 60. Maka putaran yangterjadi di puli ke tiga adalah : n3 = 1/60 x 1400 rpm = 23 rpm
Dari puli ke tiga, putaran ditransmisikan lagi ke puli ke empat yang diameternya sama, yakni 76,2 mm, maka putaran yang terjadi di puli ke empat adalah : n4 =n3 . d3 / d4 n4 = 23 rpm/76,2 mm x 76,2 mm = 23 rpm Jadi, diperoleh putaran akhir pada mesin penggulung spuldinamo ini sebesar 23 rpm pada daya 1 Hp.
4. Sabuk
Sabuk merupakan komponen yang paling penting dalam mesin dikarenakan fungsinya yakni untuk mentransmisikan daya dan putaran motor penggerak menuju poros utama. Pada rancang bangun penggulung spul dinamo ini, untuk mentransmisikan mentransmisikan putara digunakan sabuk V karena selain 28
mudah dalam penggunaannya juga dikarenakan jarak antar poros masih memungkinkan dengan menggunakan sabuk tersebut. Jenis sabuk terdiri dar beberapa type dan ukuran penampang, maka untuk menentukan type dan ukuran penampang sabuk yang digunakan hrus sesuai dengan daya rencana dan putaran poros penggerak (kita dapat melihat diagram pemilihan type dan penampang sabuk) Maka sesuai dengan daya rencana = 969,8 watt dan putaran poros penggerak penggerak 1400 rpm sabik V yan cocok adalah type A. (Sularso, Elemen Mesin, 1991, hal 164)
Gambar 3.2 Penampang sabuk tipe A β
= 200
Tg β = X/9
X
= Tg β . 9
X
= 0,36 . 9
X
= 3,275 mm
Maka : b
= 12,5 – 2x
b
= 12,5 – 2 (3,275) 29
b
= 5,95 mm
jadi lebar sabuk yang digunakan adalah 5,95 mm. Dengan demikian, luas penampang penampang sabuk A adalah adalah b x t = 5,95 mm x 9 mm = 53,55 mm2. a. Panjang keliling sabuk
(Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen mesin, 1991, Hal 170). Dimana: L = pajang keliling sabuk C = jarak sumbu puli Dp= diameter penggerak dp= diameter puli yang digerakkan
pada sabuk pertama : L = 2 x 200+(3,14/2).(76,2+76,2)+(1/4x2 200+(3,14/2).(76,2+76,2)+(1/4x200).(76,2 00).(76,2 – 76,2)2 L = 639,268 mm L ≈ 660 mm
Berdasarkan hasil pengukuran secara langsung padaa mesin penggulung penggulung spul dinamo didapatkan hasil hasil 30
Pada sabuk pertama;
C = 200 mm
Pada sabuk kedua;
C = 1000 mm
b. Menghitung jarak sumbu puli (C) aktual Pada sabuk pertama :
C = (Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen mesin, 1991, Hal 170). Dimana : b = 2 x L - 3,14 (Dp+dp) b = 2 x L - 3,14 (76,2+76,2) b = 1320 - 478,546 b = 841,46 mm maka :
C = C = 210,365 mm
Pada sabuk kedua :
C = (Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen mesin, 1991, Hal 170). b = 2 x L - 3,14 (Dp+dp) b = 2 x 2261 - 3,14 (76,2+76,2) b = 4522 – 478,536 b =4043,464 mm maka 31
C = C =1010,86 mm
c. Menghitung sudut kontak θ Besar sudut kontak yang terjadi antara sabuk dan puli adalah : θ = 180 – 57 (Dp-dp/C)
(76,2-76,2/210,365) θ = 180 – 57 (76,2-76,2/210,365) θ = 180 – 0 θ = 1800
maka : θ = 1800 * π/180 rad θ = 3,14 rad
d. Kecepatan linier sabuk
v = (Sularso, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen mesin, 1991, Hal 166). v =
v = 5,58 m/s
e. Tegangan sabuk T1/T2 =
eµ.θ (R.S. Khurmi, Mesin Design, 2004, Hal 628)
Dimana : T1 = tegangangan sisi kencang sabuk [Kg] 32
T2= tegangan sisi kendor sabuk [Kg] e = Konstanta =2,718 µ = Koefisien gesek antara sabuk dengan puli = 0,45-0,6 0,45-0,6 maka : T1/T2 = 2,7180,5*3,14 T1/T2 = 4,8 T1
= 4,8 * T2
Dimana : T1
= ς * A (R.S. Khurmi, Mesin Design, Design, 2004, Hal 661)
Ket :
ς = kekuatan tarik bahan sabuk = bahan karet
=0,4-0,5 Kg/mm2 (J.Stolk,MesinDesign,1993,470) A = Luas penampang sabuk A = b*t = 5,95 mm X 9 mm = 53,55 mm2 Maka, T1
= 0,4 Kg/mm2 * 53,55 mm2
T1
= 21,42 * 9,81 m/s2
T1
= 210,13 N
T1/T2 = 4,8 T2
= 210,13/4,8
T2
=43,78
f. Daya yang ditransmisikan Po = (T1 - T2) * v (R.S. Khurmi, Mesin Design, 2004, Hal 628) dimana : Po = Daya yang yang ditransmisikan ditransmisikan [watt] [watt] V = Kecepatan linier sabuk [m/s]
33
Maka, Po = (210,13 N – 43,78 N) 5,58 m/s Po = 166,35 166,35 * 5,58 Po = 928,233 [watt]
g. Jumlah sabuk yang diperlukan N = =
= 1,044 buah = 2 buah
5. Poros
Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama sama putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dilakukan oleh poros. Untuk merencanakan sebuah poros, hal hal yang perlu diperhatikan adalah: a. Kekuatan poros, karena poros mengalami beban puntir atau lentur maupun gabungan beban puntir atau lentur; b. Kekakuan poros, meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cupup tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnyaterlalu puntirnyaterlalu besar akan menyebabkan ketidak telitian atau getaran dan suara; c. Putaran kritis, jika putaran suatu mesin dinaikkan maka pada satu harga putaran tertentu dapat terjadi getaran. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada poros, maka 34
dengan itu poros harus dapat direncanakan dengan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritisnya; d. Bahan poros pada umumnya untuk konstruksi mesin adalah bahan baja karbon, dan untuk putaran tinggi dan beban berat adalah bahan baja paduan. Adapun perhitungan dalam poros adalah : a. Gaya gaya pada bidang poros vertikal
Fpuli
=m*g = 0,62 * 9,81 = 6,082 N
W1
=m*g = 1,85 * 9,81 = 18,1485 N
ΣMA = 0
-w * 210 + Fpuli * 150 – RBV * 200
=0
-18,1485 * 210 + 6,082 * 150
= RBV * 200
-2898,885
= RBV * 200
RBV
= -14,494425 -14,49442 5 N
35
ΣMB = 0
-w1 * 410 + RAV *200 – Fpuli * 50 = 0 -18,1485 * 410 – 6,082 * 50
= RAV * 200
-7744,995
= RAV * 200
RAV
= 38,724975 N
Momen lentur di titik A MAV
= w1 * 210 = 18,1485 * 210 = 3811,185 Nmm
Momen lentur di titik B MBV
= Fpuli * 50 = 6,082 * 50 = 304,11
b. Gaya gaya pada bidang poros horizontal
w1
=m*g = 1,85 * 9,81 = 18,1485 N
ΣMA = 0
-w1 * 210 – RBH * 200
=0
-w1 * 210
= RBH * 200 36
RBH
= w1 * 210 / 200 = 18,1485 * 210 / 200 = 19,055925
ΣMB = 0
-w1*410 – RAH*200 = 0 RAH
= w1 * 410 / 200 = 18,1485 * 410 / 200 = 37,204425 N
Momen lentur di titik A MAH
= w1 * 210 = 18,1485 *210 =3811,85
Momen lentur di titik B MBH
= RBH * 200 = 19,055925 * 200 = 3811,185
Resultan gaya di titik A MA
= √ = = 5389,829 [Nmm]
Resultan gaya di titik B MB
= √ = = 3823,298 [Nmm]
c. Tegangan geser yang di ijinkan :
a = σB / Sf 1 * Sf 2
.......(Sularso,DasarPerencanaan .......(Sularso,DasarPerencanaan dab
Pemilihan Element Mesin,1991, Hal 8) 37
Dimana :
a
= tegangan geser yang diijinkan diijinkan [Kg/mm [Kg/mm2]
ςB = bahan diambil baja batang difinis dingin S30C
Sf 1 = 6, untuk bahan St 37 dengan pengaruh massa. Sf 2 = 1,3–3,6 karena pengaruh dari kekasaran permukaan Maka ;
a
=
= 4 Kg/mm2
Pada perencanaan ini diameter poros yang digunakan adalah Ø 19 mm. Momen rencana yang terjadi pada poros :
T=9,74*105*Pd/n1 ....(Sularso,Elemen ....(Sularso,Elemen Mesin, Hal 7) Dimana : T
= momen rencana [Kgmm]
Pd
= daya rencana
Pd
= f c * daya motor
f c
= faktor koreksi 1,3
P
= 1Hp = 0,746 [Kw]
n1
= 1400 [rpm]
maka : Pd = 1,3*0,746 = 0,9698 Kw T = 9,74 * 105 * 0,9698/1400 = 674,703 Kgmm Besar diameter yang direncanakan : DS = {(5,1/a) * Kt * Cb * T} 1/3 ....(Sularso, Elemen mesin, 8) 38
Dimana : Kt = 1,0 – 1,5 jika terjadi sedikit kejutan atu tumbukan Cb= 1,2 – 2,3 jika memang diperkirakan akan terjadi pemakaian dengan beban letur. DS ={(51/4) * 1 * 1,2 * 674,703}1/3 =10.11 mm
Dalam rancang bangunan ini diameter poros adalah 19 mm. Setelah diperoleh hasil dari perhitungan poros, maka poros yang di ijinkan < poros yang direncanakan (10,11<19), sehingga poros dinyatakan “aman”.
Tegangan geser yang terjadi pada poros besar :
=
.....(Sularso, Elemen Mesin, 1997, hal 7)
Dimana :
= tegangan geser yang terjadi [Kg/mm2]
= = 3,33 Kg/mm2
Karena a > (4 > 3,33) maka poros dinyatakan “aman”.
6. Bantalan
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerak bolak baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak 39
berfungsi dengan baik maka prestasi dari seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja bekerja secara semestinya. Jadi, bantalan dalam permesinan dapat disamakan peranannya dengan pondasi dalam gedung. Adapun perhitungan dalam bantalan adalah : a. Beban bantalan Mlilitan
= 1,5 Kg
Mmal
= 0,3 Kg
Mkayu penyangga
= 0,5 Kg
Mp
= 1,11 Kg
MTOTAL
= 3,41 Kg
Jadi beban bantalan W= 3,41 Kg
b. Momen lentur bantalan Berdasarkan hasil pengukuran; l = 40 mm d = 19 mm sehingga momen lentu bantalan; M = W * l/2 = 3,41 Kg * 40/2 = 68,2 Kg c. Tekanan bantalan Bantalan untuk poros transmisi dengan beban ringan P = W/ld = 3,41 / 40*19 =0,0045 Kg/mm2 Harga P dapat diterima sesuai tabel, dimana Pa = 0,02 Kg/mm2 . 40
Tekanan kecepatan maksimum
=
v =
= 0,001 m/s Maka P*v
= 0,0045 *0.001 = 0.0000045 Kgm/mm2s
Harga P v juga dapat diterima karena kurang dari 0,1 Kgm/mm2s.
d. Pemilihan ld l/d = 40/19 = 2,1 harga sebesar 2,1 terletak dalam daerah 2,0 – 3,0; jari ld dapat diterima.
41
BAB IV ANALISA BIAYA A. Biaya Bahan Baku
Perhiyungan biaya bertujuan untuk menentukan dan memilih batas keuntungan keuntungan maksimum, serta menentukan menentukan harga jual yang telah ditencanakan Tabel 4.1 Tabel biaya material
Total biaya bahan baku adalah Rp 523.000,B. Biaya Bahan Jadi
Tabel 4.2 Tabel biaya bahan jadi
Total biaya bahan jadi Rp 1.987.000,42
C. Biaya pembuatan
Biaya yang dimaksut adalah upah kerja pembuatan mesinditambah dengan biaya listrik yang dipakai selama proses pembuatan mesin penggulung spul ini. Jumlah hari kerja pembuatan pembuatan mesin ini ini sekitar 2 minggu. Daya peralatan, lama pemakaian listrik diketahui masing masing peralatan berikut : Tabel 4.3 Tabel pemakaian mesin Jenis Mesin Daya Mesin Las 7,5 [Kw] Mesin Bor 0.75 [Kw] Mesin Bubut 2,4 [Kw] Mesin Gerinda 0,7[Kw] Total Daya Pemakaian Kistrik
Lama Pemakaian 30 jam 1/2 jam 1 jam 3 jam
Daya Pemakaian 225 [Kwh] 0,375 [Kwh] 2,4 [Kwh] 2,1 [Kwh] 229,875 [Kwh]
Besarnya biaya yang dikeluarkan per Kwh adalah Rp 600,Maka, biaya listrik
= Rp 600 * 22,875 Kwh = Rp 138.000,-
Tenaga kerja 5 orang, maka; Jumlah upah kerja per hari = upah tenaga kerja * jumlah perkrja = Rp 25.000,- * 5 orang = Rp 125.000,Jumlah upah kerja kerja 14 hari = Rp 125.000,- * 14 hari = Rp 1.750.000.Total biaya pembuatan pembuatan
= Upah Kerja + Biaya Listrik = Rp 1.750.000.- + Rp 138.000.= Rp 1.888.000.-
43
D. Perhitungan Analisa Titik Impas (Break Event Point )
Analisa titik impas (BEB) adalah suatu teknik analisa biaya dalam perencanaan dan pembuatan suatu rancangan produksi guna mempelajari hubungan antara biaya tetap, biaya variabel, keuntungan dan volume kegiatan. Untuk menganalisa titik impas (BEP) berlaku rumus : Q = FC / P – V Dimana : P = Harga jual gulungan per unit V = Biaya variabel gulungan (gulungan, listrik, dan Upah kerja) FC = Biaya tetap (biaya keseluruhan mesun) Q = Jumalah produk yang akan di produksi Adapun BEP (titik impas) mesin penggulung spul dinamo : a. Biaya tetap = Biaya bahan baku + Biaya bahan jadi + Biaya pembuatan = Rp523.000.- + Rp1.987.500.- + Rp1.888.000.Rp1.888.000.= Rp 4.398.000.b. Biaya variabel = Rp 200.000.c. Harga jual
= Rp 250.000.-
Maka, Q
= = = 87,97 unit ≈ 88 unit
44
Jadi untuk mengembalikan biaya tetap harus memproduksi sebanyak 88 unit gulungan kawat.
E. Perawatan dan Perbaikan
1. Tujuan utama perawatan Pemeliharaan merupakan pencegahan (preventif maintenance) terhadap mesin dan peralatan peralatan untuk menghindari terjadinya kerusakan. Pemeliharaan dengan tujuan antara lain yaitu : a) Memperlambat keausan; b) Dapat digunakan secara optimal; c) Menjamin keselamatan oprator; d) Dapat mengidentifikasi kerusakan kerusakan yang terjadi sedini mungkin; dan e) Memperpanjang Memperpanjang waktu pemakaian umur mesin. 2. Perawatan bagian bagian utama mesin Yang perlu mendapat perawatan antara lain : a) Bantalan Dengan cara melakukan pelumasanm mencegah masuknya kotoran yang dapat menimbulkan korosi. Hal-hal yang perlu diperiksa pada bantalan : 1) Suara dan getaran pada bantalan; bantalan; dan 2) Dudukan bantalan terhadap rumah bantalan. b) Sabuk Sabuk sebaiknya tidak terkena oli sebab akan mengakibatkan slip pada sabuk tersebut. Dalam melakukan penyetelan sabuk sebaiknya jangan terlalu kencang dan 45
terlalu kendor, tingkat kekendoran sabuk yang diijinkan ∓ 1 cm. Selain itu perlu diperhatikan diperhatikan juga kesejajaran kesejajaran (alighment ), ), ketidak sejajaran tersebut dapat mengakibatkan kondisi sabuk cepat rusak c) Perawatan berkala yang perlu diperhatikan : 1) Perawatan mingguan Bersihkan setiap komponen mesin; dan Priksa dan bersihkan electro motor. 2) Perawatan bulanan Periksa dan stel V-Belt; dan Priksa dan bersihkan electro motor 3) Perawatan tahunan Ganti V-Belt dan bantalan; dan Service electro motor.
46
BAB V PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari hasil uji percobaan yang telah dilakukan pada mesin penggulung spul dinamo ini dapat diambil beberapa kesimpulan : 1. Mesin penggulung spul ini menghasilkan kapasitas produktif mesin ditetapkan/dihitung ditetapkan/dihitung berdasarkan motor yang bisa digulung yakni 50 Hp, diametermaksimal kumparan yang digulung yakni 40 cm, dan diameter maksimal kawat yang digulung adalah 0,5 cm, dan dengan putaran 23 rpm; 2. Poros yang digunakan adalah diameter 19 mm; 3. Motor listrik yang digunakan 1 Hp dengan putaran 1400 rpm; 4. Diameter puli yang ada pada mesin adalah 3 inch, dan semua berjumlah empat buah; 5. Sabuk yang digunakan adalah tipe A dengan nomor 26, panjang 660 mm untuk sabuk pertama. Sedangkan untuk sabuk kedua dengan nomor 86 dan panjang 2261 mm; 6. Bantalan yang digunakan adalah bantalan A204; dan 7. Biaya keseluruhan dari pembuatan mesin penggulung spul dinamo ini adalah sebesar Rp. 4.398.500.-
47
B. Saran
Dari semua datadan kegiatan dari mesin ini maka disarankan
1. Agar mesin ini lebih sempurna, dan hasilnya bisa lebih maksimal untuk itu boleh dimodifikasi ulang pada bagian bagian dirasa belum berjalan dengan baik; 2. Oprator diharapkan selalu memperhatikan kondisi mesin, terutama terhadap getaran. Jika ada getaran berlebihan (lain dari kondisi biasa), cari penyebabnya, penyebabnya, dan pikirkan solusinya untuk memperbaikinya; 3. Untuk mendapatkan hasil gulungan yang baik, putaran motor harus diperhatikan, karena apabila putaran motor terlalu kencang atau tidak stabil maka yang terjadi hasil gulungan tidak seperti yang kita harapkan; 4. Sewaktu melakukan pembersihan, pembongkarab dan pemasangan mesin, pastikan motor bebas dari arus listrik; dan 5. Berikan pelumasan pada bagian bagian teryentu yang membutuhkan pelumasan.
48
