Post on 27-Oct-2020
35
BAB III
PERANCANGAN
3.1.Gaya potong jerami
Pisau
Gambar3.1 : Gaya yang bekerja pada pisau
F = A . fs
Dimana :
fs = tegangan geser bahan yang akan dipotong ( jerami) =
0,067𝑘𝑔
𝑐𝑚 ² (tegangan geser sampah,sayuran,batang dedaunan
= 0,067 𝑘𝑔
𝑐𝑚 ² (Suryanto, 1985 : 73)
A = luas penampang bahan yang dipotomg (jerami) (cm)
P = 10 cm = 100 mm
L = 7 cm = 70 mm
36
A0 = P . L
= 100 . 70
= 7000 mm2
A1 = 𝜋 𝑥 𝑟2
= 3,14 x 1,7252
= 9,34 mm2
∑𝑏𝑎𝑡𝑎𝑛𝑔 = 𝐴0
𝐴1
= 7000
9,34 = 749 𝐵𝑎𝑡𝑎𝑛𝑔
Maka :
F = 0,067 .749
= 50,18 N
3.2. Perencanaan Pisau Pemotong
Gambar 3.2. pisau pemotong
37
Kecapatan putaran potong
𝑉 =𝜋 .𝑑 .𝑛
1000.60
Dimana:
d = diameter poros = 25,4 mm
n = putaranporos
= 𝜋 𝑥 𝑑2
= 3,14 x 25,42 = 2025 rpm
Maka:
𝑉 = 3,14 𝑥 25,4 𝑥 2025
1000.60
= 161505 ,9
60000= 2,69 𝑚 𝑠
Kecepatan hasil pemotongan
𝑣 = 𝜋 . 𝐷 . 𝑛
1000
Dimana:
D = diameter poros =25,4mm = 0,0254 m
n = putaranporos = 2025 rpm
38
Maka:
𝑣 = 3,14 .0,0254 . 2025
1000
= 161,505
1000 = 0,161 𝑚 𝑚𝑖𝑛
Kapasitas pemotongan
Q = ρ. v
Dimana ρ= massa jenis jerami = 180 𝑘𝑔
𝑚ᶾ (journal.unpar.ac.id)
Maka:
Q = 180 x 0,161
= 28,98𝑘𝑔
𝑗𝑎𝑚
Karena mesin pencacah menggunakan 2 buah pisau, maka
kapasitas total mesin pencacah jerami ini adalah 28,98 x 2 = 57,96𝑘𝑔
𝑗𝑎𝑚
Berat pisau
Wn = L.l.t.y
Dimana:
L = panjang mata pisau = 30 cm = 0,30 m
l = lebar pisau = 5,5 cm = 0,055 m
t = tebal pisau = 3 mm = 0,003 m
39
y = berat jenis pisau = 7,8 x 103𝑘𝑔
𝑚ᶾ (Sularso, 1991)
bahan pisau baja karbon
Maka:
Wn = 0,30 x 0,055 x 0,003 x (7,8 x 103)
= 0,38 kg
Gaya tangensial pisau
Ft = Wn
g. ω
2. r=
Wn
g(
2 .π .n
60)2
. r (Khurmi, 1992:720)
Dimana:
Wn = Berat pisau (kg)
n = putaran poros (rpm)
g = gaya gravitasi = 9,81 𝑚
𝑠²
r = jari-jari lintasan potong = 15cm = 0,15 m
Maka:
Ft = 0,38
9,81(
2 .3,14 .2025
60)2
.0,15
= 261,01kg = 2557,89 N
Putaran poros sebesar 2025 rpm menghasilkan gaya sebesar
2557,89 N, dimana lebih besar dari gaya untuk memotong batang jerami
sebesar 50,18 N, sehingga pisau pemotong dapat memotong batang jerami.
40
Daya pemotongan
N = 𝐹 . 𝑉
75
= 50,18 𝑥 2,69
75
= 2,79 HP = 2,07 KW
3.3 Pemilihan Motor
Pemilihan motor didasarkan pada daya pemotongan sebesar 2,79 HP,
kemudian daya rencana yang dibutuhkan dapat dihitung:
Nrencana =N𝑝𝑜𝑡𝑜𝑛𝑔
ᶯ𝑝𝑢𝑙𝑙𝑒𝑦 .ᶯ𝑏𝑒𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔 (Dobrovolsky, 1984:241)
Dimana :
Npotong = daya yang dibutuhkan untuk pemotongan = 2,79 HP
ᶯpulley= efisiensi akibat reduksi pulley = 0,96 (untuk pulley tipe V- belt)
ᶯbearing= efisiensi akibat reduksi bearing = 0,90
(http://www.scribd.com/doc/210938549/ELMES)
Maka:
Nrencana =2,79
0,96 x 0,90
= 3,22 HP = 2,43KW
Daya rencana yang dibutuhkan untuk memotong jerami adalah 3,22 HP,
sehingga dipilih motor dengan daya 3 HP (2,23 KW) karena menyesuaikan
dengan yang ada dipasaran. Motor listrik merk Yuema seri B3 6 pole dengan
kecepatan 2000 - 2500 rpm.
41
(http://www.agenelectrikmotor.com/product/p36932.aspx)
3.4.Perencanaan transmisi
Pada perancangan ini motor yang digunakan adalah motor dengan putaran
2500 rpm, untuk mereduksi putaran motor agar sesuai dengan putaran poros yaitu
2025 rpm perlu menambahkan komponen lain yaitu puli dan sabuk.
Gambar 3.2 : Sketsa transmisi sistem pemotong
3.5.Sabuk dan puli
Perhitungan reduksi
i = 𝑛1
𝑛2=
𝑑𝑝2
𝑑𝑝1 1 −
𝑠
100 (Khurmi. 1979:658)
Dimana:
i = perbandingan reduksi antara poros 1 dan 2
42
n1 = putaran poros 1 (motor) = 2500rpm
n2 = putaran poros 2 = 2025 rpm
s = factor slip sabuk dengan pulley (0,3 = untuk bahan sabuk
karet danpulley baja)
Dimana untuk diameter puli 1 (dp1) direncanakan 71 mm (untuk diameter
nominal terkecil tipe sabuk A).
i = 2500
2025 =
𝑑𝑝2
71 1 −
0,3
100
dp2 = 1,23 x 71 1 − 0,3
100
= 87,39 mm
i = perbandingan antara poros 1 dan 2 =1,23
dari perhitungan diatas dapat diketahui ukuran puli 1 (dp1) pada motor adalah
71 mm dan ukuran puli 2 (dp2) pada poros pisau pencacah adalah 87,39 mm.
Berat pulli (Wp)
Bahan pulli direncanakan dari besi cor kelabu (JIS G 5501) dengan lambang
FC 20, Berat jenis (ρ) = 7,4 x 103𝑘𝑔
𝑚ᶾ
Wp = ρ x Vp
Dimana:
Vp = volume puli
e = tebal puli = 0,012 m (untuk penampang sabuk tipe A)
Vp = 1
4 . π . d
2 . e
43
Maka:
Wp1 = 7,4 . 103 x (
1
4 . 3,14 . 0,071
2 . 0,012) = 0,35 kg
Wp2 = 7,4 . 103 x (
1
4 . 3,14 . 0,208
2 . 0,012) = 3 kg
Pulley 2
V-Bel
Motor Pulley 1
Sabuk yang rencanakan nantinya akan dipasang pada puli 1 (dp1) dan puli 2
(dp2) sebagai penerus putaran dari motor ke sistem pencacah.
Kecepatan linear sabuk (V)
V = 𝜋 .𝑑𝑝1 .𝑛1
60 (Sularso,1997: 170)
=3,14 .71 .2500
60
= 9289𝑚𝑚
𝑠 = 9,289
𝑚
𝑠
Panjang sabuk (L)
L= 2C+ 𝜋
2(dp1+dp2)+
1
4𝑐(dp2-dp1)
2 (Sularso, 1997:170)
44
Dimana:
Sularso (1991:170) menuliskan, untuk C (jarak sumbu poros) harus
sebesar 1,5 sampai 2 kali diameter puly besar, maka jarak sumbu poros
direncanakan sebesar 87,39 x 2 = 174,78 mm
L= 2 x 417 + 3,14
2(71 + 87,39)+
1
4 𝑥417(87,39 - 71)
2
L = 834 + 248,67 + 11,20
L = 1093,87 mm≈1094 mm
Panjang sabuk yang dibutuhkan adalah 1094 mm maka dipilih sabuk V
standart tipe A nomer 45 dengan panjang sabuk yang ada dipasaran yaitu
1143 mm.
Jarak sumbu poros sebenarnya (C)
C = 𝑏± 𝑏2−8(𝑑𝑝2−𝑑𝑝1)2
8 (Sularso, 1997:170)
Dimana nilai ( b ) dapat dicari dengan:
b = 2.L – π (dp2 + dp1)
= 2 x 1094 – 3,14 (87,39 + 71)
= 1690,65 mm
Maka:
C = 1690,65 + 1690,652−8(87,39−71)2
8
= 1690,65 +(−458,4)
8
= 1540,3 mm
45
Sudut kontak yang terjadi
Ɵ = 180o -
57(𝑑𝑝2−𝑑𝑝1)
𝐶 (Sularso, 1997:173)
= 180o -
57(87,39−71)
1540,3
= 179,39o≈ 180
o
Sularso(1991:174) mengatakan, untuk faktor koreksi dari Ɵ = 180 oadalah
kƟ=0,99
Berat sabuk (W)
Dalam menentukan berat sabuk dapat dicari dengan persamaan sebagai
berikut:
W = A . L . ρsabuk (Khurmy, 1979:672)
Dimana:
A = b . h
Untuk sabuk-V tipe A lebar sabuk (b) dan tinggi sabuk (h) dapat dilihat pada
gambar ukuran penampang sabuk-V.
b = 12,5 mm = 1,25 cm ; h = 9 mm = 0,9 cm
A = 1,25 x 0,9 = 1,125 cm
L = panjang sabuk = 1143mm = 114,3 cm
ρ = massa jenis bahan sabuk > dipilih bahan sabuk karet = 1,14 gr/cm3
= 1,14 x 10-3
kg/cm3
46
Maka:
W = 1,125 x 114,3 x 1,14 x 10-3
= 0,146 kg
Gaya sentrifugal sabuk (Tc)
Tc = 𝑊
𝑔. V
2
Dimana:
V = kecepatan linear sabuk = 3,71 𝑚
𝑠
Maka:
Tc = 0,146
9,81 x 3,71
2
= 0,20 kg
Gaya yang bekerja pada sabuk
F =102 𝑥 𝑁𝑟𝑒𝑛𝑐𝑎𝑛𝑎
𝑉
Dimana:
Nrencana =daya rencana (KW) = 2,43 KW
V= kecepatan linier sabuk = 3,71 𝑚
𝑠
Maka:
Fsabuk =102 𝑥 2,43
3,71
= 66,80 kg
47
Sisi kencang sabuk (T1)
T1 = ƒ . A
Dimana:
ƒ : tegangan ijin sabuk-V = 28 kg/cm2 (Khurmy, 1982:650)
A = 1,125 cm
Maka:
T1 = 28 x 1,125 = 31,5 kg
Sisi kendor sabuk (T2)
2,3 log 𝑇1
𝑇2 = µ . Ɵ
Dimana:
µ = koefisien gesek antara pulley dan sabuk = 0,30
(Khurmy, tabel 17.2, 1982:651)
Ɵ = sudut kontak sabuk = 176 0 x
𝜋
180 = 3,07 rad
Maka:
log 𝑇1
𝑇2 =
0,3 𝑥 3,07
2,3
log𝑇1
𝑇2 = 0,400
𝑇1
𝑇2 = 2,511
48
T2 = 31,5
2,511
= 12,54 kg
Tegangan total pada saat sabuk kencang (Tt1)
Tt1 = T1 + Tc
= 31,5 + 0,23
= 31,73 kg
Tegangan total pada saat sabuk kendur (Tt2)
Tt2 = T2 + Tc
= 12,54+ 0,23
= 12,77kg
Untuk mendapatkan nilai umur sabuk dapat menggunakan persamaan berikut:
𝐻 = 𝑁𝑏𝑎𝑠𝑒
3600 .𝑢 .𝑥
𝜎𝑓𝑎𝑡
𝜎𝑚𝑎𝑥 5
hours (Dobrovolsky 1986:238)
Dimana :
H = Umur sabuk, jam
Nbase= Dasar kelelahan sabuk, dalam test diasumsikan 107 cycles
𝜎𝑓𝑎𝑡 = batas kelelahan sabuk = 90 kg/cm2
𝜎𝑚𝑎𝑥 = 31,73kg/cm2
49
u = putaran sabuk :𝑣
𝐿 =
3,715
1,295 = 2,868 belt/second
x = ukuran puli penggerak = 7,1 cm
Maka:
H = 107
3600 𝑥 2,868 𝑥 7,1
90
31,73 5
= 136,414 x 183,595
=25044,92 jam
3.5.Perencanaan poros
Poros adalah sebagai penghubung antara puli 2 dengan silinder dudukan pisau
pemotong. Bahan poros adalah baja karbon ST 37yang memiliki tegangan ijin
bahan (Ϭb) = 37𝑘𝑔
𝑚𝑚 ²
(http://www.fortunata-kajamit.blogspot.com/2012/09/struktur-bangunan-
baja.html?m=1)
Momen puntir (T)
T =9,74 . 105 .
Pd
𝑛2
Dimana:
Pd = daya rencana = 2,43KW
N2= putaran poros 2 = 2025 rpm
50
Maka:
T =9,74 . 105 .
2,43
2025
= 974000 x 0,0012
= 1168,8 kg.m
Momen lentur (M2)
Dimana:
Fp2 = berat puli 2 + gaya tarik sabuk = 3 + 40,96 = 122,88 kg
F1= gaya tangensial + Wdudukan + Wn total
= 60,70 + 0,166 + 0,38 = 61,24
ΣMA = 0
(RB . 330) – (F1. 165) + (Fp2. 410) = 0
(RB . 330) – (61,24. 165) + (122,88. 410) = 0
(RB . 330) – (10104,6) + (50380,8) = 0
RB = (10104 ,6) + (50380 ,8)
330 = 183,28 kg.mm
D B C
F1 Fp2
RB RA
A
165 mm 165 mm 80 mm
51
ΣMB = 0
(RA . 330) + (F1. 165) - (Fp2. 80) = 0
(RA . 330) + (61,24. 165) - (122,88. 80) = 0
(RA . 330) + (10104,6) - (9830,4) = 0
RA= (10104 ,6) − (9830,4))
330 = 0,83 kg.mm
Momen lentur yang terjadi :
ΣM= 0
MA = RA . 0
= 0,83 x0 = 0
MB = (RA . 330) – (F1 . 165) + (Fp2 . 80)
= (0,83x 330) – (61,24. 165) + (122,88. 80)
= (273,9) – (10104,6) + (9830,4)
= - 0,3 kg.mm
Mc = RA . 165
= 0,83 x 165 = 136,95 kg,mm
MD = (RA . 410) – (F1 . 245) + (RB. 80)
= (0,83 x 410) – (61,24 x 245) + (183,28 x 80)
= (273,9) – (15003,8) + (14662,4)
52
= -67,5 kg.mm
Momen lentur terbesar berada pada titik Mc yaitu 136,95 kg.mm
Bahan poros 2 diambil baja karbon ST 37 dengan spesifikasi :
- Tegangan ijin bahan (Ϭb) = 37 kg/mm2
- Sf1 = 2,0 (untuk bahan SC)
- Sf2 = 2,0 (untuk factor kekasaran bahan)
Tegangan geser poros (τa)
τa = Ϭb
𝑆𝑓1 x 𝑆𝑓2 =
37
2,0 𝑥 2,0 = 9,25 kg/mm
2
Diameter poros(Ds2)
Ds2 = 5,1
𝜏𝛼 𝑥 𝐾𝑡 𝑥 𝐶𝑏 𝑥 𝑇
1
3
Dimana :
Kt = factor koreksi momen puntir =2,0 (untuk beban tumbukan ringan)
Cb = faktor koreksi lenturan 2, (harganya antara 1,2 – 2,3, jika
diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb
diambil = 2,0 ) (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2004:8)
T = momen pumtir
Ds2 = 5,1
9,25 𝑥 2 𝑥 2 𝑥 4180
1
3
= 20.32 mm
Untuk diameter poros 20,32 mm dipasaran tersedia bantalannya, sehingga
diameter poros yang diambil adalah 20 mm
53
Sehingga poros direncanakan berdiameter 20 mm dan panjang 410 mm
dengan bahan poros baja karbon ST 37.
3.6.Perncanaan Pasak
Pasak untuk poros
Diameter poros (ds) = 20 mm
Momen rencana (T) = 4180 kg.mm
Gaya tangensial yang terjadi
Ft = 2 . 𝑇
𝑑𝑠
= 2 . 4180
20
= 418kg
Bahan pasak yang digunakan adalah baja karbon S 45 C dengan
tegangan ijin Ϭb = 70 kg/mm2
Pemilihan penampang pasak (untuk diameter poros 20 mm)
o Lebar pasak (b) = 8 mm
o Tinggi pasak (h) =6 mm
o Kedalaman alur pada poros (t1) = 4 mm
o Kedalaman alur pada naf (t2) = 3,5 mm
- Tegangan geser yang diijinkan
τka= Ϭb
𝑠𝑓𝑘1 x s𝑓𝑘2
dimana :
sfk1= diambil 6 (untuk bahan SC)
sfk2= diambil 3 (factor kekasaran permukaan)
τka = 70
6 𝑥 3 = 3,9 kg/mm
2
54
- Tegangan geser yang ditimbulkan
τk= Ft
b x l
dimana :
l= panjang pasak = 20 mm
τk= 418
8 x 20
= 2,61 kg/mm2
- Teganngan permukaan ijin (P)
P = Ft
l x t2
= 418
20 x 3,5= 5,97kg/mm
2
3.7. Perencanaan Bantalan
Bantalan untuk poros
Untuk diameter poros 20,32 mm ada jadi memakai diameter bantalan
dalam20 mm yang banyak dijual dipasaran.(elemen mesin, sularso,hal
:143)
- Jenis bantalan = bantalan gelinding
- No seri = 6304
- Diameter dalam bantalan (d) = 20 mm
- Diameter luar bantalan (D) = 52 mm
- Tebal bantalan (B) = 15 mm
- Putaran poros (n2) = 339 rpm
- Diameter poros (ds) = 20 mm
- Kapasitas nominal dinamis spesifik (C) = 3600 kg
55
Menentukan beban ekivalen dinamis
Pr = (X .V. Fr)+(Y.Fa) (Sularso, 1997:135)
Karena gaya aksial yang terjadi diabaikan, maka nlai Fa= 0
Sehingga𝐹𝑎
𝑣.𝐹𝑟 < e, didapat:
X = 1
Y = 1
Fr = beban radial pada bantalan
Dimana :
Gaya yang akan bekerja pada poros
Maka :
a. Beban radial pada bantalan A (FrA)
FrA1 = F1 x 410
330
= 61,24 x 410
330
= 78,08 kg
FrA2 = Fp2 x 165
330
= 122,88 x 165
330
= 61,44 kg
B
Fp2 = 122,88 kg
80 165
F1 = 61,24 kg
165
A
56
ΣFrA= 𝐹𝑟𝐴1 2 + (𝐹𝑟𝐴2)²
= 78,08 2 + (61,44)²
= 6096,48 + 3774,87
= 99,35 kg
b. Beban radial pada bantalan B (FrB)
FrB1 = F1 x 165
330
= 61,24 x 165
330
= 30,62 kg
FrB2 = F2 x 410
330
= 122,88 x 410
330
= 152,66 kg
ΣFrB= 𝐹𝑟𝐵1 2 + (𝐹𝑟𝐵2)²
= 30,62 2 + (152,66)²
= 937,58 + 23305,07
= 155,7 kg
Jadi :
Beban ekivalen dinamis bantalan A (PrA)
PrA= X . V . FrA
= 1 x 1 x 99,35
= 99,35 kg
57
Beban ekivalen dinamis bantalan B (PrB)
PrB = X . V . FrB
= 1 x 1 x 155,7
= 155,7 kg
Faktor kecepatan (Fn)
Fn = [33,3
𝑛]
13
Dimana:
N = putaran pada poros (rpm)
Maka:
Fn = [33,3
339]
13
= 0,46 rpm
Faktor umur bantalan (fn)
FnA = fn [𝐶
𝑃𝑟𝐴]
= 0,46 [3600
99,35] = 16,66 putaran
FnB = fn [𝐶
𝑃𝑟𝐵]
= 0,46 [3600
155,7] = 10,63 putaran
Untuk umur bantalan dengan pemakaian yang sebentar-sebentar (tidak
terus menerus) umur bantalan antara 500 – 15000 jam, kita gunakan
Ln = 500 jam. Sehingga umur dari bantalan A dan B adalah :
58
LnA = 500 fnA3
= 500.16,663
= 2312038,14 jam operasi
LnB = 500 fnB3
= 500. 10,633
=600578,52 jam operasi