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 bergab@ya.ru 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 bergab@ya.ru TeПSKF precision bearings

www.ppipella.com