RANCANG BANGUN MESIN PEMBUAT TALI TAMPAR DARI LIMBAH PLASTIK SLITING

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN MESIN PEMBUAT TALI TAMPAR DARI LIMBAH PLASTIK SLITING Mohammad Mirza Aminudin 1,Bagus Hari Saputra, Arino Anzip 3 Program Studi D3 Teknik Mesin FTI-ITS Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya mirza.aminudin@gmail.com 1 Abstrak Plastik sliting merupakan limbah yang sering kita jumpai dilingkungan dan banyak masyarakat yang belum memanfaatkan limbah tersebut, plastik sliting dapat digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan tali tampar. Industri rumah tangga dipuri mojokerto mempunyai limbah plastik yang tak termanfaatkan. Salah satu alternatif untuk mengatasi limbah tersebut adalah membuat mesin pembuat tali tampar.perencanaan mesin pembuat tali tampar harus mampu menghasilkan tali tampar sepanjang lebih dari 0 m. Perhitungan dimulai pencarian gaya yang terjadi pada mesin dan kemudian mencari gaya yang terjadi pada poros, bearing, belt, pulley, sprocket, daya motor, dan transmisi gigi.dari hasil perhitungan yang dihasilkan dalam pembuatan 1 tali tampar dengan diameter 6, mm dan panjang 6 m membutukan daya sebesar 0,048 kw dan hasil pengujian adalah 77,31 m/min Kata kunci: limbah plastik, mesin pembuat tali tampar, transmisi PENDAHULUAN Plastik sliting adalah plastik sisa dari hasil pemotongan kemasan pada makanan seperti bungkus kopi,bungkus snack,dll. Plastik sliting biasanya hanya di owoli saja oleh masyarakat dan dijual kembali ke pabrik untuk didaur ulang harga jualnya pun relatif murah. Kondisi masyarakat yang demikian itu penulis ingin mengangkat tema untuk tugas akhir ini dengan mengambil Judul Rancang Bangun Mesin Pembuat Tali Tampar Dari Bahan Limbah Plastik Sliting. Dalam tugas akhir ini penulis mengambil referensi dari Tugas Akhir sebelumnya yaitu Mesin Pemuntir Tali tampar. Mesin pemuntir tali tampar menggunakan roda gigi lurus sebagai sistem mekaniknya,karena jarak antar jarum sangat dekat efisiensi mesin kurang baik. Dengan mengganti sistem mekanik dengan menggunakan sprocket dan rantai menyebabkan jarak jarum pengait agak berjauhan menyebabkan mesin bekerja dengan baik saat memuntir tali tampar.dalam tugas akhir ini batasan masalah yang dilakukan tidak dihitungnya kekuatan kerangka yang digunakan untuk memasang atau merakit motor listrik. Dalam hal ini kekuatan sambungan las, proses perautan, dan proses manufaktur lainnya yang digunakan untuk membuat kerangka mesin tidak dibahas secara detail untuk rancangan, sehingga hal hal tersebut dianggap aman. TINJAUAN PUSTAKA 1 Daya Dalam perencanaan daya motor, yang direncanakan adalah besarnya daya motor yang digunakan sebagai sumber tenaga untuk menggerakan, dengan menggunakan rumus : T = 9, P n (.1 T = Torsi ( kg.mm P = Daya ( kw n = putaran poros ( rpm (Sularso,000:7. Perencanaan Belt dan Pule Adapun perencanaan transmisi daya yang digunakan pada mesin pembuat tali tampar ini adalah belt yang terpasang pada dua buah pule, yaitu pule penggerak dan pule yang digerakkan. Sedangkan belt yang digunakan adalah jenis V-Belt dengan penampang melintang bentuk trapesium karena transmisi ini tergolong sederhana serta lebih murah dibandingkan dengan penggunaan transmisi yang lain :..1 Daya dan Momen Perencanaan Supaya hasil perencanaan aman, maka besarnya daya dan momen untuk perencanaan dinaikkan sedikit dari daya yang ditransmisikan (P, yang disebut dengan daya perencanaan atau daya desain (P d yang dapat dinyatakan dengan persamaan : P d = f c. P f c = Faktor koreksi P d = Daya Perencanaan P = Daya yang ditransmisikan.. Pemilihan atau Perhitungan Diameter Untuk memilih atau menghitung besarnya diameter pule, dapat mengunakan rumus perbandingan putaran (i. Bila rangkakan diabaikan, maka rumus yang dipakai dibawah ini : i = nn 1 = DD nn DD 1 D = Diameter pule n = Putaran Poros

2 ..3 Kecepatan Keliling Pule Kecepatan keliling pule dapat dihitung dengan menggunakan rumus : v = π. D. n v = kecepatan keliling pule (m/s D = diameter pule (mm n = putaran motor (rpm..4 Tarikan pada Belt Ketika belt sedang bekerja, belt mengalami tarikan, yang paling besar terjadi pada posisi belt yang sedang melingkar pada pule penggerak, dengan menggunakan rumus : FF 1 FF = ee ff.aa = mm F e = F 1 F F e = gaya efektif F 1 = gaya tarikan pada belt yang kencang (besar F = gaya tarikan pada belt yang kendor(kecil α = sudut kontak f = koefisien gesekan m= hanya sebagai lambang untuk mempermudah Untuk mengetahui jumlah berapa derajat sudut kontak dan panjang belt yang akan digunakan, dapat dihitung dengan menggunakan rumus : α = D 1 D C α = Sudut kontak ( o D = Diameter pule yang digerakan (mm D 1 = Diameter pule penggerak (mm C = Jarak antar poros (mm (sumber Dobrovolsky. V. Machine Elements hal Mencari panjang Belt Untuk menghitung panjang belt yang akan dipakai digunakan rumus : π ( D D1 L =. C + (D +D C L = Panjang belt (mm C = Jarak antar poros (mm D = Diameter pule yang digerakan (mm D 1 = Diameter pule penggerak (mm Bila panjang belt sudah diketahui, maka jarak kedua sumbu poros dapat dinyatakan dengan persamaan di bawah ini : C = bb+ bb + 8 (DD DD 1 (.11 8 Dimana : b = L π ( D -D 1 (.1 (Sumber Dobrovolsky. V. Machine Elements hal Tegangan Maksimum pada Belt Dalam kondisi operasinya, tarikan maximum pada belt akan terjadi pada bagian yang tegang dan itu terjadi pada titik awal belt memasuki pule penggerak sehingga tegangan maksimum yang terjadi, dengan menggunakan rumus : F γ. v h σ max =σ Eb A 10. g D min σ max = Tegangan yang timbul pada belt (kg/cm σ 0 = Tegangan awal pada belt (kg/cm γ = Berat jenis (kg/dm 3 g = Percepatan gravitasi ( 9,8 m/det Eb = Modulus elastistas bahan belt (kg/cm H = Tebal belt (mm D mi = Diameter pule yang terkecil (mm (sumber Dobrovolsky. V. Machine Elements hal Menghitung Umur Belt Umur belt disini merupakan salah satu hal yang penting dalam perencanaan transmisi yang menggunakan belt. Untuk mengetahui beberapa lama umur belt yang diakibatkan dari proses permesinan ini yaitu dengan menggunakan rumus : H = NN bbbbbbbb σ ffffff mm 3600.uu.XX σ mmmmmm H= Umur belt (jam N base = Basis dari tegangan kelelahan yaitu 10 7 cycle u = Jumlah putaran belt persatuan panjang Z = Jumlah belt σ fat = Fatique limit 90 kg/cm untuk V-Belt σ max = Tegangan yang timbul karena V-Belt (kg/cm m = Konstanta V-Belt = 8 (Sumber Dobrovolsky. V. Machine Elements hal 48.3 Perencanaan Rantai Rantai roll terdiri atas pena, bus, rol dan plat mata rantai. Rantai rol dipakai bila diperlukan transmisi positif,tanpa pembatasan bunyi, dan murah harganya. Rantai transmisi daya biasanya dipergunakan di mana jarak poros lebih besar dari pada transmisi roda gigi tetapi lebih pendek dari pada dalam transmisi sabuk. Rantai mengait pada gigi sprocket dan meneruskan daya tanpa slip, jadi menjamin perbandingan yang tetap. Untuk sprocket rantai dibuat dari baja karbon untuk ukuran kecil, dan besi cor atau baja cor untuk ukuran besar. Untuk perhitungan kekuatannya belum ada cara yang tetap seperti roda gigi. Adapun bentuknya telah distandartkan terdiri atas dua macam bentuk gigi, di mana bentuk-s adalah yang biasa dipakai..3.1 Diameter dan Jumlah Gigi Sprocket

3 Besar diameter dan jumlah gigi sprocket sangat ditentukan oleh perubahan putaran yang diinginkan, Maka berdasarkan segitiga antara sprocket dan rantainya dapat dinyatakan : Sin γγ 0,5.pp = atau D = pp 0,5.DD SSSSSS γγ γ = Sudut sambungan ( sudut sendi pp D = SSSSSS 180 atau γ = 360. N N t t.3. Menghitung Kecepatan Rantai Kecepatan rantai biasanya diartikan sebagai jumlah panjang ( feet yang masuk kedalam sprocket tiap satuan waktu ( min, sehingga dapat dinyatakan : ππ. DD. nn v= 60 xx 1000 (.5 v = Kecepatan (mm/s D = Diameter sprocket ( mm n = Putaran ( rpm.3.3 Gaya Pada Rantai Beban yang bekerja pada satu rantai F (kg dapat dihitung dengan rumus: F= 10.PP dd vv F = Gaya yang bekerja pada satu rantai ( kgf = Daya rencana (kw P d v = Kecepatan ( mmmm ss (sumber Mott, Robert L.004. hal Panjang Rantai Jarak sumbu poros yang ideal adalah antara C = (30 s/d 50 p, untuk beban yang berfluktasi jarak tersebut harus dikurangi sampai menjadi 0 p. Panjang rantai yang diperlukan dapat dihitung berdasarkan jumlah pitch (L/p, secara pendekatan dapat dicari dengan persamaan : L= p (.CC + NN tt1+nn tt pp + NN tt NN tt1 4ππ CC pp Untuk melakukan perhitungan momen terbesar yang terjadi pada poros maka terlebih dahulu dibuat diagram bidang momen, dari diagram bidang tersebut akan diketahui letak momen terbesar pada bidang horizontal dan vertikal yang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : M = ( M H + ( M V M H = Momen yang terjadi pada bidang horizontal M v = Momen yang terjadi pada bidang vertikal (sumber Mott, Robert L.004. hal Diameter Poros Dari data bahan poros telah ditentukan sehingga diperoleh strength yield point (Syp. Dengan data tersebut kemudian dilakukan perhitungan diameter poros dengan persamaan : ss ssssss.ssss = 16 ππdd 3 MM + TT M = Momen bending pada poros. T = Torsi yang terjadi pada poros. D = Diameter poros. S syp = Strength yield point. SF = Faktor keamanan. (sumber Sularso, Kiyoto Suga hal 1 Dengan memasukkan data data yang ada kedalam rumus diatas maka akan diperoleh diameter poros. METODOLOGI 3.1 Diagram Alir Tugas Akhir Pada bab ini akan dibahas secara detail mengenai perencanaan dan pembuatan alat, secara keseluruhan proses pembuatan dan penyelesaian Tugas Akhir ini digambarkan dalam diagram alir atau flow chart di bawah ini. L = Panjang rantai NN tt1 = Jumlah gigi sprocket kecil NN tt = Jumlah gigi sprocket besar C = Jarak sumbu poros (Sumber Suhariyanto. Diktat Elemen Mesin II hal Poros Poros merupakan bagian terpenting dalam setiap mesin. Poros dalam perencanaan mesin berfungsi sebagai penerus daya (tenaga, poros penggerak klep (cam shaft, poros penghubung dan sebagainya.5.1 Momen Terbesar

4 Tidak Start Observasi Studi Literatur Konsep Merencanakan Desain Alat Perencanaan dan Perhitungan Hasil Perhitungan sudah sesuai ya Pembuatan Mesin Pengujian Alat v = 5 m/s = 5000 mm/s d tampar = 6, mm n = 56,83 rpm Mencari Torsi total yang terjadi pada pengait saat mesin mulai bekerja, dengan menggunakan persamaan sebagai T = F. r T =,3kgf x 15mm = 34,5 kgf.mm T total = T. 4 T total = 138 kgf.mm 3 Setelah diperoleh torsi total maka kita akan menentukan daya yang digunakan dalam pembuatan tali tampar dengan menggunakan persamaan sebagai Penyusunan Laporan Selesai Gambar 3.1. Bagan Metode Pelaksanaan 4 ANALISA DAN PERHITUNGAN Pada bab ini akan membahas perhitungan mesin pembuat tali tampar,dengan menganalisa daya dan gaya yang nantinya dibutuhkan dalam mesin agar dapat berjalan dan berfungsi dengan baik, yaitu menghitung transmisi daya motor pada saat bekerja memutar pule dan V-belt lalu dilanjutkan diporos pinion dan diteruskan dengan memutar pengait, dengan perhitungan perencanaan elemen mesin yang mendukung dalam perencanaan mesin tali tampar ini sehingga aman dalam pengoperasiannya. 4.1 Perencanaan Daya Pada mesin pembuat tali tampar ini memiliki 4 pengait yang berfungsi untuk memuntir tali yang mempunyai diameter sama yaitu 30 mm, dengan perencanaan kecepatan 5m/detik maka daya yang digunakan dalam pembuatan tali tampar dapat dicari menggunakan persamaan sebagai Data-data yang telah diketahui antara lain: Gaya untuk memutar pengait (F =,3 kgf Diameter pengait = 30 mm Diameter tali (d tampar = 6, mm Perencanaan kecepatan (v = 5 m/s Perhitungan Daya : Dalam perhitungan daya dapat dimasukkan variabel-variabel yang sudah diketahui kedalam persamaan sebagai 1 Pertama-tama mencari nilai dari putaran saat tali tampar dipuntir oleh pengait, dengan menggunakan persamaan sebagai v = π. d tampar. n N T total = 138 kgf.mm n = 56,83 rpm N = 0,048 kw 4. Perhitungan Belt dan Pule Data-data yang telah diketahui antara lain: Daya pada motor P motor = 0,186 kw Diameter minimum d 1 = 80 mm Putaran motor n 1 = 1400 rpm Putaran direncanakan n = 100 rpm = TT tttttttttt. nn 9, Perhitungan Daya dan Torsi yang terjadi pada belt sebagai P d = f c. P = 1,3 x 0,186kW = 0,418 kw T 1 = 168 kgf. mm T = 196,6 kgf.mm Setelah diketahui daya dan torsi yang terjadi pada belt kita dapat menentukan jenis belt apa yang akan kita pakai dari (lampiran 3 didapat sebagai berikut : belt A ( b = 13mm ; h = 8mm ; A = 0,8mm 3 Setelah menentukan jenis belt maka langkah selanjutnya mencari diameter pule dapat dihitung dari persamaan sebagai i= nn 1 = DD nn DD 1 D = D 1.n 1 nn 80mmmm xx 1400 rrrrrr = = 93mm 100 rrrrrr 4 Kecepatan dapat dicari dari persamaan sebagai v = π. D. n ,14 x 80 mm x 1400 rpm v = = 5,86 m/s 1000 x 60 5 Perhitungan Jarak sumbu poros (C dan panjang belt (L dengan variabel yang direncanakan C = 50mm

5 π ( D D L = (. C + (D +D C 3, 14 L = ( L = ( ,1 + 0,169 mm L = 771, 78 mm. mm (93 80 ( mm Pengecekan jarak sumbu poros sebenarnya, pertama menentukan nilai b setelah itu dilanjutkan mencari dari nilai C sebenarnya dapat dilakukan dengan persamaan sebagai b = L π ( D -D 1 = ( x 771,78 3,14 (93-80 mm = 101,9 mm. C = bb+ bb + 8 (DD DD 1 8 C = 101,9 mmmm + (101,9 + 8 (93 80 mmmm 8 C = 53,14 mm. 6 Gaya-gaya yang terjadi pada belt adalah: F e = F 1 F FF 1 = e f.α F Setelah itu dilanjutkan menghitung gaya pada belt menggunakan persamaan sebagai Data-data yang sudah ada: f = 0,5 {faktor gesekan} α = 0,98rad F 1 = e f x α. F F 1 = 1,34 x F Langkah pertama menentukan nilai dari gaya efektif (F e didapatkan dari persamaan sebagai F e = T 1 168, kkkkkk.mmmm = = 4, kgf r 1 40 mmmm T 1 = 168, kgf.mm r 1 = 40 mm F e = 4, kgf Setelah mendapatkan nilai dari F selanjutnya menghitung gaya F dengan menggunakan persamaan sebagai F e = 1,34F F 4, kgf = 0,34F F = 1,35 kgf Maka untuk nilai dari gaya F 1 adalah: F 1 = 1,34 x F F 1 = 1,34 x 1,35 kgf = 16,54 kgf 7 Tegangan maksimum yang terjadi pada belt saat mesin bekerja adalah: Data-data yang sudah di ketahui: 1 kkkk σ 0 = cccc (tegangan awal dari V-belt = 4, kgf (gaya efektif yang bekerja F e σ max = σ 0 + FF ee AA + γ. v 10. g σ max = (1+ σ max = 63,8 kgf/cm + Eb 4, + 1,5(5,86 x o,8 10 x 9,8 h D min kgf/cm 8 Menghitung Umur belt: Data-data yang telah diketahui sebagai berikut Tegangan maksimum = 63,8 kgf/cm N base = 10 7 cycle Fatique limit (σ fat = 90 kg/cm U = vv = 5,86mm/ss = 7,6 / s LL 0,771mm H = ( x 7,6 x 90 63,8 8 jam H = 865,36 jam 4.3 Perhitungan rantai Data-data yang dibutuhkan dalam perhitungan rantai antara lain: Jumlah gigi pada pinion N t1 = 1 Jumlah gigi pada roda gigi N t = 8 Putaran yang terjadi n = 100 rpm Pitch p = 1,7 mm Perhitungan diameter pada rantai dapat dilakukan dari persamaan p D = sin 180 N t D = 1,7mmmm = 49,06 mm sin Setelah menentukan diameter rantai,selanjutnya menghitung kecepatan rantai: v = p.n t.n 1 60 x 1000 p = 1,7 mm N t1 = 1 n 1 = 100 rpm v = 3,048 m/dtk Mencari panjang rantai (L dengan jarak sumbu poros (C = 30 mm L = p (.CC pp + NN tt1+nn tt L = 1,7 ( x ,7 + NN tt NN tt1 4ππ CC pp x 3, ,7 mm = 315, 976 mm Perhitungan gaya yang bekerja pada rantai dengan menggunakan persamaan sebagai berikut; F= 10.PP dd vv P d = 0,418 kgf v = 3,048 m/dtk F = 8,09 kgf. 4.4 Perencanaan Poros Dalam pembuatan mesin tali tampar kita merencanakan berapa diameter poros yang akan digunakan dengan diketahui: n= 800 rpm ; d RG = 5mm ; P= 0,048kW ; W = 0,784 kgf Perhitungan momen torsi T= 9, PP nn P = 0,048 kw. n = 800 rpm T = 16,69 kgf. mm 4.4. Gaya gaya pada poros. Perhitungan Gaya Tangensial di titik C.Gaya tangensial dapat dihitung melalui persamaan sebagai F CT = TT rr 16,69kkkkkk.mmmm F CT = = 1,335 kgf 1,5 mmmm Setelah mendapatkan gaya tangensial selanjutnya mencari Gaya Normal pada titik C:

6 F CN = F CT. tan 0 0 F CN = 1,335 kgf = 0,485 kgf Diagram benda bebas dari poros Gaya Horisontal dari titik A M A = 0 19,5 mm. F CT = 35mm. BH 19,5 mm. 1,335 kgf = 35mm BH BH = 0,743 kgf Gaya Horisontal dari titik B AH = F CT BH AH = (1,335 0,743 kgf AH = 0,59 kgf Gaya Vertikal dari titik A: 19,5 mm. F CN + 19,5 W = 35 mm. BV 19,5 mm (0, ,784 kgf = 35mm. BV BV = 0,707 kgf Gaya Vertikal dari titik B AV = (F CN + W BV AV = ((0, ,784 0,707 kgf AV = 0,56 kgf Momen Bending Terbesar Terbesar: Mb max = (MMMM HH + (MMMM VV Mb max = ( (0,743 + (0,707 kgf.mm Mb mac = ( 1,051 kgf.mm Mb max = 1,0 kgf. mm Perhitungan Diameter minimum pada poros dapat dicari dari persamaan sebagai material ST 53 : syp = 37,1 kgf /mm ; safety factor = : ks = 0,58 D s (16 (MMMM + (16 (MMMM (ππ (kkkk (ssssss SSSS D s 56 ( (1,0 kkkkkk.mmmm + (16,69 kkkkkk.mmmm D s 6,7mmmm D s 7,9 mm (3,14 (0,58 37,1 kkkkkk /mmmm 4.6 Perhitungan Bantalan (Bearing Setelah perhitungan poros maka kita akan menghitung beban ekivalen dan umur bantalan. Datadata yang sudah diketahui sebagai Diameter bore bearing = 15 mm Beban aksial (F a = 5,09 kgf Beban Radial (F r = 1,85 kgf Beban ekivalen Beban ekivalen dapat didapatkan dari persamaan sebagai P= v. x. F r + y. F a Mencari niai x dan y dilakukan dengan cara sebagai beriku 1 Mencari nilai e dilakukan dengan cara mencari i dan Co didapat dari (lampiran 9 dan lampiran 10 dengan melihat diameter bore bearing: i. F aa = 15 = 0,01 Co 10 Karena nilai i tidak ada di (lampiran 9 maka kita mencari dengan cara extrapolasi untuk mencari nilai e : Tabel 4.1 Extrapolasi mencari nilai e i.f a / Co e 0,01 X 0,014 0,19 0,08 0, 0,014 0,08 0,01 0,08 = X 0, 0,19 0, 0,014 X 0, = 0,0158 0,03 X = 0,19 Setelah diketahui e maka kita mencari nilai x dengan melihat (lampiran 9 maka x nilainya 0,56 dan nilai y =,3 Maka beban ekivalen adalah P = 1. 0,56. 1,85 kgf +,3. 5,09 kgf = 1,74 kgf 4.6. Perhitungan Umur Bantalan Perhitungan umur bantalan dapat kita hasilkan dari persamaan sebagai L 10h = CC PP bb xx nn L 10h = , xx L 10h = 3,6 x 10 5 jam 4.7 Pengujian Hasil pengujian kapasitas mesin pembuat tali tampar dapat dilihat pada tabel dibawah ini: Tabel 4. pengujian mesin tali tampar Pengujian no Waktu (s Panjang (m 1 0 5,45 0 5, ,1 Rata-rata 0 5,77 Hasil percobaan tersebut menunjukkan bahwa pada waktu 0 s mesin rata-rata menghasilkan tali tampar sepanjang 5,77 m atau 77,31 m/min DAFTAR PUSTAKA 1. Norton, Robert L. Machine Design : An Integrated Approach, Prentice Hall International Edition Mott, Robert L. Machine Elements in Mechanical Design, Fourth Edition Deutchman, Aaron D Machine Design : Theory and Practice. New York: Macmilan Publishing Co, Inc. 4. Sularso, Kiyoto Suga. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Cetakan ke tiga. 5. Dobrovolsky. V. Machine Elements. Russian Second Edition. 6. Apoeh Tugas Akhir Rancang Bangun Mesin Pemuntir Tali Tampar. Surabaya: Jurusan D3 Teknik Mesin FTI-ITS.