TUGAS AKHIR ANALISA TEGANGAN MATA PISAU PADA PERANCANGAN MESIN PENGUPAS DAN PEMISAH KULIT BUAH KOPI KERING

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISA TEGANGAN MATA PISAU PADA PERANCANGAN MESIN PENGUPAS DAN PEMISAH KULIT BUAH KOPI KERING Diajukan guna melengkapi sebagian syarat dalam mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Disusun Oleh : Nama : Daniel Kurniawan NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2015 i

2 LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini, Nama : Daniel Kurniawan N.I.M : Jurusan Fakultas : Teknik Mesin : Teknik Judul Skripsi : Analisa Tegangan Mata Pisau pada Perancangan Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Tugas Akhir yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Tugas Akhir ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan di Universitas Mercu Buana. Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Penulis, ( Daniel Kurniawan ) ii

3 LEMBAR PENGESAHAN ANALISA TEGANGAN MATA PISAU PADA PERANCANGAN MESIN PENGUPAS DAN PEMISAH KULIT BUAH KOPI KERING Disusun Oleh : Nama : Daniel Kurniawan NIM : Program Studi : Teknik Mesin Pembimbing, Mengetahui, Koordinator Tugas Akhir, (Prof(Em).Dr.Darwin Sebayang,M.Ing.) (Nurato, ST., MT) iii

4 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-nya kepada penulis, sehingga penulis dapat melewati masa studi dan menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul ANALISA TEGANGAN MATA PISAU PADA PERANCANGAN MESIN PENGUPAS DAN PEMISAH KULIT BUAH KOPI KERING. Tugas Akhir ini merupakan tahap akhir dari proses untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Mesin di Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Program Studi S1 Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana Jakarta. Keberhasilan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan orang-orang yang dengan segenap hati memberikan bantuan, bimbingan dan dukungan, baik moral maupun material. Oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. 2. Ayah dan Ibu tercinta serta seluruh keluarga yang selalu memberi motivasi, doa dan dukungan setiap waktu. 3. Prof. Dr. Ir. Chandrasa Soekardi, DEA selaku Dekan Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana. 4. Prof(Em). Dr. Darwin Sebayang, M. Eng. selaku Kaprodi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana. 5. Prof(Em). Dr. Darwin Sebayang, M. Eng. selaku Pembimbing Tugas Akhir yang sabar dalam membimbing penulis. iv

5 6. Rekan-rekan kerja di PT. Pendekar Bodoh yang telah memberikan toleransi dalam bekerja sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Teman-teman seperjuangan di FT Mesin UMB angkatan XX yang telah memberikan bantuan dan dorongan atas terselesaikannya Tugas Akhir ini. 8. Anggota kelompok atas kerjasama dan kekompakannya. 9. Serta semua teman-temanku yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam menyusun laporan Tugas Akhir ini terdapat kekurangan dan keterbatasan, oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk kesempurnaan dan kemajuan Penulis dimasa yang akan datang sangat diharapkan. Akhir kata Penulis berharap semoga hasil laporan ini dapat bermanfaat bagi seluruh pembaca. Jakarta, September 2015 Penulis v

6 DAFTAR ISI Halaman Judul... i Halaman Pernyatan... ii Halaman Pengesahan... iii Kata Pengantar... iv Dafar Isi... vi Daftar Tabel... xii Daftar Gambar... xv Daftar Grafik... xix Daftar Diagram... xx Daftar Notasi... xxii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Batasan Masalah Tujuan Manfaat Penulisan Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 5 BAB II LANDASAN TEORI Produk Di Pasaran... 7 vi

7 2.2. Masalah-masalah pada mesin yang ada di Pasaran Patent Review Sistem pengupasan dan Pemisahan Kulit dengan Biji Kopi Lingkup Penelitian Kajian Singkat Produk Tuntutan Mesin Dari Sisi Calon Pengguna Analisis Morfologi Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering Morfologis Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering Kelebihan dan Kelemahan Dari Masing-Masing Varian Pohon tujuan diagramatik mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering Identifikasi Analisis Teknik Yang Digunakan Dalam Perancangan Teori Desain Perancangan Poros Pasak Metode untuk mengikat elemen-elemen pada poros Bantalan Sabuk-V Blower Teori dasar tegangan vii

8 BAB III METODE PENELITIAN Metode Perancangan Pahl dan Beitz Perencanaan Proyek dan Penjelasan Tugas Perancangan Konsep Produk Perancangan Bentuk Produk Perancangan Detail Analisis Kebutuhan Spesifikasi Tenaga Penggerak Standar Penampilan Pertimbangan Perancangan Pertimbangan Teknis Pertimbangan Ergonomis Pertimbangan Lingkungan Pertimbangan keselamatan kerja Tuntutan Perancangan Berdasarkan Survey Tuntutan Konstruksi Tuntutan Ekonomi Tuntutan Fungsi Tuntutan Pengoperasian Tuntutan Keamanan Tuntutan Ergonomis viii

9 3.5. Gambaran Mesin Gambaran Mesin Pengupas dan Pemisah kulit Buah Kopi Kering Cara kerja Mesin Langkah Pengoperasian Mesin BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA Perbandingan Sistem Kerja Mesin Desain Mesin Tahap Klarifikasi Tujuan Tahap Penetapan Fungsi Tahap Penetapan Spesifikasi Evaluasi Desain Teknik Perancangan Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering Hopper Rangka Utama Poros Pasak Bantalan Sistem Transmisi Van-Belt ix

10 Motor Kapasitas Mesin Gaya yang dibutuhkan untuk mengupas Kulit Buah Kopi Kering Pengukuran berat jenis kopi Menentukan gaya yang dibutuhkan untuk mengupas kulit buah kopi kering Pengukuran jumlah buah kopi kering/liter Hasil Pengujian Alat Uji coba mata pisau jenis Uji coba mata pisau jenis Uji coba mata pisau jenis BAB V ANALISA TEGANGAN MATA PISAU PADA MESIN PENGUPAS BUAH KOPI KERING MENGGUNAKAN SOFTWARE SOLIDWORKS Pemilihan Mata Pisau Desain Simulasi Solidwork Pada Mata Pisau Beban yang diterima oleh Mata Pisau Mata pisau pada proses pengupasan kulit buah kopi kering Analisa Mata Pisau Menggunakan Software Solidworks Menampilkan Von Mises Stress Hasil Akhir Analisa x

11 BAB VI PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Model mesin yang ada di pasaran (1)... 7 Tabel 2.1 Model mesin yang ada di pasaran (2)... 8 Tabel 2.1 Model mesin yang ada di pasaran (3)... 9 Tabel 2.2 Kekurangan mesin yang ada di pasaran (1)... 9 Tabel 2.2 Kekurangan mesin yang ada di pasaran (2) Tabel 2.3 Matriks Morfologi Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (1) Tabel 2.3 Matriks Morfologi Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (2) Tabel 2.4 Kelebihan dan Kelemahan Varian 1 (1) Tabel 2.4 Kelebihan dan Kelemahan Varian 1 (2) Tabel 2.5 Kelebihan dan Kelemahan Varian 1 (3) Tabel 2.5 Kelebihan dan Kelemahan Varian 2 (1) Tabel 2.5 Kelebihan dan Kelemahan Varian 2 (2) Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah kopi Kering painting (requirement request) (1) Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering painting (requirement request) (2) xii

13 Tabel 3.2 Daftar Nilai komponen Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering(1) Tabel 3.2 Daftar Nilai komponen Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering(2) Tabel 3.3. Hasil survey yang sudah dilakukan pada 10 orang (data terlampir) Tabel 3.4 Daftar Nilai Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering Tabel 3.5 Hasil survey pemilihan alternatif mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering yang sudah dilakukan pada 10 orang (data terlampir) Tabel 3.6 Daftar jumlah komponen dan bahan baku Mesin Pengupas dan Pemisah Buah Kopi Kering (1) Tabel 3.6 Daftar jumlah komponen dan bahan baku Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (2) Tabel 4.1 Spesifikasi Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (1) Tabel 4.1 Spesifikasi Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (2) Tabel 4.1 Spesifikasi Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (3) Tabel 4.2 Matriks pemeringkatan kriteria Tabel 4.3 Matriks pemeringkatan kriteria dan penentuan bobot kriteria Tabel 4.5 faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan Tabel 4.6 Spesifikasi Diameter Poros Pengupas Tabel 4.7 Spesifikasi Diameter Poros Pemisah Tabel 4.8 Hubungan ukuran pasak dengan diameter poros xiii

14 Tabel 4.9 Umur desain bantalan yang disarankan untuk bantalan Tabel 4.10 Bearing Pillow Blocks Cast housing Tabel 4.11 Hasil pengujian berat jenis kopi Tabel 4.12 hasil perhitungan jumlah buah kopi kering Tabel 4.13 hasil pengukuran gaya pengupasan kopi Tabel 4.14 Hasil pengujian pengupasan memakai jenis pisau Tabel 4.15 Hasil pengujian pengupasan memakai jenis pisau Tabel 4.16 Hasil pengujian pengupasan memakai jenis pisau Tabel 4.17 Tabel data pengujian pengupasan dengan menggunakan jenis pisau xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Mill Of Grinding Coffee And Other Substances Gambar 2.2 Hulling Machine Gambar 2.3 Coffee Cleaner Gambar 2.4 Coffee Huller Gambar 2.5 Coffee and Rice Huller Gambar 2.6 Coffee Huller Gambar 2.7 Coffee Huller Gambar 2.8 Chaff Separator For Coffee Mill Gambar 2.9 Poros Transmisi Gambar 2.10 Poros Gandar Gambar 2.11 Pasak parallel empat persegi panjang dan bujur sangkar Gambar 2.12 Pasak tirus dan pasak berkepala Gambar 2.13 Pasak tembereng Gambar 2.14 Sambungan Pena silindris, Pena tirus dan Pena pegas Gambar 2.15 Sambungan Naf tanpa pasak untuk sambungan poros Gambar 2.16 Macam-macam sambungan naf polygon untuk sambungan poros Gambar 2.17 Sambungan bus tirus belah Gambar 2.18 Sekrup penetap Gambar 2.19 Tirus dan Sekrup xv

16 Gambar 2.20 Penampang sabuk-v Gambar 2.21 Kipas Sentrifugal dengan Double Inlet Gambar 3.1 Diagram alir perancangan Pahl dan Beitz Gambar 3.2 Alternatif 1 model 1 mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering 51 Gambar 3.3 Alternatif 2 model 2 mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi kering 51 Gambar 3.4 Mesin Pengupas dan Pemisah kulit buah kopi kering Gambar 3.5 Komponen Mesin Pengupas dan Pemisah kulit buah kopi kering Gambar 4.1 Mesin Penggiling Kopi Di Magelang Gambar 4.2 Hasil pengupasan untuk mesin yang ada di Magelang Gambar 4.3 Black Box Gambar 4.4 Transparent Box Gambar 4.5 Hopper tampak samping dan tampak depan Gambar 4.6 Limas dan prisma siku-siku pada hopper tampak depan Gambar 4.7 Gaya-gaya pada hopper Gambar 4.8 Rangka utama tampak depan Gambar 4.9 Gaya-gaya pada rangka utama Gambar 4.10 Shear Diagram dan Bending Diagram pada rangka pengupas Gambar 4.11 Rangka utama tampak depan Gambar 4.12 Gaya-gaya pada rangka utama Gambar 4.13 Diagram alir perhitungan poros dengan beban puntir dan lentur Gambar 4.14 Beban vertikal yang diterima pada poros xvi

17 Gambar 4.15 Gaya vertikal yang bekerja pada poros Gambar 4.16 Shear Diagram Bidang Vertikal Gambar 4.17 Analisis poros pengupas Gambar 4.18 Bending Diagram Bidang Vertikal Gambar 4.19 Gaya horisontal pada poros pengupas Gambar 4.20 Shear diagram bidang horisontal Gambar 4.21 Gaya-gaya pada poros pengupas bidang horisontal Gambar 4.22 Bending diagram bidang horisontal Gambar 4.23 Skema gaya yang bekerja pada poros pengupas bidang horisontal Gambar 4.24 Stress Concentration factor (K t ) pada poros Gambar 4.25 Beban vertikal yang diterima pada poros pemisah Gambar 4.26 Gaya vertikal yang bekerja pada poros pemisah Gambar 4.27 Shear Diagram Bidang Vertikal Gambar 4.28 Analisis poros pengupas Gambar 4.29 Bending Diagram Bidang Vertikal Gambar 4.30 gaya horizontal pada poros pengupas Gambar 4.31 Shear diagram bidang horizontal Gambar 4.32 gaya-gaya pada poros bidang horisontal Gambar 4.33 bending diagram bidang horisontal Gambar 4.34 Skema gaya yang bekerja pada poros pengupas Gambar 4.35 Diagram alir untuk merencanakan pasak dan alur pasak xvii

18 Gambar 4.36 Diagram alir perhitungan bearing Gambar 4.37 Sistem Transmisi pada Mesin Pengupas kulit buah kopi kering Gambar 4.38 Diagram alir Perhitungan Van-belt Gambar 4.39 skematik transmisi sabuk Gambar 4.40 Pisau Jenis 1 dan hasil Pengupasan dengan Pisau Jenis Gambar 4.41 Pisau Jenis 2 dan hasil Pengupsan dengan Pisau Jenis Gambar 4.42 Pisau Jenis 3 dan hasil Pengupsan dengan Pisau Jenis Gambar 5.1 Hasil analisa Gaya dan Momen yang diberikan pada roll pengupas Gambar 5.2 Hasil analisa Gaya dan Momen yang bekerja pada roll pengupas Gambar 5.3 Hasil analisa Gaya dan Momen yang diberikan pada roll pengupas Gambar 5.4 Hasil analisa Gaya dan Momen yang bekerja pada roll pengupas Gambar 5.5 Tampilan Von Mises Stress pada Roll Pengupas Gambar 5.6 Tampilan Von Mises Stress pada Plat Penggilas Gambar 5.7 Tampilan Displacement pada Roll Pengupas Gambar 5.8 Tampilan Displacement pada Plat Penggilas xviii

19 DAFTAR GRAFIK Grafik 3.1 Bar Chart kuisioner Grafik 3.2 Bar Chart kuisioner Grafik 4.1 Pemilihan Van-belt Grafik 4.2 Penentuan pembungkus faktor koreksi Grafik 4.3 Penentuan panjang faktor koreksi Grafik 4.4 Hasil pengujian mata pisau xix

20 DAFTAR DIAGRAM Diagram 2.1 Tuntutan Perancangan Mesin Pengupas dan pemisah Kulit Buah Kopi Kering (1) Diagram 2.1 Tuntutan Perancangan Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (2) Diagram 2.1 Tuntutan Perancangan Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (3) Diagram 2.2 Pohon Tujuan Atribut Desain(1) Diagram 2.2 Pohon Tujuan Atribut Desain(2) Diagram 2.3 Pohon Tujuan Atribut Bahan Diagram 2.4 Pohon Tujuan Atribut Fungsi Diagram 4.1 Objective Tree Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (1) Diagram 4.1 Objective Tree Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (2) Diagram 4.2 Diagram Black Box Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering(1) Diagram 4.2 Diagram Black Box Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering(2) Diagram 4.3 Blok Diagram Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Biji Kopi Diagram 4.4 Sistem Pembatas Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Biji Kopi (1) xx

21 Diagram 4.4 Sistem Pembatas Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Biji Kopi (2) Diagram 4.5 Pengambilan Keputusan untuk Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (1) Diagram 4.5 Pengambilan Keputusan untuk Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (2) Diagram 4.5 Pengambilan Keputusan untuk Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering (3) Diagram 4.6 Proses Analisis dan Perkiraan untuk Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Kering xxi

22 DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN INTERNASIONAL (SI) T Torsi kg.mm σ Kekuatan Tarik kg/mm 2 σ t Tegangan yang diijinkan kg/mm 2 S Faktor Keamanan C b Faktor Pemakaian P Daya Nominal kw P d Daya Rencana kw f c Faktor Koreksi n Putaran rpm d Diameter mm M Momen Lentur kg.mm K m Faktor Koreksi Momen Lentur K t Faktor Koreksi Momen Puntir τ Tegangan Geser kg/mm 2 S y Tegangan Luluh kg.mm xxii

23 N Faktor Rancangan L Panjang Pasak mm W Lebar Nominal Pasak mm H Tinggi Nominal Pasak mm L d Umur Nominal Bantalan menit C Beban Nominal Dinamis kg P Beban Equivalen kg X Beban Radial Bantalan kg Y Faktor Aksial R Beban Radial kg v Kecepatan Puli m/s xxiii