PENGUKURAN GAYA GESEK STATIS PADA BERBAGAI MACAM BERAS

Transkripsi

1 EMBRYO VOL. 8 NO. 2 DESEMBER 2011 ISSN PENGUKURAN GAYA GESEK STATIS PADA BERBAGAI MACAM BERAS Yazid Ismi Intara 1, M. Sjahrul Annas 2 1 Departemen Agroteknologi, FAPERTA Universitas Mulawarman 2 Jurusan Teknik Mesin, Universitas Trisakti Abstract The force required for the initial transfer as a static friction. The objective of this research is to calculate the magnitude of the coefficient of static friction of the various types of rice which is the object of measurement, by measuring the static friction. The measurement results are the static frictional forces between red rice and wood for N/cm 2 and N/cm 2 for rubber. Measurement of static friction ordinary rice with wood N/cm 2 and with a rubber N/cm 2. Measurement of static friction for white glutinous rice with the wood of N/cm 2 and rubber at N/cm 2. Measurement of static friction for black glutinous rice with the wood amounted to N/cm 2 and the rubber of N/cm 2. Key Words : static friction, rice, wood, rubber Pendahuluan Gesekan (friction) dalam banyak kasus sangat menentukan pada semua bidang mekanisasi pertanian. Gesekan selalu terjadi pada beberapa bentuk selama pergerakan bahan dan mempengaruhi gaya yang dihasilkan. Struktur penyimpanan di dalam silo dan lainnya, beban vertikal pada dinding ditentukan oleh koefisien gesekan. Selama pemindahan secara pneumatis, khususnya pada bahan berkonsentrasi tinggi, gesekan antara bahan dengan dinding merupakan hambatan yang cukup penting. Elemen tertentu pada alat pengangkut misalnya screw conveyor dapat dihitung jika koefisian gesekan diketahui. Perilaku produk-produk butiran (granular) dalam bentuk curah (bulk) sangat tergantung pada nilai koefisien gesekan. Gesekan sangat berperan selama proses pemotongan dan pengepresan produkproduk pertanian. Sebuah benda apabila diletakkan pada sebuah permukaan datar maka benda tersebut dapat dipindahkan hanya jika ada gaya dorong yang melebihi gaya gesek benda. Gaya yang dibutuhkan untuk perpindahan awal disebut sebagai gaya gesek statis dan setelah mulai bergerak, gaya gesek umumnya menurun dan gerakan dapat dilakukan dengan gaya yang lebih rendah. Gaya yang dibutuhkan untuk mengatur gerakan atau perpindahan disebut sebagai gaya gesek kinetik. Gaya gesekan statis maksimum sama dengan gaya terkecil yang dibutuhkan agar benda mulai bergerak. Benda setelah mulai bergerak, gaya gesekan antara kedua permukaan berkurang sehingga gaya yang diperlukan untuk menjaga benda agar tetap bergerak akan lebih kecil. Gaya gesekan antara dua benda yang bergerak ini dinamakan gaya gesekan kinetik. Perbandingan antara gaya gesek statik maksimum dengan besarnya gaya normal disebut koefisien gesek statik. Jika F s adalah gaya gesek statik maka Fs = µ s. N Perbandingan antara gaya gesek kinetik dengan gaya normal disebut koefisien gesek kinetik. Jika F k adalah gaya gesek kinetik maka Fk = µ k. N Koefisien gesek kinetik dapat didekati dengan pengukuran koefisien gesek statik. Besarnya koefisien gesek kinetik adalah ± 25% lebih kecil dari koefisien gesek statik (Giancoli, 1992; Beer dan Johnston, 1990). Koefisien gesek statik ( µ s ) diperoleh dengan menggunakan persamaan : τ max µ s τ n =...(1) dimana : τ max = Tegangan gesek maksimum (kg/cm 2 ) τ n = Tegangan Normal (kg/cm 2 ) 118

2 Pengukuran Gaya Gesek (Yazid Ismi Intara, M. Sjahrul Annas) Tujuan dari pengukuran ini adalah untuk menghitung besarnya koefisien gesek statik dari berbagai jenis beras yang menjadi objek pengukuran, dengan cara mengukur gaya gesek statik. Bahan dan Metode Pengukuran gaya gesek ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Keteknikan Pertanian Leuwikopo, Institut Pertanian Bogor. Alat ukur yang digunakan pada pengukuran ini adalah alat pengukur gaya gesek hasil rancangan Suastawa dan Radite (1998). Karet/Kayu Beban F Motor Listrik Bahan Ring Transducer Dudukan Gambar 1. Alat Ukur Gaya gesek statik (Suastawa dan Radite, 1998) Bahan dan alat yang digunakan dalam pengukuran gaya gesek adalah: Beras biasa, beras merah, beras ketan putih, beras ketan hitam, alat pengukur gaya gesek statik, Interface (A/D converter), 1 unit komputer, strain amplifier, multimeter dan timbangan. Tahapan yang dilakukan dalam pengukuran ini adalah : 1. Kalibrasi Transducer Transducer adalah suatu alat electromechanical yang mengkonversi perubahan mekanik seperti perpindahan, gaya, dll menjadi signal listrik yang dapat dimonitor selaku voltase. Jadi transducer gaya mengkonversi besarnya perubahan gaya yang terjadi pada objek yang diaplikasikan menjadi signal listrik. Sensor gaya yang digunakan pada pengukuran adalah 2 buah electrical resistance strain gage KYOWA tipe KFC-1-C1-11. Kalibrasi transducer sangat penting dilakukan untuk mengecek nilai keluaran terhadap suatu standar yang diketahui agar kesalahan pengukuran yang dilakukan dapat dibuat sekecil-kecilnya. Prosedur kalibrasi adalah dengan membandingkan keluaran suatu instrumen dengan suatu standart primer, standar sekunder, atau dengan input yang diketahui. Melalui kalibrasi akan diperoleh suatu formula yang menghubungkan nilai yang diketahui dengan nilai yang tidak diketahui. Ring Transducer Strain Gage Strain Amp P Bridge Box Multimeter Gambar 2. Kalibrasi Transducer 119

3 EMBRYO VOL. 8 NO. 2 DESEMBER 2011 ISSN Kalibrasi tranducer yang dilakukan pada pengukuran ini adalah dengan memberi berbagai beban yaitu : 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 dan 5,0 kg secara tegak lurus pada ring transducer, lalu voltase keluaran pada setiap beban diukur. Hasil kalibrasi yang didapat dapat dilihat pada tabel. 1 dibawah ini : Tabel 1. Hasil kalibrasi Transducer Beban (kg) Voltase 0 0,00 0,5 0,03 1 0,05 1,5 0,07 2 0,09 2,5 0,11 3 0,13 3,5 0,15 4 0,17 4,5 0,19 5 0,21 Hasil kalibrasi di atas dapat dibuat menjadi grafik seperti pada gambar di bawah ini : Gambar 3. Hasil Kalibrasi Transducer Persamaan regresi yang diperoleh untuk hasil kalibrasi yaitu : Y = 24,408 X - 0,162 dengan karet. (2) Dimana : Y = Beban (kg) X = Tegangan (Volt) 2. Tahap Pengukuran Gaya Gesek Bahan Uji Tahapan pengukuran gaya gesek bahan uji yang dilakukan yaitu sebagai berikut: a. Gaya gesek statik antara beras merah dengan kayu. b. Gaya gesek statik antara beras merah dengan karet c. Gaya gesek statik antara beras biasa dengan kayu d. Gaya gesek statik antara beras biasa dengan karet e. Gaya gesek statik antara beras ketan putih dengan kayu 120 f. Gaya gesek statik antara beras ketan putih g. Gaya gesek statik antara beras ketan hitam dengan kayu h. Gaya gesek statik antara beras ketan hitam dengan karet Hasil dan Pembahasan 1. Pengukuran Gaya Gesekan Statik Gaya gesekan statik adalah sama dengan gaya yang diberikan agar benda tersebut mulai bergerak. Pengukuran dalam penelitian ini adalah gaya gesek statik antara 4 jenis beras dengan karet serta kayu. Besarnya gaya gesekan statik hasil pengukuran yang terbaca pada monitor komputer adalah berupa voltase. Hasil pengukuran yang dilakukan adalah sebagai berikut :

4 Pengukuran Gaya Gesek (Yazid Ismi Intara, M. Sjahrul Annas) Gambar 4. Gaya Gesek Statis antara Beras Merah dengan Kayu Gambar di atas menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,264 Volt. Besarnya gaya yang diperoleh ini masih dalam Volt, untuk mengkonversi digunakan persamaan dari kalibrasi yaitu persamaan (2). Data hasil pengukuran selanjutnya digunakan cara yang sama. Beban pada gaya gesek statis antara beras merah dengan kayu adalah :. Y = 24,408 (0,264) - 0,162 = 6,281 antara beras merah dengan kayu adalah sebesar 6,281 N/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras merah sebesar 6,281 N pada bidang kayu seluas 1 cm 2 Gambar 5. Gaya Gesek Statik antara Beras Merah dengan Karet Hasil pengukuran gaya gesek statis antara beras merah dengan karet seperti tampak pada gambar 5 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,251 Volt. Jadi beban pada gaya gesek statik yang terjadi adalah : F s = 24,408 (0,251) - 0,162 = 5,963 antara beras merah dengan karet adalah sebesar 5,963 N/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras merah sebesar 5,963 N pada bidang karet seluas 1 cm

5 EMBRYO VOL. 8 NO. 2 DESEMBER 2011 ISSN Volt Waktu (Dtk) Gambar 6. Gaya Gesek Statik antara Beras Biasa dengan Kayu Beras yang digunakan pada pengukuran ini adalah beras Cianjur. Gambar 6 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,242 Volt. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah : F s = 24,408 (0,242) - 0,162 = 5,744 antara beras biasa dengan kayu adalah sebesar 5,744 N/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras biasa sebesar 5,744 N pada bidang kayu seluas 1 cm 2. Gambar 7. Gaya Gesek Statik antara Beras Biasa dengan Karet Gambar 7 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,239 Volt. Jadi gaya gesek statis yang terjadi adalah : F s = 24,408 (0,239) - 0,162 = 5,670. antara beras biasa dengan karet adalah sebesar 5,670 N/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras biasa sebesar 5,670 N pada bidang karet seluas 1 cm 2. Gambar 8 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,259 Volt. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah : F s = 24,408 (0,259) - 0,162 = 6,158 antara beras ketan putih dengan kayu adalah sebesar 6,158 N/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras ketan putih sebesar 6,158 N pada bidang kayu seluas 1 cm

6 Pengukuran Gaya Gesek (Yazid Ismi Intara, M. Sjahrul Annas) Gambar 8. Gaya Gesek Statik antara Beras Ketan Putih dengan Kayu Gambar 9. Gaya Gesek Statik antara Beras Ketan Putih dengan Karet Gambar 9 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,254 Volt. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah : F s = 24,408 (0.254) - 0,162 = 6,037 antara beras ketan putih dengan karet adalah sebesar 6,037 N/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras ketan putih sebesar 6,037 N pada bidang karet seluas 1 cm 2. Gambar 10. Gaya Gesek Statik antara Beras Ketan Hitam dengan Kayu 123

7 EMBRYO VOL. 8 NO. 2 DESEMBER 2011 ISSN Gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,205 Volt seperti yang tampak pada gambar 10. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah : F s = 24,408 (0,205) - 0,162 = 4,841 antara beras ketan hitam dengan kayu adalah sebesar 4,841 N/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras ketan hitam sebesar 4,841 N pada bidang kayu seluas 1 cm 2. Gambar 11. Gaya Gesek Statik antara Beras Ketan Hitam dengan Karet Gambar 11 menunjukkan bahwa gaya maksimum yang diperlukan adalah sebesar 0,234 Volt. Jadi gaya gesek statik yang terjadi adalah : F s = 24,408 (0,234) - 0,162 = 5,549 antara beras ketan hitam dengan karet adalah sebesar 5,549 N/cm 2. Hal ini menunjukkan bahwa gaya gesekan beras ketan hitam sebesar 5,549 N pada bidang karet seluas 1 cm Perhitungan Tegangan Maksimum dan Tegangan Normal Tegangan Maksimum untuk bendabenda di atas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : τ m = F s A dimana : τ m = Tegangan maksimum yang terjadi F s = Gaya Gesek statik A = Luas penampang wadah bagian dalam. Tegangan maksimum yang terjadi antara beras merah dengan kayu adalah : τ = 6, m 200 kg/cm2 = kg/cm 2 Hasil perhitungan untuk jenis yang lain dengan menggunakan cara yang sama pula dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Tegangan Maksimum Kayu Karet Beras merah 0, Beras biasa Beras ketan putih Beras ketan hitam Tegangan normal adalah tegangan yang arahnya tegak lurus bidang di mana gaya itu bekerja. Tegangan normal dalam pengukuran ini dihitung dengan persamaan sebagai berikut : dimana : τ = n F n A τ n = Tegangan Normal F n = Gaya Normal yang bekerja A = Luas penampang Tegangan normal yang terjadi adalah : 2,964 τ n = kg/cm = kg/cm 2 124

8 Pengukuran Gaya Gesek (Yazid Ismi Intara, M. Sjahrul Annas) Wadah dan beban yang diberikan pada pengukuran ini adalah sama untuk semua jenis beras dan perlakuan yang ada maka tegangan normal yang terjadi adalah sama untuk semua jenis beras dan perlakuan yang diberikan. 3. Perhitungan Koefisien Gesek Statik Koefisien gesek dihitung berdasarkan persamaan (1). Hasil perhitungannya dapat dilihat pada Tabel 3. dibawah ini : Tabel 3. Koefisien gesek statik Kayu Karet Beras Merah Beras Biasa Beras Ketan Putih Beras Ketan Hitam Kesimpulan Pengukuran yang dilakukan menunjukkan bahwa pada dasarnya koefisien gesek statik antara beras dan kayu lebih besar dari pada koefisien gesek statik antara beras dan karet. Penyimpangan pada beras ketan hitam terjadi mungkin karena wadah beras juga bergesek dengan karet sehingga terjadi penambahan gaya gesek. Namun hal ini dapat juga terjadi karena sebagian beras ketan hitam yang bersentuhan dengan permukaan kayu bukan bergeser tetapi menggelinding sehingga terjadi penurunan gaya gesek. Daftar Pustaka Bueche, F.J Teori dan soal-soal Fisika; Schaum Series. Erlangga. Jakarta Darma, Disain dan Analisa kebutuhan tenaga alat pemarut sagu tipe silinder, Thesis, Pascasarjana IPB, Bogor Giancoli, D. C. 1991, Phisic : Principles With Application. Prentice Hall International Inc London. Halliday,D and Resnick, R Fisika. Erlangga. Jakarta Nash, W. A, 1957, Strenght of Materials, Schaum Series. McGraw-Hill Book Company, New York. Smith, H. P and Wilkes, L. H (Tri Purwadi. 1996). Mesin dan Peralatan Usaha Tani. Gajah Mada University Press. Yogyakarta. Suastawa, I dan Radite P A S Rancang Alat Percobaan untuk Menentukan Gaya Gesek Biji Kacang-kacangan dengan Berbagai Permukaan Material. Laporan Penelitian Mandiri (tidak dipublikasikan). Departemen Teknik Pertanian. FATETA IPB. Bogor. 125