IV. PENDEKATAN RANCANGAN dan ANALISIS TEKNIK 4.1. Rancangan Fungsional Rancangan fungsional merupakan penjelasan mengenai fungsi-fungsi yang ada, yang dilakukan oleh sistem atau dalam model pemisah ini merupakan komponen penyusunnya. Dalam menentukan rancangan fungsional biasanya dinyatakan dalam daftar fungsi kerja. Fungsi kerja merupakan rangkaian tahapantahapan proses/komponen hingga terpisahkannya bahan plastik, gambar 16. Hopper Lempeng Panas Pendisribusian Tenaga Scrubber Media Penampung Akhir Gambar 16. Diagram Rancangan Fungsional Proses pemisahan dengan model alat ini diawali dengan proses penampungan bahan plastik dan bahan organik ke dalam media penampung. Selanjutnya bahan-bahan tersebut akan mengalir menuju silinder panas, yang sedang berputar oleh putaran engkol. Putaran dari silinder panas membantu dalam pengaliran bahan-bahan yang ada dalam hopper. Panas yang ada pada silinder diharapkan mampu membuat bahan plastik terekatkan dan mengikuti putaran dari silinder panas tersebut dengan suhu terkontrol tertentu. Sedangkan untuk bahan organik akan mengalir langsung menuju pada media penampungan akhir bahan organik tepat diawal pergerakan dari silinder panas. Bahan plastik akan terlepas kembali dengan adanya pemisah bahan plastik terhadap silinder panas (scrubber). Bahan plastik yang telah terpisahkan dari silinder panas akan jatuh kepada media penampung akhir bahan plastik. 21
4.1.1. Hopper Hopper merupakan bagian dari komponen model pemisah bahan plastik dan bahan organik, yang berfungsi sebagai kotak penampung bahan sebelum disalurkan menuju proses pemisahan oleh silinder panas. Pada tahap ini bahan plastik dan bahan organik masih tercampurkan. Hopper mempunyai peranan penting dalam proses berjalannya bahan. Desain hopper yang tidak sesuai membuat terjadi penumpukan bahan dan mengganggu proses pemisahan dikarenakan penumpukan tersebut membuat panas yang digunakan untuk pemisahan tidak mengenai bahan plastik tersebut. Gambar 17. Hopper 4.1.2. Silinder Panas Silinder panas merupakan komponen utama dari model pemisah penelitian ini. Silinder panas, tersusun oleh tiga buah komponen yakni silinder, heater dan poros ass. Silinder berfungsi untuk menyerap aliran panas yang berasal dari heater. Pada perancangannya heater yang digunakan adalah heater pelat agar didapat perambatan panas yang merata terhadap silinder. Beban keseluruhan silinder dan heater akan ditopang oleh poros ass yang terhubung terhadap rangka. Untuk membantu perputaran silinder digunakan pillow block untuk kemudahan perputaran silinder panas tersebut. 22
Gambar 18. Komponen Silinder Panas Suhu permukaan silinder dikontrol dengan menggunakan thermokontrol yang dirangkaikan dengan kontaktor sebagai penyelaras (relay) tegangan arus besar. Pengkontrolan suhu terkontrol yang dilakukan oleh thermokontrol, dilakukan dengan menghidup-matikan kinerja heater atas pembacaan suhu yang dilakukan. Pembacaan suhu yang dilakukan oleh thermokontrol didapat dari pembacaan suhu thermocouple pada permukaan silinder. Dalam piranti pengkontrolan ini juga menggunakan lampu indikator dan saklar sebagai pemutus dan penyambung arus listrik pada sistem. Keseluruhan piranti tersebut diletakkan pada kotak kerja untuk menjaga keselamatan kerja. Gambar 19. Priranti Pengkontrolan Suhu. 23
4.1.3. Engkol Engkol merupakan komponen yang digunakan untuk untuk membantu memutarkan silinder panas. Engkol terhubung dengan poros ass pada silinder panas. Pemutaran engkol akan membuat poros ass berputar, begitu juga dengan silinder panas. Gambar 20. Engkol 4.1.4. Pemisahan Plastik Terhadap Silinder Panas (Scrubber) Scrubber merupakan komponen yang berfungsi untuk memisahkan/ melepaskan kembali plastik yang terekatkan pada silinder panas. Scrubber dalam rancangan diletakkan pada bagian terdekat terhadap silinder panas dan berlawanan terhadap arah jatuhnya bahan. Scrubber dirancangkan memiliki pengaturan jarak antara scrubber dan permukaan silinder. Gambar 21. Scrubber 24
4.1.5. Media Penampungan Akhir Media penampungan akhir merupakan media penampung bahan plastik dan bahan organik setelah proses pemisahan. Terdapat dua buah media penampung akhir yang terpisahkan, salah satu untuk bahan organik dan lainnya untuk bahan jenis plastik. Media yang digunakan adalah wadah plastik (ember) sederhana dikarenakan kapasitasnya yang masih bentuk model. Gambar 22. Media Penampung Akhir 4.2. Rancangan Struktural Rancangan struktural merupakan salah satu bagian dari keseluruhan proses perancangan model penelitian ini. Proses perancangan struktural dapat dibedakan dalam dua tahap. Tahap prtama adalah desain umum, yaitu pemilihan tipe struktur dari berbagai alternatif yang memungkinkan seperti tata letak struktur, geometri atau bentuk, dan material yang digunakan secara tentatif. Tahap kedua adalah desain terinci, yaitu penentuan dimensi keseluruhan dan elemen struktur lainnya. 4.2.1. Rangka Rangka adalah komponen yang berfungsi untuk menopang beban keseluruhan model alat ini. Perakitan rangka ini dituntut dapat menopang beban keselurahan dari model pemisah ini dan juga beban kerja saat proses pemisahan. Dalam perakitannya rangka akan dibuat dengan menggunakan bahan besi siku 4 cm x 4 cm x 4 mm yang dirangkai seperti pada lampiran 3. 25
4.2.2. Hopper Hopper yang berfungsi untuk menampung bahan tahap awal, dalam rancangan strukturalnya akan dibuat dengan menggunakan bahan pelat besi dua mm, yang akan dibentuk seperti gambar yang disajikan pada lampiran 4. Sifat bahan plastik dan bahan organik yang ringan, membutuhkan kemiringan yang besar agar bahan-bahan tersebut dapat teralirkan dengan baik. 4.2.3. Silinder Panas Seperti yang telah disebutkan pada rancangan fungsional, silinder panas merupakan komponen terpenting dari model pemisahan penelitian kali ini. Silinder panas tersusun oleh tiga komponen penting yakni silinder, heater dan poros ass. Pada rancangan struktural silinder ini, permukaan silinder akan dibuat dengan menggunakan bahan pelat besi dengan ketebalan dua mm. Pelat besi tersebut akan dibentuk menjadi sebuah silinder dengan dimensi; diameter 318.5 mm dan tinggi 365 mm. Ukuran dari silinder merupakan penyesuaian terhadapan ukuran dari heater yang digunakan agar didapat perambatan panas yang baik. Adapun heater yang digunakan adalah heater pelat 2000 watt dengan dimensi 1 m x 355 mm. Heater ini diletakan pada bagian dalam dari silinder dan diletakan menempel pada permukaan silinder. Tutup dari silinder dibuat dengan bahan yang berbeda dari permukaan silinder, bahan yang digunakan adalah besi pelat lima mm. Bahan tutup silinder dibuat dengan menggunakan bahan lebih tebal dikarenakan untuk mengurangi terjadinya pemuaian akibat proses penglasan pada penyambungan permukaan silinder dan tutup silinder. Gambar 23. Heater Pelat 26
Pada bagian silinder panas ini, beban dari sillinder dan beban kerja proses yang ada pada silinder akan ditopang dengan menggunakan poros ass satu inchi. Poros ass pada pergerakan silinder ini juga dibantu oleh pilow block satu inchi dengan diameter bantalan 50 mm. Ukuran dari bahan poros ass dan bantalan merupakan hasil perhitungan yang dapat dilihat pada bagian analisis teknik. Rancangan struktural dan dimensi keseluruhan dari komponen silinder panas dapat dilihat pada lampiran 5. Dalam perangkaian heater dan silinder, heater yang berada pada bagian dalam silinder membuat dibutuhkannya pengantar arus listrik khusus. Silinder dan heater yang berputar, membutuhkan pengantar arus listrik yang tidak menyebabkan kabel listrik terhadap heater tidak terlilit akibat putaran silinder tersebut. Pengantar arus listrik ini dimaksudkan untuk menghindari adanya aliran listrik pada permukaan dan badan dari silinder, gambar 24. Gambar 24. Metode Pengantaran Arus Listrik Pada Heater Prinsip dari pengaliran arus lisrik ini adalah adanya dua pasang cincin yang bergesekan dimana sepasang cincin berputar seiring putaran silinder dan yang cicin lain diam yang terhubung terhadap arus listrik masuk. Kedua cincin yang bergesekan menyebabkan pengaliran listrik tetap bisa dilakukan. Penggunaan teflon (bagian berwarna putih pada gambar 24), digunakan sebagai isolator terhadap arus positif dan negatif yang mengalir menuju heater. Selain itu dalam perangkaiannya juga menggunakan penghubung listrik dari keramik antar kabel heater dan kabel listrik penghubung lainnya. Penghubung dari keramik ini digunakan untuk menghindari adanya aliran panas yang mengalir terhadap kabel pengantar yang membuat lelehnya pelindung yang ada pada kabel pengantar. 27
Pada silinder panas ini, suhu permukaan silinder akan dikontrol dengan menggunakan thermokontrol tipe Omron e5cwt, dalam menghidup dan mematikan heater. Thermokontrol tipe ini terdiri dari sepuluh buah port yang memiliki fungsi yang berbeda. Skema mengenai thermokontrol ini dapat dilihat pada gambar 25. 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 + - Not Used Gambar 25. Skema Port Thermokontrol Masukan data suhu pada thermokontrol adalah pembacaan yang dilakukan oleh thermocouple terhadap permukaan silinder. Pada model alat ini peletakan thermocouple juga membutuhkan suatu metode peletakan khusus agar thermocouple dapat selalu membaca permukaan silinder tersebut. Pada peletakannya membutuhkan suatu kerja per pegas agar ujung permukaan thermocouple dapat selalu menempel pada permukaan silinder, gambar 26. Thermocouple Dudukan Pegas Pegas Dudukan scrubbing Gambar 26. Keterangan Peletakan Akan Thermocouple Pada silinder panas ini, perangkaian thermokontrol dan heater akan dihubungkan dengan kontaktor sebagai relay antara kedua komponen tersebut. Kontaktor yang digunakan adalah tipe Mitsubishi S-N20, 32 ampere. Perangkaian ketiga komponen ini dapat dilihat pada gambar 27 dibawah ini. 28
+ - SAKLAR + - LAMPU A1 A2 1 2 3 KONTAKTOR 4 5 6 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 TERMOKONTROL + - - + PORT PENGHUBUNG + - TERMOCOUPLE + - HOME - + HEATER Gambar 27. Rangkaian Piranti Kontrol Suhu. 4.2.4. Engkol Engkol diperlukan untuk memutarkan silinder panas ketika proses pemisahan. Fungsinya yang digunakan untuk untuk memutakan silinder panas, dalam perakitannya engkol akan dirangkaikan pada poros ass silinder panas. Bahan yang digunakan pada komponen engkol mengikuti bahan poros ass yakni besi ass satu inchi. Dimensi perancangan engkol dapat dilihat pada lampiran 6. 4.2.5. Pemisah Plastik dari Silinder Panas (Scrubber) Scrubber berfungsi untuk mengangkat bahan plastik yang terekatkan pada permukaan silinder setelah proses pemisahan. Dalam perancangannya bahan yang digunakan adalah besi siku yang ditambahkan dengan sebuah pelat besi yang telah dilapisi lembaran teflon. Jarak antar besi siku dan permukaan silinder dapat diatur agar proses pengangkatan bahan plastik pada silinder dapat dilakukan dengan baik dengan penyesuaian jarak tersebut. Penambahan lembaran teflon pada pelat besi dalam scrubber ini, agar proses pemisahan dapat dilakukan lebih baik. Sifatnya yang elastis, dapat berfungsi sebagai sapu terhadap permukaan silinder yang telah terekatkan oleh plastik. 29
4.2.6. Media Penampung Akhir Media penampung akhir adalah komponen yang berfungsi untuk menampung bahan plastik dan bahan organik setelah proses pemisahan. Pada model pemisah ini, media penampung terdiri dari dua buah wadah yang terpisahkan. Peletakan media penampung ini, diletakan pada bagian bawah dari silinder panas tersebut. Media penampung untuk bahan organik diletakkan pada bagian awal dari putaran silinder. Media penampung bahan plastik diletakkan pada setengah bagian sisi lain dari silinder. 4.3. Analisis Teknik Perhitungan/analisis teknik dalam proses rancang bangun merupakan perhitungan terhadap penggunaan bahan yang baik digunakan, dan juga komponen penting yang diperlukan pada proses rancang bangun itu sendiri. Dalam penelitian ini, analisis teknik diperlukan sebagai pengukuran kebutuhan tenaga yang diperlukan dalam proses dan juga ukuran bahan yang diperlukan pada kompen terpenting yakni batang poros ass. Poros ass pada silinder yang berfungsi menopang beban dari silinder dan beban proses memerlukan perhitungan dengan baik pada penentuan bahannya agar tidak menimbulkan masalah ketika proses pemisahannya. Hasil dari perhitungan analisis teknik digunakan sebagai pertimbangan perlu tidaknya penggunaan motor listrik dalam penggunaan alat dan juga ukuran poros yang sesuai. Perhitungan mengenai kebutuhan dan jenis bahan lain tidak dilakukan dikarenakan bahan disesuaikan dengan ketersedian bahan dan fungsional alat dalam proses pabrikasi. Diketahui : a. Rpm : 30 rpm (putaran konstan) b. Berat heater : 3.6 Kg c. Kemampuan hopper : 0.5 Kg (assumsi awal) d. Persamaan Konfersi : P (m) x 0.0785 x L (mm) x T (cm) e. Berat pelat silinder : 1 m x 0.0785 x 365 mm x 0.2 cm = 5.73 Kg f. Beban tutup siinder : π x 0.159 m x 159 mm x 0.0785 x 0.5 cm : 3. 123 Kg. g. Beban total poros : 3. 123+5.73+3.6 = 12.95 Kg 13 Kg Perhitungan : a. Kecepatan Silinder (v) : 2 x π x R x N : 2 x π x0.159 m x 1 rps : 0.499m/s 0.5m/s 30
b. Daya yang dibutuhkan (P) : F x v : (13 Kg x 9.8 N/Kg) N x 0.5m/s : 63.7 watt = 0.0637 Kw = 0.085 Hp (Alasan mengapa hanya menggunakan tenaga manusia). c. Faktor koreksi (Fc) : 1.5 (Karena menggunakan daya yang dibutuhkan dan perkiraan adanya pembebanan akibat faktor gesekan yang ada pada alat). d. Daya rencana (Pd) : P x Fc : 0.0637 Kw x1.5 = 0.0955 Kw = 0.128 Hp e. Momen putir rencana (T) : : : 3100.57 Kg.mm 3101 Kg.mm f. Assumsi bahan poros : S35C : σb = 52 (Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, hal 3). : F1 = 6 (Dipilih karena bahan S-C). : SF2 = 1.5 (Karena bahan tidak halus dan tidak ada faktor bertangga). g. Tegangan Geser (τa) : σb / (SF1 x SF2 ). : τa = 52 / (6 x 1.5) = 5.78 Kg/mm2. h. Assumsi (Kt) : 1.5 (faktor kejutan/ tumbukan). i. Assumsi (Cb) : 1 (Tidak adanya faktur lenturan). j. Diameter Poros (ds) : : = 6.01 mm : Diameter yang digunakan 25.4 mm = 1 inchi k. Assumsi Bantalan : 50 mm l. Assumsi Alur Pasak : 5 x 3 x 0.25 (fillet = C) m. Jari-jari fillet : (50-25.4)/2 = 1.96 mm Faktor Koreksi: a. Nilai (α) : 0.25 / 25.4 = 0.0098 : α = 3.15 (Grafik faktor konsentrasi tegangan α, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, hal 9). 31
b. Nilai (β) : 1.96 / 25.4 = 0.0077 : 50 / 25.4 = 1.9 : β = 3.15 (Grafik faktor konsentrasi tegangan β, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, hal 11). : α > β c. Tegangan Geser (τ) : 5.1 T / ds1/3 : 5.1 x 3101 / 25.41/3 : 0.965 Kg / mm2 d. τa x (SF2/ α atau β)..(1) : 5.78 Kg / mm2 x ( 1.5/ 3.15) = 2.752 Kg / mm2 e. τ x Cb x Kt (2) : 0.965 x 1 x 1.5 = 1.4475 Kg / mm2 Analisis Bahan Mencukupi Karena (1) > (2) Kesimpulan : a. Bahan Poros : Besi Baja SC35. b. Diameter Poros : 25.4 mm = 1 inchi. c. Diameter Bantalan : 50 mm. d. Sumber Tenaga : Manusia. 32