Kamis, 10 Mei 2012

analisa perhitungan alat pengolahan singkong


BAB II
DASAR TEORI

1.1.  Kegunaan Singkong
Singkong merupakan tanaman umbi-umbian yang buahnya biasa digunakan untuk membuat berbagai jenis makanan tradisional. Makanan tradisional yang dapat dibuat dengan menggunakan bahan utama yang berasal dari singkong anatara lain; getuk, gaplek, oyek, tiwul, kerupuk dan lain sebagainya. Selain sebagai bahan makanan tradisional, dewasa ini singkong telah banyak digunakan untuk membuat berbagai jenis roti yang termasuk jenis makanan moderen yang dapat meningkatkan nilai jualnya.
2.2.  Alat Pengolahan Singkong
Sebelum diolah menjadi berbagai jenis roti, singkong terlebih dahulu diolah menjadi tepung tapioka. Tepung tapioka dibuat dengan cara : (a) singkong diparut terlebih dahulu, (b) kemudian hasil parutan tersebut diperas dengan ditambahkan sedikit air, (c) hasil perasan tersebut kemudian diendapkan, (d) tahap terakhir adalah proses pengeringan dari endapan yang telah dihasilkan. Endapan yang sudah kering tersebut dinamakan tepung tapioka.
Proses pemarutan singkong untuk membuat tepung tapioka merupakan proses pemarutan kapasitas besar dan dilakukan dalam waktu yang lama. Hal ini mengakibatkan produsen tepung tapioka memerlukan mesin pemarut agar pekerjaan yang dilakukan menjadi lebih efisien. Biaya yang dibutuhkan untuk pengoperasikan mesin tersebut haruslah seefisien mungkin, waktu pemarutan yang cepat, tidak menimbulkan suara bising, serta aman dan nyaman dalam pengoperasian. Pemilihan elemen-elemen untuk perancangan dan pembuatan mesin pemarut singkong ini juga harus memperhatikan kekuatan bahan, safety factor, dan ketahanan dari berbagai komponen tersebut. Elemen mesin tersebut adalah mototr elektrik, poros, pully, bantalan duduk, mur dan baut.
2.2.1  Motor Elekktrik
Motor elektrik adalah elemen mesin yang berfungsi sebagai tenaga penggerak. Pengguanaan motor elektrik disesuaikan dengan kebutuhan daya mesin. Motor elektrik pada umumnya berbentuk silinder dan dibagian bawah terdapat dudukan yang berfungsi sebagai 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 2.1 dibawah ini.
Gambar 2.1. Motor Elektrik
Jika (rpm) adalah putaran dari poros motor listrik dan T (kg.mm) adalah torsi pada poros motor listrik, maka besarnya daya P (kW) yang diperlukan untuk menggerakkan sistem adalah (Sularso, 2004) :
    
                                                       
Dengan :   P = Daya motor listrik (kW)
                 T = Torsi (kg.mm)
2.2.2.   Poros
a.       Macam-macam poros
Poros berperan meneruskan daya bersama-sama dengan putaran. Umumnya poros meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi dan rantai dengan, dengan demikian poros menerima beban puntir dan lentur. Putaran poros biasa ditumpu oleh satu atau lebih bantalan untuk meredam gesekan yang ditimbulkan seperti yang ditunjukkan gambar 2.2 di bawah ini.
Gambar 2.2 Poros di tumpu oleh dua bantalan
Ada beberapa macam jenis poros, di antaranya yaitu :
1)      Poros Transmisi
Poros transmisi mendapat beban puntir murni atau beban puntir dan lentur. Poros transmisi berfungsi untuk meneruskan daya dari salah satu elemen ke elemen yang lain melalui kopling.
2)      Spindel
Spindel merupakan poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama pada mesin perkakas di mana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.
3)      Gandar
Poros gandar dipasang pada roda-roda kereta api barang, sehingga tidak mendapat beban puntir, terkadang poros gandar juga tidak boleh berputar. Gandar hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula yang memungkinkan mengalami beban puntir.
b.      Hal-hal penting yang perlu diperhatikan dalam perencanaan poros
Untuk merancanakan sebuah poros, hal-hal yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut :
1)      Kekuatan poros
Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur, atau gabungan antara puntir dan lentur. Poros juga ada yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin, dan lain-lain. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan cukup kuat untuk menahan beban-beban seperti yang telah disebutkan di atas.
2)      Kekakuan poros
Meskipun sebuah poros telah memiliki kekuatan yang cukup, tetapi jika lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian pada suatu mesin perkakas. Hal ini dapat berpengaruh pada getaran dan suaranya (misalnya pada turbin dan kotak roda gigi). Kekakuan poros juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan menggunakan poros tersebut.
3)      Putaran kritis
Bila kecepatan putar suatu mesin dinaikan, maka pada harga putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini dinamakan putaran kritis. Hal semacam ini dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrik yang dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian lainnya.jika memungkinkan, maka poros harus direncanakan sedemikian rupa, sehingga kerjanya menjadi lebih rendah daripada putaran kritisnya.


4)      Korosi
Penggunaan poros propeler pada pompa harus memilih bahan-bahan yang tahan korosi (termasuk plastik), karena akan terjadi kontak langsung dengan fluida yang bersifat korosif. Hal tersebut juga berlaku untuk poros-poros yang terancam kavitasi dan poros pada mesin-mesin yang berhenti lama. Usaha perlindungan dari korosi dapat pula dilakukan akan tetapi sampai batas-batas tertentu saja.
5)      Bahan poros
Poros pada mesin umumnya terbuat dari baja batang yang ditarik  dingin dan difinis. Meskipun demikian, bahan tersebut kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya jika diberi alur pasak, karena ada tegangan sisa dalam terasnya. Akan tetapi, penarikan dingin juga dapat membuat permukaannya menjadi keras dan kekuatannya bertambah besar.
Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap kausan. Beberapa bahan yang dimaksud di antaranya adalah baja khrom, nikel, baja khrom nikel molibdem, dan lain-lain. Sekalipun demikian, pemakaian baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasanya hanya untuk putaran tinggi dan beban berat saja. Hal ini perlu dipertimbangkan dalam pengguanaan baja karbon yang diberi perlakuan panas secara tepat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan.
c.       Rumus perhitungan.
Perencanaan poros harus menggunakan perhitungan sesuai dengan yang telah ditetapkan. Perhitungan tersebut antara lain mengenai; daya rencana, tegangan geser, dan tegangan geser maksimum. Berikut ini adalah perhitungan dalam perencanaan poros (Sularso, 2004).
1)      Daya rencana
                                                                 
Dengan :   = Daya rencana (HP)
   = Faktor koreksi
    = Daya nominal output dari motor penggerak (HP)
T = 9,74.10                                                      
Dengan :  T = Momen puntir (N.mm)
 n= putaran motor penggerak (rpm)
2)      Tegangan geser :
               

                       
Maka diameter poros untuk beban puntir dan lentur :
d                                     
Dengan :  d= Diameter poros (mm)
                                = Tegangan geser (kg/mm)
                                k= Faktor korelasi
  k = Faktor koreksi
3)      Tegangan geser maksimum :
                                   
2.2.3.   Puli V-belt
a.       Puli
Puli V-belt merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya seperti halnya sproket rantai dan roda gigi. Bentuk puli adalah bulat dengan ketebalan tertentu, di tengah-tengah puli terdapat lubang poros (gambar  2.3). Puli pada umumnya dibuat dari besi cor kelabu FC 20 atau FC 30, dan adapula yang terbuat dari baja.

Gambar 2.3. Puli
Perkembangan yang pesat dalam bidang penggerak pada berbagai mesin yang menggunakan motor listrik telah membuat arti sabuk untuk alat penggerak menjadi berkurang. Akan tetapi, sifat elastisitas daya dari sabuk untuk menampung kejutan dan getaran pada saat transmisi membuat sabuk tetap dimanfaatkan untuk mentransmisikan daya dari penggerak pada mesin perkakas.
Keuntungan jika menggunakan puli :
1)      Bidang kontak sabuk-puli luas, tegangan puli biasanya lebih kecil sehingga lebar puli bisa dikurangi.
2)      Tidak menimbulkan suara yang bising dan lebih tenang.
b.      V-Belt
Sabuk atau belt terbuat dari karet dan mempunyai penampung trapesium. Tenunan, teteron dan semacamnya digunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk-V dibelitkan pada alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulan dari sabuk-V jika dibandingkan dengan sabuk rata. Gambar 2.4 di bawah ini menunjukan berbagai porsi penampang sabuk-V yang umum dipakai.
Gambar 2.4. Konstruksi dan ukuran penampang sabuk-V
(Sularso, 2004)

Pemilihan puli V-belt sebagai elemen transmisi didasarkan atas pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
1)      Dibandingkan roda gigi atau rantai, penggunaan sabuk lebih halus, tidak bersuara, sehingga akan mengurangi kebisingan.
2)      Kecepatan putar pada transmisi sabuk lebih tinggi jika dibandingkan dengan belt.
3)      Karenan sifat penggunaan belt yang dapat selip, maka jika terjadi kemacetan atau gangguan pada salah satu elemen tidak akan menyebabkan kerusakan pada elemen lain.
c.       Rumus perhitungan puli dan sabuk
Perencanaan puli dan sabuk-V haruslah menggunakan suatu perhitungan. Rumus perhitungan puli dan sabuk-V antara lain untuk menentukan; perbandingan transmisi, kecepatan sabuk, dan panjang sabuk. Rumus perhitungan tersebut adalah sebagai berikut (Sularso, 1994):
1)      Perbandingan transmisi
                                                                   
Dengan :   = putaran poros pertama (rpm)
   = Putaran poros kedua (rpm)
   = diameter puli penggerak (mm)
   = diameter puli yang digerakan (mm)
2)      Kecepatan sabuk
 (m/s)
Dengan :  V = kecepatan sabuk (m/s)
  d = diameter puli motor (mm)
  n = putaran motor listrik (rpm)
3)      Panjang sabuk (gambar 2.5))
L = 2C +  (dp + Dp) +  (Dp - dp) 
Dengan :  L  = panjang sabuk (mm)
 C  = jarak sumbu poros (mm)
                D = diameter puli penggerak (mm)
 D= diameter puli poros (mm)
Gambar 2.5  Puli 1 dan puli 2
2.2.4.  Bantalan
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerak bolak-balik dapat bekerja dengan aman, halus dan panjang umur. Bantalan harus kokoh untuk memungkinkan poros atau elemen mesin lainnya dapat bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak bekerja dengan baik, maka prestasi kerja seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja semestinya. Jadi, jika disamakan pada gedung, maka bantalan dalam permesinan dapat disamakan dengan pondasi pada suatu gedung.
Berdasarkan dasar gerakan bantalan terhadap poros, maka bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
a.       Bantalan luncur
Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban yang besar. Bantalan ini memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat dibuat dan dipasang dengan mudah. Bantalan luncur memerlukan momen awal yang besar karena gesekannya yang besar pada waktu mulai jalan. Pelumasan pada bantalan ini tidak begitu sederhana, gesekan yang besar antara poros dengan bantalan menimbulkan efek panas sehingga memerlukan suatu pendinginan khusus seperti terlihat pada gambar 2.6 di bawah ini.
Gambar 2.6. Pelumasan bantalan luncur
Lapisan pelumas pada bantalan ini dapat meredam tumbukan dan getaran sehingga hampir tidak bersuara. Tingkat ketelitian yang diperlukan tidak setinggi bantalan gelinding sehingga harganya lebih murah.
Macam-macam bantalan luncur :
1)      Bantalan radial
2)      Bantalan aksial
3)      Bantalan khusus
b.      Bantalan gelinding
Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol jarum dan rol bulat (seperti yang ditunjukan pada gambar 2.7). Bantalan gelinding pada umumnya cocok untuk beban kecil daripada bantalan luncur, tergantung pada bentuk elemen gelindingnya. Putaran pada bantalan ini dibatasi oleh gaya sentrifugal yang timbul pada elemen gelinding tersebut. Bantalan gelinding hanya dibuat oleh pabrik-pabrik tertentu saja karena konstruksinya yang sukar dan ketelitiannya yang tinggi. Harganya pun pada umumnya relatif lebih mahal jika dibandingkan dengan bantalan luncur.
Bantalan gelinding diproduksi menurut standar dalam berbagai ukuran dan bentuk, hal ini dilakukan agar biaya produksi menjadi lebih efektif serta memudahkan dalam pemakaian bantalan tersebut. Keunggulan dari bantalan gelinding yaitu, gesekan yang terjadi pada saat berputar sangat rendah. Pelumasannya pun sangat sederhana, yaitu cukup dengan gemuk, bahkan pada jenis bantalan gelinding yang memakai sil sendiri tidak perlu pelumasan lagi. Meskipun ketelitiannya sangat tinggi, namun karena adanya gerakan elemen gelinding dan sangkar, pada putaran yang tinggi bantalan ini agak gaduh jika dibandingkan dengan bantalan luncur.
Gambar 2.7. Komponen bantalan gelinding
c.       Rumus perhitungan
Rumus perhitungan bantalan gelinding antara lain mengenai (Sularso, 2004) :
1)      Beban ekuivalen dinamis
P = x.v. Fr + Fa.Y                                       
Dengan :   x = 0,56
v = 1
y = 1,45
Fr = beban radial
Fa = beban aksial
2)      Faktor kecepatan
        
                                
3)      Faktor umur
4)      Umur bantalan
LK = 500
2.2.5.   Mur dan Baut
Mur dan baut merupakan alat pengikat yang sangat penting dalam suatu rangkaian mesin. Jenis mur dan baut beraneka ragam, sehingga penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan (gambar 2.8) Pemilihan mur dan baut sebagai pengikat harus dilakukan dengan teliti untuk mendapatkan ukuran yang sesuai dengan beban yang diterimanya sebagai usaha untuk mencegah kecelakaan dan kerusakan pada mesin. Pemakain mur dan baut pada konstruksi mesin umumnya digunakan untuk mengikat beberapa komponen, antara lain :
a.       Pengikat pada bantalan
b.      Pengikat pada dudukan motor listrik
c.       pengikat pada puli
Gambar 2.8. Macam-macam Mur dan Baut
(Sularso, 1994)

Penentuan jenis dan ukuran mur dan baut harus memperhatikan berbagai faktor seperti sifat gaya yang bekerja pada baut, cara kerja mesin, kekuatan bahan, dan lain sebagainya. Gaya-gaya yang bekerja pada baut dapat berupa :
a.       Beban statis aksial murni
b.      Beban aksial bersama beban puntir
c.       Beban geser
2.2.6.  Pengelasan
Berdasarkan definisi dari Deutche Indusrtries Normen (DIN), las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Definisi tersbut dapat dijabarkan lebih lanjut bahwa las adalah sambungan setempat dari beberapa batang logam yang menggunakan energi panas. Las juga dapat diartikan penyambungan dua buah logam sejenis maupun tidak sejenis dengan cara memanaskan (mencairkan) logam tersebut di bawah atau di atas titik leburnya, disertai dengan atau tanpa tekanan dan disertai atau tidak disertai logam pengisi.
Berdasarkan cara kerjanya, pengelasan diklasifikasikan menjadi tiga kelas utama yaitu : pengelasan cair, pengelasan tekan dan pematrian.
1)      Pengelasan cair adalah metode pengelasan dimana bagian yang akan disambung dipanaskan sampai mencair dengan sumber panas dari busur listrik ataupun busur gas.
2)      Pengelasan tekan adalah metode pangalasan dimana bagian yang akan disambung dipanaskan sampai lumer (tidak sampai mencair), kemudian ditekan hingga menjadi satu tanpa bahan tambahan.
3)      Pematrian adalah cara pengelasan dimana bagian yang akan disambung diikat dan disatukan dengan menggunakan paduan logam yang mempunyai titik cair yang rendah. Metode pengelasan ini mengakibatkan logam induk tidak ikut mencair.
a.       Klasifikasi Las Berdasarkan Sambungan dan Bentuk Alurnya.
1)      Sambungan Las Dasar
Sambungan las pada konstruksi baja pada dasarnya dibagi menjadi sambungan tumpul, sambungan T, sambungan sudut dan sambungan tumpang. Sebagai perkembangan sambungan dasar di atas terjadi sambungan silang, sambungan dengan penguat dan sambungan sisi seperti ditunjukan gambar 2.9 di bawah ini.
Gambar 2.9. Jenis-jenis sambungan dasar 
(Wiryosumarto H, 1994)

2)      Sambungan Tumpul
Sambungan tumpul adalah jenis sambungan las yang paling efisien, sambungan ini terbagi menjadi dua yaitu :
a)      Sambungan penetrasi penuh
b)      Sambungan penetrasi sebagian
Sambungan penetrasi penuh terbagi lagi menjadi sambungan tanpa plat pembantu dan sambungan dengan plat pembantu. Bentuk alur dalam sambungan tumpul sangat mempengaruhi efisiensi pekerjaan dan jaminan sambungan.
Pada dasarnya, dalam pemilihan bentuk alur harus mengacu pada penurunan masukan panas dan penurunan logam las sampai harga terendah yang tidak menurunkan mutu sambungan.
3)      Sambungan bentuk T dan bentuk silang
Sambungan bentuk T dan bentuk silang ini secara garis besar terbagi menjadi dua jenis (seperti pada gambar 2.10), yaitu :
a)Jenis las dengan alur datar
b)      Jenis las sudut
Dalam pelaksanaan pengelasan mungkin ada bagian batang yang menghalangi, hal ini dapat diatasi dengan memperbesar sudut alur.
Ganbar 2.10. Macam-macam sambungan T
(Wiryosumarto H, 1994)

4)      Sambungan Tumpang
Sambungan tumpang dibagi menjadi tiga jenis (seperti yang ditunjukan pada gambar 2.11). Sambungan tumpang tingkat keefisienannya rendah, maka jarang sekali digunakan untuk pelaksanaan sambungan konstruksi utama.
Gambar 2.11. Sambungan Tumpang
(Wiryosumarto H, 1994)

5)      Sambungan Sisi
Sambungan sisi dibagi menjadi dua (seperti ditunjukkan pada gambar 2.12), yaitu :
a)      Sambungan las dengan alur
Untuk jenis sambungan ini platnya harus dibuat alur terlebih dahulu.
b)      Sambungan las ujung
Sedangkan untuk jenis sambungan ini pengelasan dilakukan pada ujung plat tanpa ada alur. Sambungan las ujung hasilnya kurang memuaskan, kecuali jika dilakukan pada posisi datar dengan aliran listrik yang tinggi. Oleh karena itu, pengelasan jenis ini  hanya dipakai untuk pengelasan tambahan atau pengelasan sementara pada pengelasan plat-plat yang tebal.
Gambar 2.12. Sambungan Sisi
(Wiryosumarto H, 1994)

6)      Sambungan Dengan Plat Penguat
Sambungan ini dibagi dalam dua jenis yaitu sambungan dengan plat penguat tunggal dan sambungam dengan plat penguat ganda seperti yang ditunjukan pada gambar 2.13. Sambungan jenis ini mirip dengan sambungan tumpang, maka sambungan jenis ini pun jarang digunakan untuk penyambungan konstruksi utama.
Gambar 2.13. Sambungan Dengan Penguat
 (Wiryosumarto H, 1994)
b.Kekuatan Las
Kekuatan las dipengaruhi oleh beberapa faktor, oleh karena itu penyambungan dalam proses pengelasan harus memenuhi beberapa syarat, antatra lain :
1)      Benda yang dilas tersebut harus dapat cair atau lebur oleh panas.
2)      Antara benda-benda padat yang disambungkan tersebut terdapat kesamaan sifat lasnya, sehingga tidak melemahkan atau meninggalkan sambungan tersebut.
3)      Cara-cara penyambungan harus sesuai dengan sifat benda padat dan tujuan dari penyambungannya.
4)      Perhitungan kekuatan las, seperti pada rumus di bawah ini (Zainul Achmad, 1999) :
Tegangan Total  :
                                     
 Dengan :  F  = Gaya yang bekerja (N)
 = Tegangan total (N/mm)
H  = Tinggi plat (mm)
A  = Luas penampang (A = 2.a.)
a = Lebar pengelasan (mm)
 = Panjang las

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar