Bab-i-ii-iii-iv-ta-beres.docx

RANCANG BANGUN SISTEM PENGIRIS DAN RANGKA PADA MESIN PENGIRIS DAUN TEMBAKAU KAPASITAS 24 KG/ JAM

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan mata kuliah Tugas Akhir Jurusan Pendidikan Teknik Mesin Produksi dan Perancangan (PP 570)

Oleh Ulana Masitoh E.0551.1005335

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2014

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR Rancang Bangun Sistem Pengiris dan Rangka pada Mesin Pengiris Daun Tembakau Kapasitas 24 Kg/ Jam

Oleh Ulana Masitoh E.0551. 1005335

Disetujui dan disahkan oleh : Pembimbing I,

Drs. H. Dede Suhayat, M. Pd. NIP.19540706 198103 1 006 Pembimbing II,

Drs. Yayat, M. Pd. NIP. 19680501 199302 1 001 Mengetahui, Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Mesin FPTK UPI

Dr. Wahid Munawar, M. Pd. NIP. 19620520 198901 1 001

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang saya susun dengan judul : RANCANG BANGUN SISTEM PENGIRIS DAN RANGKA PADA MESIN PENGIRIS DAUN TEMBAKAU KAPASITAS 24 KG/ JAM Yang dibuat untuk persyaratan dalam menempuh ujian seminar Tugas Akhir, Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan, Universitas Pendidikan Indonesia, sejauh yang penulis ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan dan atau pernah untuk mendapatkan gelar Sarjana di lingkungan Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan, Universitas Pendidikan Indonesia, maupun perguruan tinggi lainnya, kecuali bagian sumber informasinya yang telah dicantum sebagaimana mestinya.

Dibuat di : Bandung Tanggal : Oktober 2014

Penulis

ABSTRAK Mesin pengiris tembakau adalah suatu alat yang berfungsi untuk merajang daun tembakau dengan ketebalan 1 mm dan relatif sama. Mesin pengiris daun tembakau ini dirancang untuk menghasilkan hasil irisan tembakau dengan ketebalan 1 mm dan berkapasitas 24 kg/ jam. Mesin ini memiliki empat bagian utama, yaitu sistem pengiris, sistem pengumpan, sistem transmisi dan konstruksi rangka. Prinsip kerja dari mesin ini adalah gulungan daun tembakau dimasukkan kedalam sistem pengumpan yaitu dua buah rol (atas dan bawah) untuk kemudian diteruskan kedalam hopper, lalu gulungan daun tembakau tersebut yang memiliki gaya potong 2,4 kgf (gulungan daun berdimensi 150-200 mm) diiris oleh pisau pengiris dan hasil irisan keluar melalui corong pengeluaran. Motor yang menggerakan pisau pengiris dan rol. Sistem pengirisan (slicing) daun tembakau ini menggunakan pisau yang ditempatkan pada piringan pisau, letak dari piringan pisau tersebut adalah vertikal. Berdasarkan hasil perhitungan, mesin pengiris daun tembakau ini berkapasitas 24 kg/ jam dengan kecepatan putar 70 rpm dan daya mesin 0,3 Hp. Sistem pemotongan pada mesin ini menggunakan sistem pengirisan (slicing). Sistem pengirisan (slicing) daun tembakau ini menggunakan pisau yang ditempatkan pada piringan pisau, letak dari piringan pisau tersebut adalah vertikal. Sistem transmisi yang digunakan pada mesin ini adalah sabuk dan puli. Hopper pada sistem pengumpan berukuran 100×100 mm. Pemilihan profil struktur lebih condong kepada jenis Profil Siku dengan ukuran L30×30×3 mm.

KATA PENGANTAR Kecamatan sukasari adalah salah satu kecamatan di wilayah Kabupaten Sumedang dan menurut hasil observasi di lapangan sekitar 90% pekerjaan penduduknya memiliki pekerjaan sebagai petani. Salah satu jenis tanaman yang dikelola oleh petani di daerah ini adalah tanaman tembakau. Tanaman ini banyak ditanam oleh petani untuk bahan utama pembuatan rokok dan obat-obatan. Oleh karena itu, penanganan pascapanen dan pengolahannya harus dilakukan dengan baik. Salah satu proses pengolahan tembakau yang dilakukan oleh petani pengolah daun tembakau di Kecamatan Sukasari adalah pengirisan daun tembakau. Berdasarkan observasi langsung yang dilakukan di Kecamatan Sukasari, khususnya Desa Sukasari, proses pengirisan daun tembakau dapat menghasilkan kapasitas produksi 12 kg/ jam per orang. Karena proses ini harus mencapai target produksi irisan daun tembakau 600 kg/ hari, maka proses ini memerlukan jumlah pekerja yang banyak. Biasanya jumlah pekerja yang diperlukan sebanyak 3-5 orang/ hari yang berarti menambah biaya poduksi. Setiap pekerja memiliki kemampuan yang berbeda-beda, sehingga menghasilkan kualitas ketebalan irisan daun tembakau yang berbeda-beda pula. Berdasarkan pada paparan di atas, penulis tertarik untuk membuat suatu mesin pengiris tembakau yang dapat meningkatkan jumlah produksi dan meningkatkan kualitas ketebalan irisan daun tembakau yang dituangkan dalam suatu karya ilmiah dengan judul “Rancang Bangun Sistem Pengiris dan Rangka pada Mesin Pengiris Daun Tembakau Kapasitas 24 Kg/ Jam”. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih terdapat kekurangan-kekurangan baik dari segi isi ataupun dari segi penyusunannya, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak demi penyempurnaan skripsi yang lebih baik. Akhir kata, mudah-mudahan skripsi ini bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya, amin. Bandung, 2 Oktober 2014

Ulana Masitoh i

UCAPAN TERIMA KASIH Perancangan dan pembuatan mesin serta penyusunan tugas akhir ini dapat dilaksanakan dengan baik berkat kehadirat Allah SWT. dan keterlibatan berbagai pihak yang telah memberikan bimbingan, motivasi, materi atau fasilitas pendukung lainnya. Untuk itu, melalui kesempatan ini mengucapkan terima kasih kepada: 1.

Bapak Dr. Eng. Agus Setiawan, M.Si, selaku Dekan FPTK UPI.

2.

Bapak Dr. Wahid Munawar, M. Pd, selaku Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Mesin

3.

Bapak Drs. H. Dede Suhayat, M. Pd., selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan ilmu untuk mengarahkan penulis, sehingga perancangan dan pembuatan mesin serta penyusunan tugas akhir ini dapat terselesaikan.

4.

Bapak Drs. Yayat, M. Pd., selaku dosen pembimbing II yang telah banyak meluangkan waktunya dengan penuh kesabaran dan ketelitian dalam membimbing dan memberikan pengarahan dalam proses perancangan dan pembuatan mesin serta penyusunan tugas akhir ini.

5.

Ayah Deni dan Ibu Nia yang telah memberikan doa dan dukungannya.

6.

Rekan se-tim, sahabat, kakek, Ricky Cahyasari Putra yang telah menemani dan memberi dukungan penuh dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

7.

Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Pendidikan Teknik Mesin 2010 yang telah membantu penulis dalam penyusunan skripsi ini.

Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan makalah ini, yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Hanya Allah Yang Maha Membalas semua amal perbuatan hamba-hamba-Nya.

ii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ABSTRAK KATA PENGANTAR .........................................................................................

i

UCAPAN TERIMA KASIH .............................................................................. ii DAFTAR ISI ........................................................................................................ iii DAFTAR TABEL ............................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... vii DAFTAR NOTASI .............................................................................................. viii BAB I PENDAHULUAN .................................................................................

1

A. Latar Belakang ................................................................................. 1 B. Perumusan Masalah ......................................................................... 2 C. Pembatasan Masalah ........................................................................ 3 D. Tujuan .............................................................................................. 3 E. Manfaat ............................................................................................ 4 F. Metode Penulisan ............................................................................. 4 G. Sistematika Penulisan ...................................................................... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................

6

A. Tinjauan Umum Tembakau ............................................................. 6 1.

Cara pengolahan daun tembakau .............................................. 6

B. Tinjauan Umum Mesin Pengiris Daun Tembakau .......................... 12 1.

Pengertian Mesin Pengiris Daun Tembakau............................. 12

iii

2.

Gambaran Umum Mesin Pengiris Daun Tembakau ................. 12

3.

Prinsip Kerja Mesin Pengiris Daun Tembakau ........................ 12

4.

Bagian-bagian Utama Mesin Pengiris Daun Tembakau ........... 12

C. Teori Dasar Perancangan dan Pembuatan Sistem Pengiris ............. 13 1.

Sistem Pemotongan .................................................................. 13

2.

Gaya Potong Gulungan Daun Tembakau ................................. 14

3.

Daya Mesin dan Tenaga Penggerak ......................................... 14

4.

Perancangan Pisau pengiris ...................................................... 15

6.

Perancangan Piringan Pisau Pengiris ........................................ 16

D. Teori Dasar Perancangan dan Pembuatan Konstruksi Rangka ........ 17 1.

Tinjauan Umum Rangka ........................................................... 17

2.

Profil Struktur Baja ................................................................... 18

3.

Pemilihan Profil Rangka Mesin ................................................ 19

4.

Perhitungan Momen dan Reaksi pada Rangka Jika Beban Berada di Tengah Rangka ......................................................... 19

5.

Sambungan Las ......................................................................... 20

6.

Sambungan Mur dan Baut ........................................................ 22

BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN .................................................... 25 A. Data Awal Perancangan ................................................................... 25 1.

Data Awal Perancangan Sistem Pengiris .................................. 25

2.

Data Awal Perancangan Rangka............................................... 25

B. Perhitungan Sistem Pengiris ............................................................ 26 1.

Perancangan Pisau Pengiris ...................................................... 26

2.

Perhitungan Volume dan Beban Pisau Pengiris ....................... 27

3.

Perhitungan Kecepatan Pemotongan ........................................ 30

iv

4.

Perancangan Piringan Pisau Pengiris ........................................ 32

C. Perancangan Rangka ........................................................................ 33 1.

Beban yang bekerja pada rangka .............................................. 33

2.

Bentuk dan Pembebanan pada Rangka ..................................... 34

3.

Perhitungan Reaksi dan Momen ............................................... 38

4.

Menentukan Jenis dan Ukuran Bahan ...................................... 47

5.

Perhitungan Kekuatan Sambungan Las .................................... 51

6.

Perhitungan Kekuatan Baut ...................................................... 52

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 55 A. Kesimpulan ...................................................................................... 55 B. Saran ................................................................................................ 55 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 57 LAMPIRAN ......................................................................................................... 58

v

DAFTAR TABEL Tabel 2.1.

Komposisi kimia baja ST 42

Tabel 4.1.

Spesifikasi khusus mesin

vi

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Proses Sortasi Daun ......................................................................... 7 Gambar 2.2. Proses Pemeraman ........................................................................... 8 Gambar 2.3. Proses Pengirisan ............................................................................. 9 Gambar 2.4. Proses Pengicisan .......................................................................... 10 Gambar 2.5. Proses Penjemuran......................................................................... 11 Gambar 2.6. Profil WF ....................................................................................... 18 Gambar 2.7. Profil UNP atau Kanal U ............................................................... 18 Gambar 2.8. Profil Siku...................................................................................... 19 Gambar 2.9. Reaksi Tumpuan Pada Statis Tak Tentu Dengan 1 Beban ............ 19 Gambar 2.10. Macam-macam Las Temu (Butt Joint) .......................................... 20 Gambar 2.11. Single Butt Joint ............................................................................ 20 Gambar 2.12. Fillet Joint ...................................................................................... 21 Gambar 3.1. Rancangan pisau pengiris (a) Pisau pengiris tiga dimensi dan (b) Pisau pengiris dua dimensi ............................................................ 26 Gambar 3.2. Desain pembuatan pisau ................................................................ 27 Gambar 3.3. Desain piringan pisau pengiris ...................................................... 32 Gambar 3.4. Skema Pembebanan Rangka.......................................................... 34 Gambar 3.5. Diagram reaksi dan momen pada titik B dan C batang rangka ..... 38 Gambar 3.6. Diagram reaksi dan momen pada titik F dan E batang rangka ...... 39 Gambar 3.7. Diagram reaksi dan momen pada titik N dan M batang rangka .... 40 Gambar 3.8. Diagram reaksi dan momen pada titik H dan I batang rangka ...... 42 Gambar 3.9. Diagram reaksi dan momen pada titik O dan P batang rangka ..... 44 Gambar 3.10. Diagram reaksi dan momen pada titik W dan X batang rangka .... 45 Gambar 3.11. Diagram reaksi dan momen pada titik V dan U batang rangka ..... 46 Gambar 3.12. Diagram reaksi dan momen pada titik N dan M batang rangka .... 47

vii

DAFTAR NOTASI 𝐹

= Gaya potong gulungan daun tembakau (kg)

𝑅

= Jari-jari lingkaran pengirisan, titik potong terluar (m)

𝑇

= Torsi dari gaya potong (kg.mm)

𝑁

= Putaran pengirisan (rpm)

𝑃

= Daya mesin (Hp)

d2

= Diameter tusuk (mm)

d

= Diameter luar ulir (mm)

p

= Jarak bagi ulir (kisar)

d1

= Diameter inti (mm)

h

= Kedalaman ulir (mm)

H

= Tinggi mur atau baut (mm)

z

= Lilitan ulir (lilit)

W

= Beban rencana (kg)

W0

= Beban awal yang bekerja (kg)

Fc

= Faktor koreksi (1,2)

A

= Luas penampang ulir (mm2)

W

= Beban tarik aksial pada baut (kg)

d1

= Diameter inti ulir (mm)

𝑉𝐿

= Volume penampang lingkaran (mm3)

𝑟𝐿

= Jari-jari penampang lingkaran

𝑡𝑃

= Tebal pisau (mm)

𝑉𝐼

= Volume penampang I (mm3)

𝑉𝐼𝐼

= Volume penampang II (mm3)

𝑉𝐼𝐼𝑎 = Volume penampang IIa (mm3) 𝑉𝐼𝐼𝑏 = Volume penampang IIb (mm3) 𝑉𝐼𝑉

= Volume penampang IV (mm3)

𝑉𝑃

= Total volume pisau (mm3)

𝑊𝑃

= Berat pisau (kg)

𝜌

= Massa jenis pisau (𝑘𝑔⁄𝑚𝑚3 )

viii

𝑡𝑑

= Waktu pemotongan gulungan daun tembakau (detik)

𝑅

= Jarak pemotongan gulungan daun tembakau (mm)

𝐾

= Jarak lintasan yang dilalui pisau dalam satu putaran (mm)

𝑡𝑃

= Waktu yang ditempuh pisau dalam satu putaran (detik)

𝑣

= Kecepatan pemotongan (m/ detik)

𝑉𝑃𝑃 = Volume piringan pisau (mm3) 𝑉𝑃1 = Volume piringan penampang 1 (mm3) 𝑉𝑃2 = Volume piringan penampang 2 (mm3) 𝑉𝑃3 = Volume piringan penampang 3 (mm3) 𝑡𝑃𝑃

= Tebal piringan pisau (mm)

𝑑𝑃1 = Diameter piringan penampang 1 (mm) 𝑑𝑃2 = Diameter piringan penampang 2 (mm) 𝜌

= Massa jenis (kg/mm3)

𝑊𝑃𝑃 = Berat piringan pisau (kg) F

= Beban (kg)

M

= Momen (kg.mm)

I

= Momen inersia (mm4)

𝜎̅𝑡

= Tegangan tarik yang diijinkan (𝑘𝑔/𝑚𝑚2 )

𝜏𝑠

= Tegangan geser (𝑘𝑔/𝑚𝑚2 )

𝜏̅𝑠

= Tegangan geser yang diijinkan (𝑘𝑔/𝑚𝑚2 )

𝐹𝑠

= Beban geser (kg)

𝑛

= Jumlah baut yang digunakan

ix

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Kecamatan sukasari adalah salah satu kecamatan di wilayah Kabupaten Sumedang dan menurut hasil observasi di lapangan sekitar 90% pekerjaan penduduknya memiliki pekerjaan sebagai petani. Salah satu jenis tanaman yang dikelola oleh petani di daerah ini adalah tanaman tembakau. Hasil pengolahan tanaman tembakau oleh petani tembakau setempat memiliki kualitas yang baik, sehingga diminati oleh pasar baik pasar lokal maupun nasional. Tembakau merupakan jenis tanaman yang sangat dikenal di kalangan masyarakat Indonesia. Tembakau adalah tanaman musiman yang tergolong dalam tanaman perkebunan. Tanaman ini banyak ditanam oleh petani untuk bahan utama pembuatan rokok dan obat-obatan. Oleh karena itu, penanganan pascapanen dan pengolahannya harus dilakukan dengan baik. Pengolahan daun tembakau bertujuan untuk mengubah daun tembakau menjadi bahan setengah jadi berupa rajangan. Salah satu proses pengolahan tembakau yang dilakukan oleh petani pengolah daun tembakau di Kecamatan Sukasari adalah pengirisan daun tembakau. Proses ini diakukan secara tradisional dengan menggunakan pisau pengiris, rimbagan (tempat dudukan merajang) dan sasag (alat untuk menjemur). Berdasarkan observasi langsung yang dilakukan di Kecamatan Sukasari, khususnya Desa Sukasari, proses pengirisan daun tembakau dapat menghasilkan kapasitas produksi 12 kg/ jam per orang. Waktu untuk proses mengiris biasanya dilakukan selama 10 jam, yaitu dari pukul 23.00-09.00 WIB dikarenakan untuk mengejar waktu setelah proses pengeringan dengan dijemur di bawah sinar matahari. Waktu pengirisan yang hanya 10 jam dikurangi waktu istirahat 30 menit. Karena proses ini harus mencapai target produksi irisan daun tembakau 600 kg/ hari, maka proses ini memerlukan jumlah pekerja yang banyak. Biasanya jumlah pekerja yang diperlukan sebanyak 3-5 orang/ hari yang berarti menambah biaya

1

2

poduksi. Setiap pekerja memiliki kemampuan yang berbeda-beda, sehingga menghasilkan kualitas ketebalan irisan daun tembakau yang berbeda-beda pula. Sebelumnya di Kecamatan Sukasari, khususnya Desa Sukasari ini terdapat mesin perajang daun tembakau yang mempercepat proses pengirisan daun tembakau, namun jika dilihat dari proses kerja pemasukan daun untuk langsung dirajang masih dilakukan secara manual, sehingga ketebalan irisannya pun masih tergantung pada keterampilan pekerja. Berdasarkan permasalahan diatas, penulis tertarik untuk membuat suatu mesin pengiris tembakau yang dapat meningkatkan jumlah produksi dan meningkatkan kualitas ketebalan irisan daun tembakau yang dituangkan dalam suatu karya ilmiah dengan judul: “Rancang Bangun Sistem Pengiris dan Rangka pada Mesin Pengiris Daun Tembakau Kapasitas 24 kg/ jam“.

B. Perumusan Masalah Mengacu pada latar belakang masalah di atas, maka penulis merumuskan permasalahan dalam pertanyaan sebagai berikut: 1.

Bagaimana perancangan sistem pengiris pada mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam?

2.

Bagaimana konstruksi sistem pengiris pada mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam?

3.

Bagaimana perancangan rangka yang dapat menahan beban daun tembakau dan komponen-komponen pada mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam?

4.

Bagaimana konstruksi rangka yang dapat menahan beban daun tembakau dan komponen-komponen pada mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam?

3

C. Pembatasan Masalah Merujuk pada perumusan masalah dan untuk mencapai sasaran dalam tujuan penelitian sehingga terarah, maka penulis membatasi pengkajian permasalahan sebagai berikut: 1.

Kapasitas produksi mesin pengiris daun tembakau ini adalah 24 kg/ jam.

2.

Ketebalan irisan daun tembakau 2 mm.

3.

Bagian mesin yang dirancang bangun adalah:: a.

Sistem pengiris, yang diantaranya: 1) Pisau pengiris 2) Pengikat pisau pengiris 3) Piringan pisau pengiris 4) Corong pengeluaran

b.

Konstruksi rangka

D. Tujuan Tujuan dari kegiatan ini dibagi menjadi dua, yaitu: 1.

Tujuan Umum Tujuan umum dari kegiatan ini yaitu menghasilkan sistem pengiris dan rangka pada mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam.

2.

Tujuan Khusus Tujuan khusus dari kegiatan ini yaitu: a.

Menghasilkan pisau pengiris mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam.

b.

Menghasilkan pengikat pisau pengiris mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam.

c.

Menghasilkan piringan pisau pengiris mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam.

d.

Menghasilkan corong pengeluaran mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam.

4

e.

Menghasilkan rangka yang dapat menahan beban daun tembakau dan komponen-komponen pada mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam.

E. Manfaat Adapun manfaat yang dapat diperoleh ialah : 1.

Rancangan sistem pengiris dan rangka dapat dipergunakan oleh petani tembakau dalam pembuatan sistem pengiris dan rangka mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam.

2.

Dengan sistem pengiris pada mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam, maka jumlah produksi akan lebih meningkat.

3.

Dengan konstruksi rangka yang dapat menahan beban daun tembakau dan komponen-komponen pada mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam, maka kerja mesin dan kinerja komponen yang lain lebih maksimal.

F. Metode Penulisan Adapun metode deskripsi yang digunakan dalam perancangan mesin ini dan untuk mendapatkan data sebagai bahan acuan adalah: 1.

Teknik Observasi Mengadakan pengamatan secara langsung ke lapangan tentang pengembangan alat pengolah hasil pertanian dan pengamatan terhadap fasilitas yang sudah ada.

2.

Studi Literatur Mempelajari buku-buku sumber untuk mendapatkan teori-teori dan konsep-konsep yang mendukung dalam pelaksanaan perancangan dan pembuatan alat.

3.

Analisis Pengembangan Memecahkan permasalahan dengan mengembangkan alat pengolah hasil pertanian dan menganalisa apakah performan yang diperoleh berdayaguna sesuai dengan spesifikasi.

5

G. Sistematika Penulisan Adapun sistematika penulisan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut. BAB I

PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang yang menjadi dasar dalam pengambilan judul tugas akhir, perumusan masalah, pembatasan masalah tujuan, manfaat, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang tinjauan umum tentang mesin pengiris daun tembakau, teori-teori yang berhubungan dan mendukung penulis dalam melakukan pemecahan masalah dan mendasari perancangan mesin pengiris daun tembakau.

BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN Bab ini berisi tentang perhitungan-perhitungan yang digunakan dalam perancangan mesin pengiris daun tembakau. BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan yang diperoleh, serta saran-saran sehubungan dengan rancang bangun mesin pengiris daun tembakau.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Tinjauan Umum Tembakau Tembakau merupakan tumbuhan herba semusim yang ditanam untuk mendapatkan daunnya. Tumbuhan ini termasuk dalam famili Solanaceae. Tembakau adalah jenis tanaman yang berdaun lebar yang berasal dari daerah Amerika Utara dan Amerika Selatan. Daun dari tumbuhan ini sering digunakan sebagai bahan baku rokok, baik dengan menggunakan pipa maupun digulung dalam bentuk rokok atau cerutu. Daun tembakau dapat pula dikunyah atau dikulum, dan ada pula yang menghisap bubuk tembakau melalui hidung (Wikipedia, 2008). Salah satu wilayah yang merupakan sentra penghasil dan pengolah tembakau di Indonesia adalah Desa Sukasari, Kecamatan Sukasari, Kabupaten Sumedang. Selain sebagai penghasil, kecamatan tersebut juga merupakan sentra pengolah tembakau. Kecamatan tersebut merupakan pengolah tembakau terbesar kedua di Jawa Barat setelah Kabupaten Garut. Para petani dari kecamatan tersebut memperoleh daun tembakau segar dari hasil penanaman sendiri ataupun hasil pembelian dari daerah lain yaitu dari Kecamatan Wado, Situraja, Darmaraja dan Jatigede. Hasil pengolahan tanaman tembakau oleh petani tembakau setempat memiliki kualitas yang baik, sehingga diminati oleh pasar baik pasar lokal maupun nasional. Dikenal dua jenis tembakau mole, yaitu tembakau mole putih dan tembakau mole merah. Perbedaan dari kedua jenis tembakau mole tersebut adalah dari warna, rasa, dan kualitasnya. Kualitas tembakau mole merah lebih baik dibandingkan tembakau mole putih. 1.

Cara pengolahan daun tembakau

Pengolahan daun tembakau untuk dijadikan tembakau mole melewati beberapa tahap kegiatan, yaitu: a.

Sortasi daun

6

7

b.

Pemeraman

c.

Pengirisan

d.

Pengicisan

e.

Penjemuran dan Pengembunan

f.

Pengepakan dan Penyimpanan

Tahapan pengolahan tembakau mole yang dilakukan oleh petani pengolah daun tembakau di Kecamatan Sukasari, diantaranya : a.

Sortasi daun Sortasi adalah usaha memilah dan memisah daun tembakau

yang telah diolah untuk mendapatkan keseragaman mutu tertentu. Sortasi dilakukan melalui pengelompokkan daun berdasarkan posisi daun, tingkat kemasakan; kelewat masak, daun tepat masak, daun kurang masak dan daun cacat/ rusak. Daun tembakau yang baik untuk diolah menurut para petani adalah daun tembakau yang sudah tua, yang memiliki ciri warna daun yang hijau tua dengan pinggir daun sedikit berwarna kuning. Sebelum daun-daun tembakau di rajang, maka harus dipisahkan atau dibuang terlebih dahulu tulang-tulang daunnya. Istilah ini dikalangan petani dikenal dengan "Ngaroeh". Setelah daun tembakau diroeh, maka tahapan selanjutnya adalah menyusun atau menumpuk daun tembakau menjadi beberapa tumpukan kecil untuk memudahkan dalam proses pengirisan daun. Istilah ini dikalangan petani dikenal dengan istilah "ngentep".

Gambar 2.1. Proses Sortasi Daun Sumber:

8

b.

Pemeraman Pemeraman

merupakan

tindakan

yang

dilakukan

untuk

mempercepat proses pematangan daun dengan menyimpan daun pada masa tertentu dalam tempat relatif tertutup. Proses pemeraman bertujuan untuk meningkatkan suhu agar aktivitas enzim dalam merombak klorofil dan pati sehingga diperoleh warna daun yang seragam, aroma yang khas dengan ciri daun berwarna kuning. Lama pemeraman 1-2 hari sehingga daun yang dihasilkan masih dalam keadaan segar. Cara pemeraman diantaranya: Pemeraman dapat dilakukan dengan cara membuang tulang daun pada daun yang masih mempunyai tulang daun atau daun hasil panenan, kemudian dilakukan penggulungan sesuai pengelompokkan daun dan tingkat kemasakan. Gulungan daun ditata/ ditumpuk dengan posisi ujung daun dibawah.

Gambar 2.2. Proses Pemeraman Sumber: c.

Pengirisan Pengirisan adalah salah satu upaya pengecilan ukuran, yang

bertujuan agar proses pengeringan dapat berlangsung secara efektif.

9

Pengirisan dilakukan mulai pukul 23.00 WIB sampai dengan pukul 09.00 pagi. Pengirisan dilakukan dengan cara mengiris daun rata dengan cara gulungan daun dimasukkan pada lubang alat pengiris/ rimbagan yang selanjutnya dilakukan pengirisan dengan ketebalan irisan 0,5 – 1,0 mm.

Gambar 2.3. Proses Pengirisan Sumber: d.

Pengicisan Rajangan daun ditata serta dihamparkan diatas sasag pengicisan

yang di bawahnya terlebih dahulu diberi landasan kain yang berfungsi sebagai cetakan lembaran/ lempengan dan memudahkan pemindahan ke sasag penjemuran (alat untuk menjemur). Pengicisan terdiri dari icis lajur dan icis awut yang nantinya lembaran/ lempengan tembakau mempunyai dua muka yaitu bagian luar (tonggong) dan bagian dalam (beuteung). Ukuran lempengan tembakau terdiri dari tebalnya 0,5 – 1 cm, lebar 5055 cm panjang 95 - 100 cm.

10

Gambar 2.4. Proses Pengicisan Sumber: e.

Penjemuran dan Pengembunan Pengolahan daun tembakau memerlukan cuaca yang mendukung

untuk penjemuran, karena faktor cuaca sangat menentukan kualitas dari tembakau yang dihasilkan. Tembakau mole yang dihasilkan, kualitasnya sangat ditentukan oleh faktor pengeringan atau penjemuran pada hari pertama. Apabila proses penjemuran daun tembakau pada hari pertama memperoleh penyinaran matahari yang cukup sehingga irisan daun tembakau dapat kering, maka sudah dapat dipastikan kualitas tembakau mole yang dihasilkan akan baik. Namun sebaliknya, jika proses penjemuran pada hari yang pertama tidak mendapat penyinaran matahari yang cukup (irisan daun masih basah) maka kualitas tembakau mole yang dihasilkan akan rendah. Hasil rajangan yang telah diicis dalam sasag selanjutnya segera di jemur/ dikeringkan agar didapat kualitas yang baik sehingga didapat kering yang maksimal.

11

1) Penjemuran tahap pertama dilaksanakan untuk satu muka (tonggong) selama 15 hari berturut-turut sampai didapat kekeringan yang diinginkan. 2) Penjemuran tahap kedua yaitu membalikan bagian yang belum dijemur tahap pertama (bagian dalam/ beuteung) dijemur selama 10 hari sampai kering merata. 3) Untuk mendapatkan pemasakan hasil olahan yang baik dilaksanakan pengembunan bagian dalam (beuteung) dimulai pada pukul lima pagi diteruskan dengan penjemuran hingga kering dapat dilakukan berulangkali hingga empat hari. 4) Setelah seluruh bagian (muka dalam dan muka luar) selesai dilakukan

pendinginan

untuk

memudahkan

pembatekan

pelipatan/ pengepakan.

Gambar 2.5. Proses Penjemuran Sumber: f.

Pengepakan dan Penyimpanan Pengepakan dilakukan setelah tembakau masak/ kering dan

dalam keadaan dingin. Lembaran tembakau dilipat 3 bagian lalu lipat dua, kemudian pak yang terdiri dari 20 lempengan/lembar, lalu di bungkus plastik atau gedebog pisang.

12

B. Tinjauan Umum Mesin Pengiris Daun Tembakau 1.

Pengertian Mesin Pengiris Daun Tembakau Mesin adalah alat mekanik/ elektrik yang mengirim/ mengubah

energi untuk melakukan atau membantu pelaksanaan tugas manusia (Wikipedia Ensiklopedia Bebas). Pengiris berasal dari kata merajang, mengiris (menyayat) tipis-tipis atau kecil-kecil. Jadi Pengiris adalah suatu benda yang berfungsi untuk mengiris sesuatu agar menjadi lebih tipis atau kecil. Berkaitan dengan tugas akhir ini, yang dimaksud mesin pengiris tembakau adalah suatu alat yang berfungsi untuk merajang daun tembakau dengan ketebalan 1 mm dan relatif sama.

2.

Gambaran Umum Mesin Pengiris Daun Tembakau Mesin pengiris daun tembakau ini dirancang untuk menghasilkan

hasil irisan tembakau dengan ketebalan 1 mm dan berkapasitas 24 kg/ jam. Mesin ini memiliki empat bagian utama, yaitu sistem pengiris, sistem pengumpan, sistem transmisi dan konstruksi rangka.

3.

Prinsip Kerja Mesin Pengiris Daun Tembakau Prinsip kerja dari mesin ini adalah gulungan daun tembakau

dimasukkan kedalam sistem pengumpan yaitu konveyor untuk kemudian diteruskan kedalam hopper, lalu gulungan daun tembakau tersebut diiris oleh pisau pengiris dan hasil irisan keluar melalui corong pengeluaran. Motor yang menggerakan pisau pengiris dan konveyor.

4.

Bagian-bagian Utama Mesin Pengiris Daun Tembakau Bagian-bagian utama pada mesin pengiris ini ada 4, yaitu: a.

Sistem pengiris, yang terdiri dari: 1) Pisau pengiris 2) Pengikat pisau pengiris 3) Dudukan pisau pengiris

b.

Sistem pengumpan, yang terdiri dari:

13

1) Konveyor 2) Hopper c.

Sistem transmisi, yang terdiri dari: 1) Sabuk dan Puli 2) Roda gigi

d.

Konstruksi rangka

C. Teori Dasar Perancangan dan Pembuatan Sistem Pengiris 1.

Sistem Pemotongan S. Persson dalam Sukamta (1994:6) mengatakan bahwa

pemotongan adalah proses pemisahan secara mekanis suatu bahan padatan sepanjang garis tertentu oleh alat potong. Alat potong digambarkan sebagai bilah bahan (blade) dengan suatu tepi yang tajam. Pemotongan menyebabkan suatu bahan mempunyai dua bentuk baru yang disebut potongan atau serpihan, yang lebih kecil dari bentuk aslinya. Proses pemotongan diawali dengan terjadinya persinggungan (contact) antara mata pisau dengan bahan potong. selanjutnya bahan potong mengalami tekanan (stress) terutama di sekitar garis potong. Pemisahan terjadi bila tekanan pada bahan melebihi kekuatan geser (failure strength) bahan tersebut. Pemotongan mempunyai nama lain yang menggambarkan jenis alat potongnya atau proses pemotongannya, seperti pencacahan (chopping), penyiang (mowing), pembelahan (splitting), pengirisan (slicing), pengguntingan (scissoring) dan lain-lain. Sistem pengirisan (slicing) daun tembakau ini menggunakan pisau yang ditempatkan pada piringan pisau, letak dari piringan pisau tersebut adalah vertikal. Bahan yang digunakan untuk pisau tersebut adalah baja ST 42 yang dapat dikeraskan dengan proses heat treatment. Baja ST 42 mempunyai Yield

strength : 294,8 MPa, Tensile strength: 394,7 MPa dan komposisi kimia sebagai berikut:

14

Tabel 2.1. Komposisi kimia baja ST 42

Komposisi

2.

Kandungan (%)

Karbon (C)

0,18-0,23

Mangan (Mn)

0,30-0,60

Phosphor (P)

0.04

Sulfur (S)

0.05

Gaya Potong Gulungan Daun Tembakau Hal mendasar yang menjadi awal perancangan mesin pengiris daun

tembakau adalah mengetahui besarnya gaya potong yang dibutuhkan untuk dapat memotong gulungan daun tembakau. Besarnya gaya potong ini sangat penting untuk menghitung daya yang diperlukan mesin untuk dapat memotong gulungan daun tembakau. Data ini selanjutnya akan sangat menentukan dalam perancangan daya tenaga penggerak, transmisi, dan penghitungan lain. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Agustinus Iwop dan Agus Supriyadi dalam Tugas Akhir Rancang Bangun Mesin Perajang Tembakau, didapat gaya untuk memotong tumpukan daun tembakau berdimensi 150-200 mm yaitu 2,4 kgf.

3.

Daya Mesin dan Tenaga Penggerak Setelah gaya potong gulungan daun tembakau diketahui maka

selanjutnya bisa dihitung daya motor listrik yang dibutuhkan. Untuk menghitung daya mesin (P) terlebih dahulu dihitung torsinya (T), yaitu: 𝑇 =

𝐹 ×𝑅

(Robert L. Mott, 2009:81)

Keterangan: 𝐹 = gaya potong gulungan daun tembakau (kg) 𝑅 = jari-jari lingkaran pengirisan, titik potong terluar (m) Setelah mengetahui besarnya torsi yang dihasilkan gaya potong daun tembakau, selanjutnya bisa dihitung daya mesin. Daya mesin (P) dihitung dengan:

15

𝑃 =

𝑇 × 𝑛 63000

Torsi (T) pada rumus di atas masih dalam satuan lb-in, maka perlu dikonversi ke dalam satuan kg-mm. Sehingga menjadi: 𝑃 =

𝑇 × 𝑛 72585,1

Keterangan: 𝑇 = torsi dari gaya potong (kg.mm) 𝑛 = putaran pengirisan (rpm) 4.

Perancangan Pisau pengiris a.

Jenis-jenis Pisau Pengiris Untuk mendapatkan suatu rancangan mesin pengiris yang

memadai kulitasnya, maka diperlukan pengetahuan tentang mesin atau pengiris yang telah ada sebelumnya. Adapun beberapa bentuk dan fungsinya adalah: 1) Pisau Dapur Seperti yang kita ketahui, pisau ini dapat digunakan untuk mengiris bahan-bahan keperluan memasak. Dalam hal ini ketebalan dari hasil pengirisan tergantung pada keterampilan kita dalam mengiris. 2) Pisau Serut Pisau serut biasanya digunakan untuk memotong buahbuahan. Prinsip kerjanya adalah buah yang akan dipotong perlu terlebih dahulu dikupas kemudian diserutkan pada bagian keluarnya mata pisau. 3) Pisau Putar Vertikal Pisau ini termasuk lebih baik dalam hal keselamatan kerja, karena bahan tidak langsung bersentuhan dengan tangan dan ketebalan dari bahan yang dipotong lebih seragam. 4) Pisau Putar Horizontal

16

Alat potong ini hampir sama dngan pisau putar vertical, hanya alat ini digerakkan oleh motor listrik berdaya kecil, tetapi lat ini tidak dapat memotong temped an ketebalan dari pengirisan tidak seragam (Supriadi, 2001). Pada rancang bangun mesin pengiris daun tembakau ini, jenis pisau yang digunakan adalah Pisau Putar Vertikal.

6.

Perancangan Piringan Pisau Pengiris Dudukan yang digunakan untuk pemegang pisau berupa piringan

berbahan besi cor yang memiliki massa jenis 𝜌 = 7,15 ∙ 10−6 𝐾𝑔⁄𝑚𝑚3 , sedangkan volume piringan pemegang pisau adalah: 𝑉𝑃𝑃 = 𝑉𝑃1 − 𝑉𝑃2 − 𝑉𝑃3 Dimana: 𝜋 𝑑 2 ∙ 𝑡𝑃𝑃 4 𝑃1 𝜋 = 𝑑𝑃2 2 ∙ 𝑡𝑃𝑃 4

𝑉𝑃1 = 𝑉𝑃2

𝑉𝑃3 = 𝑝 ∙ 𝑙 ∙ 𝑡𝑃𝑃 Sedangkan untuk menghitung berat piringan pemegang pisau adalah: 𝑊𝑃𝑃 = 𝜌 × 𝑉𝑃𝑃 Keterangan: 𝑉𝑃𝑃 = volume piringan pisau (mm3) 𝑉𝑃1 = volume piringan penampang 1 (mm3) 𝑉𝑃2 = volume piringan penampang 2 (mm3) 𝑉𝑃3 = volume piringan penampang 3 (mm3) 𝑡𝑃𝑃 = tebal piringan pisau (mm) 𝑑𝑃1 = diameter piringan penampang 1 (mm) 𝑑𝑃2 = diameter piringan penampang 2 (mm) 𝜌 = massa jenis (kg/mm3) 𝑊𝑃𝑃 = berat piringan pisau (kg)

17

D. Teori Dasar Perancangan dan Pembuatan Konstruksi Rangka 1.

Tinjauan Umum Rangka Disain rangka mesin memiliki keutamaan yang berfungsi untuk

mengakomodasi

seluruh

komponen-komponen

mesin

yang

terpasang didalamnya. Pada hakekekatnya rangka merupakan bentuk dasar suatu mesin yang bekerja sebagai penyangga atau penguat kedudukan. Hal yang penting untuk diperhatikan perancang ialah dari segi penentuan tata letak tumpuan supaya tidak mengganggu kinerja mesin secara optimal. Untuk menumpu seluruh sistem mekanik dari mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam, harus digunakan suatu konstruksi rangka yang mampu menahan dan memiliki kekuatan serta kekakuan yang memadai. Hal ini mengingat beban yang diterima oleh konstruksi rangka tidak hanya beban statis saja, melainkan beban dinamis selama mesin pengiris daun tembakau kapasitas 24 kg/ jam beroperasi. Dalam merancang rangka tidak ada batasan tertentu, sehingga perancangannya lebih dipusatkan pada analisis faktor yang mempengaruhi suatu rangka seperti: a.

Gaya yang ditimbulkan oleh komponen mesin lainnya melalui titiktitik pemasangan seperti siku, atau komponen mesin lainnya.

b. Cara dudukan rangka itu sendiri. c.

Kepresisian sistem (defleksi komponen yang diijinkan).

d. Lingkungan tempat mesin akan beroperasi. e.

Kapasitas produksi mesin. Faktor tersebut perlu dijadikan perhatian khusus saat merancang

rangka. Parameter yang dapat dikendalikan oleh perancang ialah pemilihan bahan, geometri bagian rangka yang menahan beban, dan proses manufaktur. Pemilihan bahan untuk rangka harus mempertimbangkan sifat-sifat bahan, yakni kekuatan dan kekakuan. Selain kekuatan, kekakuan rangka atau konstruksi sering dijadikan faktor penentu dalam perancangan. Dalam kasus-kasus ini, kekakuan bahan ditunjukan oleh modulus elastisitasnya.

18

2.

Profil Struktur Baja Struktur umum yang digunakan biasanya terbuat dari baja yang

memiliki bentuk-bentuk penampang yang beragam, tergantung pada kebutuhan dan penggunaannya. Beberapa jenis profil dari strutur baja yang umum digunakan adalah: a.

Profil WF (Wide Flange) Memiliki bentuk penampang seperti huruf I dengan flens yang

lebar. Keunggulannya sangat efisien untuk menahan beban lentur, dapat digunakan sebagai balok ataupun kolom, memiliki notasi WF, contoh WF 250×175×7×11 artinya panjang profil 250 mm, lebar 175 mm, tebal badan 7 mm dan tebal flens 1 mm.

Profil WF

Gambar 2.6. Profil WF Sumber: b.

Profil UNP (Channel) Memiliki bentuk penampang seperti huruf U, biasa digunakan

pada panel dinding. Dikenal dengan notasi UNP, contoh UNP 400×110×14×18 artinya tinggi profit 400 mm, lebar flens 110 mm, tebal badan 14 mm dan tebal flens 18 mm. Profil berpenampang U dan pada salah satu sisi dikedua ujung sayapnya berbentuk bulat, dihasilkan dari proses canai panas (hot rolling mill) dengan penampang seperti gambar berikut. Keterangan gambar: H adalah tinggi badan B adalah lebar sayap t1 adalah tebal badan t2 adalah tebal sayap r adalah radius sudut Gambar 2.7. Profil UNP atau Kanal U Sumber:

19

c.

Profil Siku (Angle) Terdapat dua jenis yaitu siku sama kaki dan siku tak sama kaki,

sering digunakan untuk menahan beban ringan seperti pada bukaan jendela dan pintu. Memiliki penampang seperti huruf L dan dikenal dengan notasi L, contoh L 50×5 artinya siku sama kaki dengan tinggi kedua kaki masing-masing 50 mm dan tebal kedua kaki 5 mm.

Profil Siku

Gambar 2.8. Profil Siku Sumber: 3.

Pemilihan Profil Rangka Mesin Dari ketiga macam bentuk profil struktur baja di atas, masing-

masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Penyusun memiliki kriteria dalam pemilihan profil tersebut, yaitu mudah didapatkan, kuat dalam menumpu beban dan kaku, mudah dalam pengerjaan (pengelasannya) serta mudah dalam pemasangan. Berdasarkan kriteria tersebut, pemilihan profil struktur lebih condong kepada jenis Profil Siku. Penentuan profil didasarkan pada bentuk penampang yang dapat menahan beban/gaya normal (tekan) yang bekerja. Kondisi syarat mutu, dimensi dan toleransi, sifat mekanis, dan komposisi kimia. Untuk mengetahui ukuran profil yang dapat digunakan dapat dilihat pada tabel yang terlampir.

4.

Perhitungan Momen dan Reaksi pada Rangka Jika Beban Berada di Tengah Rangka

Untuk menghitung statis tak tentu dengan satu beban ditengah menggunakan rumus sebagai berikut: MA

F C

A RA

B L2

L1

MB

RB

L

Gambar 2.9. Reaksi Tumpuan Pada Statis Tak Tentu Dengan 1 Beban

20

RA = RB = P 2 MA = MC = MB =

5.

P .L 8

(Hartono, 2001: 145)

Sambungan Las Pengelasan adalah metoda mengikat logam dengan leburan. Dengan

panas dari busur listrik atau semburan oxiacetyline logam pada sambungan dilebur dan difuses dengan logam tambahan dari batang las. Apabila dingin bahan las logam dasar membentuk sambungan hampir homogen dan kontinu. a.

Tipe Sambungan

Menurut bentuk dan jenis pengelasannya, sambungan las dapat dibedakan menjadi dua, yaitu: 1) Las Temu (Butt Joint) Las temu diperoleh dengan menempatkan pinggir pelat ke pinggir pelat, seperti yang terlihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10. Macam-macam Las Temu (Butt Joint) Sumber:

Gambar 2.11. Single Butt Joint Sumber:

21

Berdasarkan gambar tersebut diatas, panjang kaki lasan atau ukuran dari lasan merupakan tebal dari pelatnya. Sehingga kekuatan tarik dari sambungan untuk butt tunggal adalah (untuk single-V atau square butt joint) 𝑃 = 𝑡 × 𝑙 × 𝑓𝑡

(Gupta Khurmi, 1991 : 279)

Dimana: t = tebal dari pelat l = panjang lasan ft = kekuatan tarik yang diijinkan

2) Las Sudut (Lap Joint atau Fillet Joint) Las sudut bersifat ekonomis secara keseluruhan, mudah dibuat, dan mampu beradaptasi, serta merupakan jenis las yang paling banyak dipakai dibandingkan jenis las dasar yang lain. Las ini umumnya memerlukan lebih sedikit presisi dalam pemasangan karena potongannya saling bertumpang (overlap).

Gambar 2.12. Fillet Joint Sumber: Berdasarkan gambar tersebut diatas, maka didapat: BD = Kaki lasan × sin 45o = luas dari lasan = BD × l =

𝑡 √2

𝑡×𝑙 √2

Sehingga kekuatan tarik dari sambungan untuk fillet tunggal adalah 𝑃=

𝑡×𝑙 √2

× 𝑓𝑡

22

Dimana: t = Tebal dari pelat atau ukuran dari lasan l = Panjang lasan ft = Kekuatan tarik yang diijinkan dari sambungan las 6.

Sambungan Mur dan Baut Dalam perancangan dan pembuatan mesin pengiris tembakau, mur

dan baut digunakan untuk mengikat komponen pada rangka. Adapun bagianbagian baut terdiri dari; kepala baut, batang baut dan ulir. Sebagai pasangannya untuk mengikat komponen tersebut digunakan mur. Dalam pemilihan baut pengikat harus disesuaikan dengan keadaan, posisi, kebutuhan dan keamanan pada saat alat tersebut digunakan dengan memperhatikan tingkat ketebalan komponen yang akan diikat. Ulir dapat berupa ulir kanan dan ulir kiri, dimana ulir kanan akan bergerak maju bila diputar searah jarum jam, dan ulir kiri akan bergerak maju bila diputar berlawanan dengan arah jarum jam. Umumnya ulir kanan lebih banyak digunakan, untuk menentukan ukuran ulir, berbagai faktor harus diperhatikan, seperti sifat gaya yang bekerja pada ulir, kekerasan bahan, dan lainnya. Adapun gaya-gaya yang bekerja pada ulir adalah beban statis aksial murni, beban aksial dengan beban puntir, beban geser dan beban tumbukan aksial. Dalam perancangan dan pembuatan, ulir yang digunakan adalah ulir metris. Dalam menentukan ukuran ulir tergantung pada jenis ulir yang digunakan. Dimana ukuran-ukuran ulir dalam dan ulir luar akan sama besarnya. Dalam pembuatan ulir metris harus dipertimbangkan melalui formulasi berikut sebagai acuan dalam pembuatannya ditinjau dari kerusakan yang akan terjadi pada ulir. a.

Penentuan Ulir 1) Menentukan diameter tusuk Apabila jarak bagi dan diameter luar ulir telah diketahui, diameter tusuk dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:

23

d2 = d – 0,64951 p

(Sularso, 1997:289)

Dimana: d2 = Diameter tusuk (mm) d = Diameter luar ulir (mm) p = Jarak bagi ulir (kisar) 2) Menentukan diameter inti Apabila jarak bagi dan diameter luar ulir telah diketahui, diameter inti dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan: d1 = d – 1,082532 p

(Sularso, 1997:289)

Dimana: d1 = Diameter inti (mm) d = Diameter luar ulir (mm) p = Jarak bagi ulir (kisar) 3) Menentukan kedalaman ulir Kedalaman ulir berhubungan erat dengan diameter ulir dan diameter inti, dimana untuk menentukan besarnya kedalaman ulir adalah:

h

d  d1 (mm) 2

4) Menentukan tinggi mur Tinggi mur atau baut sering juga disebut dengan panjang ulir. Tinggi ulir sudah distandarkan dari ukuran diameter luar ulirnya, yaitu: H = (0,8 – 1,0)d (mm)

(Sularso, 1997:297)

5) Menentukan jumlah lilitan Jumlah lilitan pada mur atau baut ditentukan oleh tinggi mur atau baut dengan kisar atau jarak bagi ulir, adapun rumus yang digunakan adalah: H = z.p, maka z 

H P

Dimana: H = Tinggi mur atau baut (mm)

(Sularso, 1997:297)

24

z = Lilitan ulir (lilit) p = Jarak bagi ulir (kisar) b. Tegangan yang Terjadi pada Ulir 1) Menentukan beban rencana Beban rencana diperoleh dari beban maksimum yang bekerja dikalikan dengan faktor koreksi dan merupakan langkah awal dalam perancangan ulir ini, sehingga: W =Wo fc

(Sularso, 1997:301)

Dimana: W = Beban rencana (kg) W0 = Beban awal yang bekerja (kg) Fc = Faktor koreksi (1,2) 2) Menentukan tegangan tarik yang terjadi pada ulir Tegangan tarik pada perencanaan ulir sangatlah penting untuk dihitung, karena hal ini menyangkut kekuatan ulir terhadap beban atau gaya tarik. Jika beban yang diberikan lebih besar dari kekuatan tarik bahannya, maka ulir atau baut akan mengalami patah pada

daerah

yang

dikenai

beban

maksimumnya.

Untuk

merencanakannya dipengaruhi oleh besar beban dan luas penampang dari ulir yang dalam hal ini mur/baut, berikut adalah rumus yang digunakan untuk menentukan tegangan tarik pada ulir, yaitu:

1 

W W  karena d1 =0,8 d, sehingga: A 4 d 1 2

1 

W  (0,8d ) 2 4

Dimana: A = luas penampang ulir (mm2) W = Beban tarik aksial pada baut (kg) d1 = Diameter inti ulir (mm) d = Diameter luar (>3mm)

(Sularso, 1997:296)

BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN A. Data Awal Perancangan 1.

Data Awal Perancangan Sistem Pengiris

Berdasarkan perhitungan sebelumnya, data awal yang telah diketahui sebagai dasar perancangan sistem pengiris diantaranya: a.

Kecepatan putaran pisau pengiris (n) sebesar 234 rpm

b.

Ukuran gulungan daun tembakau dengan panjang (p) 120 mm dan lebar (l) 100 mm

c.

2.

Ketebalan irisan yang diinginkan sebesar 2 mm

Data Awal Perancangan Rangka Untuk merancang sebuah konstruksi rangka, maka yang perlu

diketahui adalah berat komponen yang bekerja padanya. Adapun komponenkomponen yang dipasang pada rangka adalah: a.

Komponen-komponen dari sistem transmisi

b.

Komponen-komponen dari sistem pengumpan

c.

Komponen-komponen dari sistem pengiris

Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan sebelumnya, didapat berat komponen-komponen dari sistem transmisi dan sistem pengumpan, yang terdiri atas : a.

b.

c.

Berat Sistem Transmisi 1) Berat motor listrik 2) Berat puli penggerak 3) Berat puli yang digerakkan 4) Berat reducer 5) Berat roda gigi Berat Sistem Pengumpan 1) Berat hopper 2) Berat poros @1,35×6 3) Berat sabuk 4) Berat bearing @0,3×12 5) Berat dudukan @0,7×12 Berat 1 gulungan daun

25

: : : : :

13 1,5 1,3 9 5

Kg Kg Kg Kg Kg

: : : : : :

2,5 8,1 0,1 3,6 8,4 0,5

Kg Kg Kg Kg Kg Kg

26

B. Perhitungan Sistem Pengiris 1.

Perancangan Pisau Pengiris Mesin pengiris daun tembakau ini memakai sistem perajangan

tunggal, dengan 1 satu buah pisau dengan bahan baja per yang memotong gulungan daun tembakau berukuran 120×100 mm. Pisau mempunyai sudut buang 30°. Sudut ini memperingan gaya yang diperlukan untuk mengiris.

(a)

(b) Gambar 3.1. Rancangan pisau pengiris (a) Pisau pengiris tiga dimensi dan (b) Pisau pengiris dua dimensi

27

2.

Perhitungan Volume dan Beban Pisau Pengiris Diketahui perancangan pisau pengiris didasarkan pada gambar berikut ini:

II

153.3

IIa IV

III

IIb

I

Gambar 3.2. Desain pembuatan pisau

Gambar tersebut merupakan desain pembuatan pisau yang dilihat secara dua dimensi.

28

Berdasarkan hasil perancangan, didapat ketebalan pisau pengiris yang dirancang sebesar 𝑡𝑃 = 3 mm. Maka, langkah-langkah perhitungan volume pisau pengiris adalah sebagai berikut: a.

Menghitung volume penampang lingkaran (𝑽𝑳 )

𝑉𝐿 = 𝜋 ∙ 𝑟𝐿 2 ∙ 𝑡𝑃 𝑉𝐿 = 𝜋 ∙ 1772 ∙ 3

3

𝑉𝐿 = 295.119,18 𝑚𝑚3

b. Menghitung volume penampang I (𝑽𝑰 ) 1 ∙𝑉 4 𝐿 1 𝑉𝐼 = ∙ 295.119,18 4 𝑉𝐼 =

𝑉𝐼 = 73.779,80 𝑚𝑚3 c.

Menghitung volume penampang II (𝑽𝑰𝑰 ), IIa (𝑽𝑰𝑰𝒂 ) dan IIb (𝑽𝑰𝑰𝒃 ) 1 ∙𝑉 6 𝐿 1 𝑉𝐼𝐼 = ∙ 295.119,18 6 𝑉𝐼𝐼 =

𝑉𝐼𝐼 = 49.186,53 𝑚𝑚3 1 ∙ 𝑎𝑙𝑎𝑠 ∙ 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 ∙ 𝑡𝑃 2 1 = ∙ 88,5 ∙ 153,3 ∙ 3 2

𝑉𝐼𝐼𝑎 = 𝑉𝐼𝐼𝑎

29

𝑉𝐼𝐼𝑎 = 20.350,58 𝑚𝑚3 𝑉𝐼𝐼𝑏 = 𝑉𝐼𝐼 − 2 ∙ 𝑉𝐼𝐼𝑎 𝑉𝐼𝐼𝑏 = 49.186,53 − 2 ∙ 20.350,58 𝑉𝐼𝐼𝑏 = 49.186,53 − 40.701,15 𝑉𝐼𝐼𝑏 = 8.485,38 𝑚𝑚3 d. Menghitung volume penampang III (𝑽𝑰𝑰𝑰 )

78,50

𝑉𝐼𝐼𝐼 = 𝑝 ∙ 𝑙 ∙ 𝑡𝑃 𝑉𝐼𝐼𝐼 = 30,33 ∙ 78,50 ∙ 3 𝑉𝐼𝐼𝐼 = 7.142,72 𝑚𝑚3

30,33

e.

Menghitung volume penampang IV (𝑽𝑰𝑽 ) 1 ∙ 𝑎𝑙𝑎𝑠 ∙ 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 ∙ 𝑡𝑃 2 1 𝑉𝐼𝑉 = ∙ 27,27 ∙ 77,31 ∙ 3 2 𝑉𝐼𝑉 =

𝑉𝐼𝑉 = 3.162,37 𝑚𝑚3 Total volume pisau (𝑉𝑃 ) adalah 𝑉𝑃 = 𝑉𝐼 − (𝑉𝐼𝐼𝑎 + 𝑉𝐼𝐼𝑏 ) + 𝑉𝐼𝐼𝐼 + 𝑉𝐼𝑉 𝑉𝑃 = 73.779,80 − (20.350,58 + 8.485,38) + 7.142,72 + 3.162,37 𝑉𝑃 = 55.248,93 𝑚𝑚3 Bahan yang digunakan untuk pisau pengiris adalah baja ST 60 dengan massa jenis 𝜌 = 7,8 ∙ 10−6 𝐾𝑔⁄𝑚𝑚3 . Dengan volume pisau sebesar 𝑉𝑃 = 55.248,93 𝑚𝑚3 , maka beban pisau dapat dihitung sebagai berikut: 𝑊𝑃 = 𝜌 ∙ 𝑉𝑃 𝑊𝑃 = 7,8 ∙ 10−6 ∙ 55.248,93 𝑊𝑃 = 0,43 𝐾𝑔

30

Perhitungan Kecepatan Pemotongan Kecepatan pemotongan dapat dihitung dengan langkah sebagai berikut: a.

Menghitung jarak dan waktu pemotongan satu gulungan daun tembakau Dari perhitungan sebelumnya, didapat kecepatan putaran pisau

pengiris (n) sebesar 234 rpm. Dari data tersebut dapat dihitung waktu yang ditempuh pisau dalam satu putaran, sebagai berikut: 𝑛 = 234 𝑟𝑝𝑚 =

234 = 3,9 ≈ 4 𝑝𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 60

Maka dalam 1 putaran, pisau bergerak selama 𝑡𝑝 = 1⁄4 detik ≈ 0,25 detik. Berdasarkan bentuk dan ukuran gulungan daun tembakau yang memiliki panjang (p) 120 mm dan lebar (l) 100 mm, maka jarak pemotongan gulungan daun tembakau diambil dari ukuran diagonal gulungan daun tembakau (R) tersebut, yaitu:

𝑙 = 100mm

3.

R 𝑝 =120 mm

𝑅 = √𝑝2 + 𝑙 2 𝑅 = √1202 + 1002 𝑅 = √14400 + 10000 𝑅 = √24400 𝑅 = 156,2 𝑚𝑚 = 0,1562 𝑚 Setelah mengetahui waktu yang ditempuh pisau dalam satu putaran ( 𝑡𝑝 = 0,25 detik ) dan jarak pemotongan gulungan daun tembakau ( 𝑅 = 156,2 𝑚𝑚 ), selanjutnya yang perlu diketahui adalah jarak lintasan yang dilalui pisau (K). Dalam hal ini, jarak lintasan yang dilalui pisau (K) berupa keliling lintasan pisau dalam satu putaran dengan

31

jari-jari sebesar panjang mata pisau (𝑟 = 250 𝑚𝑚). Jarak lintasan yang dilalui pisau dapat dihitung sebagai berikut: 𝐾 = 2𝜋𝑟 Dimana: K = Jarak (keliling) lintasan yang dilalui pisau dalam satu putaran (mm) 𝑟 = Panjang mata pisau (mm)

𝐾 = 2𝜋𝑟 𝐾 = 2𝜋 × 250 𝐾 = 1570 𝑚𝑚 Dengan data tersebut, maka waktu yang diperlukan untuk memotong gulungan daun tembakau dihitung menggunakan hukum perbandingan sebagai berikut yaitu: 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑝𝑒𝑚𝑜𝑡𝑜𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑔𝑢𝑙𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑢𝑛 (𝑅) 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑝𝑒𝑚𝑜𝑡𝑜𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑔𝑢𝑙𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑢𝑛 (𝑡𝑑 ) = 𝐽𝑎𝑟𝑎𝑘 𝑙𝑖𝑛𝑡𝑎𝑠𝑎𝑛 𝑦𝑔 𝑑𝑖𝑙𝑎𝑙𝑢𝑖 𝑝𝑖𝑠𝑎𝑢 𝑑𝑙𝑚 1 𝑝𝑢𝑡 (𝐾) 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑦𝑔 𝑑𝑖𝑡𝑒𝑚𝑝𝑢ℎ 𝑝𝑖𝑠𝑎𝑢 𝑑𝑙𝑚 1 𝑝𝑢𝑡 (𝑡𝑝 )

156,2 𝑚𝑚 𝑡𝑑 = 1570 𝑚𝑚 0,25 detik 𝑡𝑑 =

156,2 𝑚𝑚 × 0,25 detik = 0,025 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 1570 𝑚𝑚 Dari perhitungan tersebut, didapat bahwa untuk memotong

gulungan daun tembakau dengan jarak pemotongan gulungan daun tembakau

sebesar 𝑅 = 156,2 𝑚𝑚 diperlukan

waktu

pemotongan

gulungan daun tembakau tersebut sebesar 𝑡𝑑 = 0,025 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘.

b. Menghitung kecepatan pemotongan Dari jarak pemotongan gulungan daun tembakau sebesar 𝑅 = 156,2 𝑚𝑚 = 0,1562 𝑚 dan

waktu

pemotongan

gulungan

daun

tembakau tersebut sebesar 𝑡𝑑 = 0,025 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 , diperoleh kecepatan pemotongan sebesar: 𝑣=

𝑅 𝑡𝑑

32

𝑣=

4.

0,1562 𝑚 = 6,25 𝑚⁄𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 0,025 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Perancangan Piringan Pisau Pengiris

Gambar 3.3. Desain piringan pisau pengiris

Dari desain piringan pisau pengiris, maka dapat dihitung volume piringan pisau dengan langkah-langkah berikut yaitu: a.

Volume piringan penampang lingkaran 𝜋 𝑉𝑃1 = 𝑑𝑃1 2 ∙ 𝑡𝑃𝑃 4 𝜋 𝑉𝑃1 = ∙ 2002 ∙ 6 4 𝑉𝑃1 = 188.400 𝑚𝑚3

b. Volume lubang piringan 𝜋 𝑉𝑃2 = 𝑑𝑃2 2 ∙ 𝑡𝑃𝑃 4 𝜋 𝑉𝑃2 = ∙ 162 ∙ 6 4 𝑉𝑃2 = 1.205,76 𝑚𝑚3 𝑉𝑃3 = 𝑝 ∙ 𝑙 ∙ 𝑡𝑃𝑃 𝑉𝑃3 = 3 ∙ 3 ∙ 6 𝑉𝑃3 = 54 𝑚𝑚3

33

c.

Volume piringan pisau 𝑉𝑃𝑃 = 𝑉𝑃1 − 𝑉𝑃2 − 𝑉𝑃3 𝑉𝑃𝑃 = 188.400 − 1.205,76 − 54 𝑉𝑃𝑃 = 187.140,24 𝑚𝑚3

Bahan yang digunakan untuk pemegang pisau adalah besi cor yang memiliki massa jenis 𝜌 = 7,15 ∙ 10−6 𝐾𝑔⁄𝑚𝑚3 , maka didapat beban piringan pisau sebagai berikut: 𝑊𝑃𝑃 = 𝜌 ∙ 𝑉𝑃𝑃 𝑊𝑃𝑃 = 7,15 ∙ 10−6 ∙ 187.140,24 𝑊𝑃𝑃 = 1,34 𝐾𝑔 C. Perancangan Rangka 1.

Beban yang bekerja pada rangka a.

b.

c.

d.

Berat Sistem Transmisi 1) Berat motor listrik 2) Berat puli penggerak 3) Berat puli yang digerakkan 4) Berat reducer 5) Berat roda gigi Total berat sistem transmisi Berat Sistem Pengiris 1) Berat piringan pisau 2) Berat pisau 3) Berat baut Total berat sistem pengiris Berat Sistem Pengumpan 1) Berat hopper 2) Berat poros @1,35×6 3) Berat sabuk 4) Berat bearing @0,3×12 5) Berat dudukan @0,7×12 Total berat sistem pengumpan Berat 1 gulungan daun Total berat keseluruhan

: 13 : 1,5 : 1,3 : 9 : : 24,8 : : : :

Kg Kg Kg Kg Kg + Kg

1,34Kg 0,82Kg 0,15Kg + 2,31Kg

: 2,5 Kg : 8,1 Kg : 0,1 Kg : 3,6 Kg : 8,4 Kg + : 22,7 Kg : 0,5 Kg + : 50,31 Kg

34

2.

Bentuk dan Pembebanan pada Rangka B

F

𝐹2

𝐹3 𝐹6 𝐹1 𝐹 4 𝐹7 𝐹 𝐹5 H 10 N 𝐹11 E 𝐹8 𝐹9 𝐹12 𝐹15 L

A O

𝐹14 C

G

D P K

I

M𝐹13

J R W

V

𝐹176

𝐹16

Q S U

X

T

Gambar 3.4. Skema Pembebanan Rangka Keterangan titik dan besarnya pembebanan: - Diketahui batang BC menerima reaksi pembebanan dari poros horizontal (PH = 1,35 Kg), bearing (B = 0,3 Kg) dan dudukan bearing (DB = 0,7 Kg). Besarnya pembebanan yang terjadi pada sumbu BC sebesar (𝐹2 dan 𝐹3 ): 1 ∙ 𝑃𝐻 + 𝐵 + 𝐷𝐵 2 1 𝐹2 = ∙ 1,35 + 0,3 + 0,7 2 𝐹2 =

𝐹2 = 1,68 𝐾𝑔

35

𝐹3 = 𝐵 + 𝐷𝐵 𝐹3 = 0,3 + 0,7 𝐹3 = 1 𝐾𝑔 - Diketahui batang FE menerima reaksi pembebanan dari poros horizontal (PH = 1,35 Kg), bearing (B = 0,3 Kg) dan dudukan bearing (DB = 0,7 Kg). Besarnya pembebanan yang terjadi pada sumbu FE sebesar (𝐹1 dan 𝐹4 ): 1 ∙ 𝑃𝐻 + 𝐵 + 𝐷𝐵 2 1 𝐹1 = ∙ 1,35 + 0,3 + 0,7 2 𝐹1 =

𝐹1 = 1,68 𝐾𝑔 𝐹4 = 𝐵 + 𝐷𝐵 𝐹4 = 0,3 + 0,7 𝐹4 = 1 𝐾𝑔 - Diketahui batang HI menerima reaksi pembebanan dari poros horizontal (PH = 1,35 Kg), poros vertikal (PV = 1,35 Kg), bearing (B = 0,3 Kg), dudukan bearing (DB = 0,7 Kg), hopper (H = 2,5 Kg) dan satu gulungan daun tembakau (D = 0,5 Kg). Besarnya pembebanan yang terjadi pada sumbu HI sebesar ( 𝐹6 , 𝐹7 , 𝐹10 , 𝐹11 dan 𝐹14 ): 1 1 ∙ 𝑃𝐻 + 𝐵 + 𝐷𝐵 + ∙ 𝐷 2 6 1 1 𝐹6 = ∙ 1,35 + 0,3 + 0,7 + ∙ 0,5 2 6 𝐹6 =

𝐹6 = 1,76 𝐾𝑔 𝐹7 = 𝐹10 = 𝐹6 𝐹7 = 𝐹10 = 1,76 𝐾𝑔 𝐹11 = 𝑃𝑉 + 𝐵 + 𝐷𝐵

36

𝐹11 = 1,35 + 0,3 + 0,7 𝐹11 = 2,35 𝐾𝑔 1 ∙𝐻 2 1 = ∙ 2,5 2

𝐹14 = 𝐹14

𝐹14 = 1,23 𝐾𝑔 - Diketahui batang NM menerima reaksi pembebanan dari poros horizontal (PH = 1,35 Kg), poros vertikal (PV = 1,35 Kg), bearing (B = 0,3 Kg), dudukan bearing (DB = 0,7 Kg), hopper (H = 2,5 Kg), satu gulungan daun tembakau (D = 0,5 Kg), reducer (R = 9 Kg), puli reducer (PR = 1,3 Kg), piringan pisau pengiris (PP = 1,34 Kg), pisau pengiris (PI = 0,43 Kg) dan baut pengikat pisau (BA = 0,15 Kg), . Besarnya pembebanan yang terjadi pada sumbu NM sebesar (𝐹5 , 𝐹8 , 𝐹9 , 𝐹12 dan 𝐹13 ): 1 1 ∙ 𝑃𝐻 + 𝐵 + 𝐷𝐵 + ∙ 𝐷 2 6 1 1 𝐹5 = ∙ 1,35 + 0,3 + 0,7 + ∙ 0,5 2 6 𝐹5 =

𝐹5 = 1,76 𝐾𝑔 𝐹8 = 𝐹5 = 1,76 𝐾𝑔 1 1 1 1 1 1 ∙ 𝑅 + ∙ 𝑃𝑅 + ∙ 𝑃𝑃 + ∙ 𝑃𝐼 + ∙ 𝐵𝐴 + 𝐵 + 𝐷𝐵 + ∙ 𝑃𝐻 2 2 2 2 2 2 1 + ∙𝐷 6 1 1 1 1 1 𝐹9 = ∙ 9 + ∙ 1,3 + ∙ 1,34 + ∙ 0,43 + ∙ 0,15 + 0,3 + 0,7 + 2 2 2 2 2 1 1 ∙ 1,35 + ∙ 0,5 2 6 𝐹9 =

𝐹9 = 7,88 𝐾𝑔

37

𝐹12 = 𝑃𝑉 + 𝐵 + 𝐷𝐵 𝐹12 = 1,35 + 0,3 + 0,7 𝐹12 = 2,35 𝐾𝑔 1 ∙𝐻 2 1 = ∙ 2,5 2

𝐹13 = 𝐹13

𝐹13 = 1,23 𝐾𝑔 - Diketahui batang OP menerima reaksi pembebanan dari reducer (R = 9 Kg), puli reducer (PR = 1,3 Kg), piringan pisau pengiris (PP = 1,34 Kg), pisau pengiris (PI = 0,43 Kg) dan baut pengikat pisau (BA = 0,15 Kg), . Besarnya pembebanan yang terjadi pada sumbu OP sebesar (𝐹15 ): 1 1 1 1 1 ∙ 𝑅 + ∙ 𝑃𝑅 + ∙ 𝑃𝑃 + ∙ 𝑃𝐼 + ∙ 𝐵𝐴 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 = ∙ 9 + ∙ 1,3 + ∙ 1,34 + ∙ 0,43 + ∙ 0,15 2 2 2 2 2

𝐹15 = 𝐹15

𝐹15 = 6,12 𝐾𝑔 - Diketahui batang WX menerima reaksi pembebanan dari motor listrik (M = 13 Kg) dan puli motor (PM = 1,5 Kg). Besarnya pembebanan yang terjadi pada sumbu WX sebesar (𝐹16 ): 1 1 ∙ 𝑀 + ∙ 𝑃𝑀 2 2 1 1 = ∙ 13 + ∙ 1,5 2 2

𝐹16 = 𝐹16

𝐹16 = 7,25 𝐾𝑔 - Diketahui batang VU menerima reaksi pembebanan dari motor listrik (M = 13 Kg) dan puli motor (PM = 1,5 Kg). Besarnya pembebanan yang terjadi pada sumbu VU sebesar (𝐹17 ): 1 1 ∙ 𝑀 + ∙ 𝑃𝑀 2 2 1 1 = ∙ 13 + ∙ 1,5 2 2

𝐹17 = 𝐹17

38

𝐹17 = 7,25 𝐾𝑔 3.

Perhitungan Reaksi dan Momen a.

Perhitungan reaksi dan momen pada titik B dan C batang rangka 𝐹2

𝐹3 C

B 50

350 𝑅𝐵

650

𝑅𝐶

Gambar 3.5. Diagram reaksi dan momen pada titik B dan C batang rangka

Diketahui 𝐹2 = 1,68 𝐾𝑔 dan 𝐹3 = 1 𝐾𝑔  Menghitung reaksi dititik B dan C Σ𝑀𝐵 = 0 𝐹2 ∙ 350 + 𝐹3 ∙ 400 − 𝑅𝐶 ∙ 650 = 0 1,68 ∙ 350 + 1 ∙ 400 − 𝑅𝐶 ∙ 650 = 0 𝑅𝐶 =

588 + 400 = 1,53 𝐾𝑔 650

Σ𝐹𝑦 = 0 𝑅𝐵 − 𝐹2 − 𝐹3 + 𝑅𝐶 = 0 𝑅𝐵 = 𝐹2 + 𝐹3 − 𝑅𝐶 𝑅𝐵 = 1,68 + 1 − 1,52 = 1,16 𝐾𝑔  Menghitung momen di B dan C 𝑀𝐵 = −

𝐹2 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹3 ∙ 𝑎𝑏 2 − 𝐿2 𝐿2

𝑀𝐵 = −

(1,68)(350)(300)2 (1)(400)(250)2 − (650)2 (650)2

39

𝑀𝐵 = −125,25 − 59,17 𝑀𝐵 = −184,42 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 𝐹2 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹3 ∙ 𝑎2 𝑏 𝑀𝐶 = − − 𝐿2 𝐿2 (1,68)(350)2 (300) (1)(400)2 (250) 𝑀𝐶 = − − (650)2 (650)2 𝑀𝐶 = −146,13 − 94,67 𝑀𝐶 = −240,80 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 b. Perhitungan reaksi dan momen pada titik F dan E batang rangka 𝐹1

𝐹4 E

F 50

350 𝑅𝐹

650

𝑅𝐸

Gambar 3.6. Diagram reaksi dan momen pada titik F dan E batang rangka

Diketahui 𝐹1 = 1,68 𝐾𝑔 dan 𝐹4 = 1 𝐾𝑔  Menghitung reaksi dititik F dan E Σ𝑀𝐹 = 0 𝐹1 ∙ 350 + 𝐹4 ∙ 400 − 𝑅𝐸 ∙ 650 = 0 1,68 ∙ 350 + 1 ∙ 400 − 𝑅𝐸 ∙ 650 = 0 𝑅𝐸 =

588 + 400 = 1,52 𝐾𝑔 650

Σ𝐹𝑦 = 0 𝑅𝐹 − 𝐹1 − 𝐹4 + 𝑅𝐸 = 0 𝑅𝐹 = 𝐹1 + 𝐹4 − 𝑅𝐸

40

𝑅𝐹 = 1,68 + 1 − 1,52 = 1,16 𝐾𝑔  Menghitung momen di F dan E 𝐹1 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹4 ∙ 𝑎𝑏 2 𝑀𝐹 = − − 𝐿2 𝐿2 (1,68)(350)(300)2 (1)(400)(250)2 𝑀𝐹 = − − (650)2 (650)2 𝑀𝐹 = −125,25 − 59,17 𝑀𝐹 = −184,42 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 𝐹1 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹4 ∙ 𝑎2 𝑏 𝑀𝐸 = − − 𝐿2 𝐿2 (1,68)(350)2 (300) (1)(400)2 (250) 𝑀𝐸 = − − (650)2 (650)2 𝑀𝐸 = −146,13 − 94,67 𝑀𝐸 = −240,80 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 c.

Perhitungan reaksi dan momen pada titik N dan M batang rangka 𝐹5

𝐹9 𝐹12 𝐹13

𝐹8

M

N 150

100

𝑅𝑁

100 460

50

45 𝑅𝑀

Gambar 3.7. Diagram reaksi dan momen pada titik N dan M batang rangka

Diketahui 𝐹5 = 1,76 𝐾𝑔, 𝐹8 = 1,76 𝐾𝑔, 𝐹9 = 7,88 𝐾𝑔, 𝐹12 = 2,35 𝐾𝑔 dan 𝐹13 = 1,23 𝐾𝑔  Menghitung reaksi dititik N dan M Σ𝑀𝑁 = 0 𝐹5 ∙ 150 + 𝐹8 ∙ 250 + 𝐹9 ∙ 350 + 𝐹12 ∙ 450 + 𝐹13 ∙ 445 − 𝑅𝑀 ∙ 460 = 0

41

1,76 ∙ 150 + 1,76 ∙ 250 + 7,88 ∙ 350 + 2,35 ∙ 450 + 1,23 ∙ 445 − 𝑅𝑀 ∙ 460 = 0

𝑅𝑀 =

264 + 440 + 2.758 + 940 + 547,35 = 10,76 𝐾𝑔 460

Σ𝐹𝑦 = 0 𝑅𝑁 − 𝐹5 − 𝐹8 − 𝐹9 − 𝐹12 − 𝐹13 + 𝑅𝑀 = 0 𝑅𝑁 = 𝐹5 + 𝐹8 + 𝐹9 + 𝐹12 + 𝐹13 − 𝑅𝑀 𝑅𝑁 = 1,76 + 1,76 + 7,88 + 2,35 + 1,23 − 10,76 = 4,22 𝐾𝑔  Menghitung momen di N dan M 𝐹5 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹8 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹9 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹12 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹13 ∙ 𝑎𝑏 2 𝑀𝑁 = − − − − − 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝑀𝑁 = − −

(1,76 )(150)(310)2 (460)2

−

(1,76)(250)(210)2 (460)2

−

(7,88)(350)(110)2 (460)2

(2,35 )(400)(60)2 (1,23 )(445)(15)2 − (460)2 (460)2

𝑀𝑁 = −119,90 − 91,70 − 157,71 − 15,99 − 0,58 𝑀𝑁 = −385,88 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚

𝑀𝑀 = − 𝑀𝑀 = − −

𝐹5 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹8 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹9 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹12 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹13 ∙ 𝑎2 𝑏 − − − − 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝐿2

(1,76 )(150)2 (310) (460)2

−

(1,76)(250)2 (210) (460)2

−

(7,88)(350)2 (110) (460)2

(2,35 )(400)2 (60) (1,23 )(445)2 (15) − (460)2 (460)2

𝑀𝑀 = −58,02 − 109,17 − 501,81 − 106,62 − 17,27 𝑀𝑀 = −792,89 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚

42

d. Perhitungan reaksi dan momen pada titik H dan I batang rangka 𝐹6

𝐹10 𝐹11 𝐹14

𝐹7

L

H 150

100

𝑅𝐻

100

50

I

45 190

460

𝑅𝐿

𝑅𝐼

Gambar 3.8. Diagram reaksi dan momen pada titik H dan I batang rangka

Diketahui 𝐹6 = 1,76 𝐾𝑔, 𝐹7 = 1,76 𝐾𝑔, 𝐹10 = 1,76 𝐾𝑔, 𝐹11 = 2,35 𝐾𝑔 dan 𝐹14 = 1,23 𝐾𝑔  Menghitung reaksi dititik H dan I Σ𝑀𝐻 = 0 𝐹6 ∙ 150 + 𝐹7 ∙ 250 + 𝐹10 ∙ 350 + 𝐹11 ∙ 450 + 𝐹14 ∙ 445 − 𝑅𝐿 ∙ 460 −𝑅𝐼 ∙ 650 = 0 1,76 ∙ 150 + 1,76 ∙ 250 + 1,76 ∙ 350 + 2,35 ∙ 450 + 1,23 ∙ 445 − 𝑅𝐿 ∙ 460

−𝑅𝐼 ∙ 650 = 0

264 + 440 + 616 + 940 + 547,35 − 650 ∙ 𝑅𝐼 460 −2.807,35 + 650 ∙ 𝑅𝐼 𝑅𝐿 = = 6,11 − 1,41 ∙ 𝑅𝐼 −460 𝑅𝐿 = −

Σ𝑀𝐼 = 0 𝑅𝐿 ∙ 190 − 𝐹14 ∙ 205 − 𝐹11 ∙ 250 − 𝐹10 ∙ 300 − 𝐹7 ∙ 400 − 𝐹6 ∙ 500 +𝑅𝐻 ∙ 650 = 0 (6,11 + 1,41 ∙ 𝑅𝐼 ) ∙ 190 − 1,23 ∙ 205 − 2,35 ∙ 250 − 1,76 ∙ 300 −1,76 ∙ 400 − 1,76 ∙ 500 + 𝑅𝐻 ∙ 650 = 0 𝑅𝐻 =

−1.160,9 − 267,5 ∙ 𝑅𝐼 + 252,15 + 587,5 + 528 + 704 + 880 650

𝑅𝐻 =

1.790,75 − 267,5 ∙ 𝑅𝐼 = 2,76 − 0,41 ∙ 𝑅𝐼 650

43

Σ𝐹𝑦 = 0 𝑅𝐻 − 𝐹6 − 𝐹7 − 𝐹10 − 𝐹11 − 𝐹14 + 𝑅𝐿 + 𝑅𝐼 = 0 (2,76 + 0,41 ∙ 𝑅𝐼 ) − 1,76 − 1,76 − 1,76 − 2,35 − 1,23 + (6,11 − 1,41 ∙ 𝑅𝐼 ) + 𝑅𝐼 = 0 0,01 − 0,41 ∙ 𝑅𝐼 − 1,41 ∙ 𝑅𝐼 + 𝑅𝐼 = 0 𝑅𝐼 =

0,01 = −0,012 𝐾𝑔 −0,82

𝑅𝐿 = 6,11 − 1,41 ∙ 𝑅𝐼 𝑅𝐿 = 6,11 − 1,41 ∙ 0,012 = 6,09 𝐾𝑔 𝑅𝐻 = 2,76 − 0,41 ∙ 𝑅𝐼 𝑅𝐻 = 2,76 − 0,41 ∙ 0,012 = 2,76 𝐾𝑔  Menghitung momen di H dan I 𝐹6 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹7 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹10 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹11 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐹14 ∙ 𝑎𝑏 2 𝑀𝐻 = − − − − − 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝑅𝐿 ∙ 𝑎𝑏 + 𝐿2 𝑀𝐻 = − −

2

(1,76 )(150)(500)2

−

(650)2

(1,76)(250)(400)2 (650)2

−

(1,76)(350)(300)2 (650)2

(2,35 )(400)(250)2 (1,23 )(445)(205)2 (6,09 )(460)(190)2 − + (650)2 (650)2 (650)2

𝑀𝐻 = −156,21 − 166,63 − 131,28 − 135,05 − 54,44 + 239,4 𝑀𝐻 = −404,25 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 𝐹6 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹7 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹10 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹11 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐹14 ∙ 𝑎2 𝑏 𝑀𝐼 = − − − − − 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝐿2 𝑅𝐿 ∙ 𝑎2 𝑏 + 𝐿2 𝑀𝐼 = −

(1,76 )(150)2 (500) (650)2

−

(1,76)(250)2 (400) (650)2

−

(1,76)(350)2 (300) (650)2

44

−

(2,35 )(400)2 (250) (1,23 )(445)2 (205) (6,09 )(460)2 (190) − + (650)2 (650)2 (650)2

𝑀𝐼 = −46,86 − 104,14 − 153,09 − 222,49 − 118,18 +579,51 𝑀𝐼 = −65,25 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚

e.

Perhitungan reaksi dan momen pada titik O dan P batang rangka 𝐹15 P

O 350 𝑅𝑂

460

𝑅𝑃

Gambar 3.9. Diagram reaksi dan momen pada titik O dan P batang rangka

Diketahui 𝐹15 = 6,12 𝐾𝑔  Menghitung reaksi dititik O dan P Σ𝑀𝑂 = 0 𝐹15 ∙ 350 − 𝑅𝑃 ∙ 460 = 0 6,12 ∙ 350 − 𝑅𝑃 ∙ 460 = 0 𝑅𝑃 =

2.142 = 4,67 𝐾𝑔 460

Σ𝐹𝑦 = 0 𝑅𝑂 − 𝐹15 + 𝑅𝑃 = 0 𝑅𝑂 = 𝐹15 − 𝑅𝑃 𝑅𝑂 = 6,12 − 4,67 = 1,45 𝐾𝑔  Menghitung momen di O dan P 𝑀𝑂 = −

𝐹15 ∙ 𝑎𝑏 2 𝐿2

45

𝑀𝑂 = −

(6,12)(350)(110)2 (460)2

𝑀𝑂 = −122,49 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚

𝑀𝑃 = −

𝐹15 ∙ 𝑎2 𝑏 𝐿2

𝑀𝑃 = −

(6,12)(350)2 (110) (460)2

𝑀𝑃 = −389,73 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 f.

Perhitungan reaksi dan momen pada titik W dan X batang rangka 𝐹16 X

W 350 𝑅𝑊

650

𝑅𝑋

Gambar 3.10. Diagram reaksi dan momen pada titik W dan X batang rangka

Diketahui 𝐹16 = 7,25 𝐾𝑔  Menghitung reaksi dititik W dan X Σ𝑀𝑊 = 0 𝐹16 ∙ 350 − 𝑅𝑋 ∙ 650 = 0 7,25 ∙ 350 − 𝑅𝑋 ∙ 650 = 0 𝑅𝑋 =

2.537,5 = 3,90 𝐾𝑔 650

Σ𝐹𝑦 = 0 𝑅𝑊 − 𝐹16 + 𝑅𝑋 = 0 𝑅𝑊 = 𝐹16 − 𝑅𝑋

46

𝑅𝑊 = 7,25 − 3,90 = 3,35 𝐾𝑔  Menghitung momen di W dan X 𝐹16 ∙ 𝑎𝑏 2 𝑀𝑊 = − 𝐿2 (7,25)(350)(300)2 𝑀𝑊 = − (650)2 𝑀𝑊 = −540,53 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 𝐹16 ∙ 𝑎2 𝑏 𝑀𝑃 = − 𝐿2 (7,25)(350)2 (300) 𝑀𝑃 = − (650)2 𝑀𝑃 = −630,62 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 g.

Perhitungan reaksi dan momen pada titik V dan U batang rangka

𝐹17 U

V 350 𝑅𝑉

650

𝑅𝑈

Gambar 3.11. Diagram reaksi dan momen pada titik V dan U batang rangka

Diketahui 𝐹17 = 7,25 𝐾𝑔  Menghitung reaksi dititik V dan U Σ𝑀𝑉 = 0 𝐹17 ∙ 350 − 𝑅𝑈 ∙ 650 = 0 7,25 ∙ 350 − 𝑅𝑈 ∙ 650 = 0 𝑅𝑈 =

2.537,5 = 3,90 𝐾𝑔 650

47

Σ𝐹𝑦 = 0 𝑅𝑉 − 𝐹17 + 𝑅𝑈 = 0 𝑅𝑉 = 𝐹17 − 𝑅𝑈 𝑅𝑉 = 7,25 − 3,90 = 3,35 𝐾𝑔  Menghitung momen di V dan U 𝐹17 ∙ 𝑎𝑏 2 𝑀𝑉 = − 𝐿2 (7,25)(350)(300)2 𝑀𝑉 = − (650)2 𝑀𝑉 = −540,53 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 𝐹17 ∙ 𝑎2 𝑏 𝑀𝑈 = − 𝐿2 (7,25)(350)2 (300) 𝑀𝑈 = − (650)2 𝑀𝑈 = −630,62 𝐾𝑔 ∙ 𝑚𝑚 4.

Menentukan Jenis dan Ukuran Bahan Pada perancangan konstruksi rangka, profil penampang yang

digunakan merupakan profil L/ siku dan bahan yang digunakan dalam perancangan yaitu baja dengan kadar karbon 0,1-0,2% yaitu baja ST 37 dengan tegangan tarik (σt) sama dengan 37 kg/mm2. Untuk mengetahui ukuran bahan, maka perlu dilakukan langkahlangkah berikut:

𝐹5

𝐹9 𝐹12 𝐹13

𝐹8

M

N 150 𝑅𝑁

100

100 460 x

50

45 𝑅𝑀

Gambar 3.12. Diagram reaksi dan momen pada titik N dan M batang rangka

48

Diketahui: 𝐹5 = 1,76 𝐾𝑔, 𝐹8 = 1,76 𝐾𝑔, 𝐹9 = 7,88 𝐾𝑔, 𝐹12 = 2,35 𝐾𝑔 𝐹13 = 1,23 𝐾𝑔 𝑅𝑁 = 4,22 𝐾𝑔 𝑅𝑀 = 10,76 𝐾𝑔 Persamaan Momen: 𝑀𝑥 = 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150) − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250) − 𝐹9 ∙ (𝑥 − 350) − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400) − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445) 𝐸𝐼

𝐸𝐼

𝑑2𝑦 = 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150) − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250) − 𝐹9 ∙ (𝑥 − 350) − 𝐹12 𝑑𝑥 2 ∙ (𝑥 − 400) − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445) ∫ 𝑑2𝑦 = ∫{𝑅𝑁 ∙ 𝑥 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150) − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250) − 𝐹9 ∙ (𝑥 − 350) 𝑑𝑥 − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400) − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445)} 𝑑𝑥

𝐸𝐼

𝑑𝑦 1 1 1 1 = 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 2 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150)2 − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250)2 − 𝐹9 𝑑𝑥 2 2 2 2 1 1 ∙ (𝑥 − 350)2 − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400)2 − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445)2 2 2 + 𝐶1 ∴ 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑑𝑒𝑓𝑙𝑒𝑘𝑠𝑖

1 1 1 1 𝐸𝐼 ∫ 𝑑𝑦 = ∫ { 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 2 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150)2 − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250)2 − 𝐹9 2 2 2 2 1 1 ∙ (𝑥 − 350)2 − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400)2 − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445)2 2 2 + 𝐶1 } 𝑑𝑥 𝐸𝐼𝑦 =

1 1 1 1 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 3 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150)3 − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250)3 − 𝐹9 ∙ (𝑥 − 350)3 6 6 6 6 1 1 − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400)3 − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445)3 + 𝐶1 ∙ 𝑥 + 𝐶2 6 6 ∴ 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑑𝑒𝑓𝑙𝑒𝑘𝑠𝑖

49

 Bila 𝑥 = 0

di N

𝑦𝑁 = 0

𝑥 = 0 disubstitusikan ke ∴ 𝑃𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑑𝑒𝑓𝑙𝑒𝑘𝑠𝑖 𝐸𝐼𝑦 =

1 1 1 1 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 3 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150)3 − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250)3 − 𝐹9 6 6 6 6 1 1 ∙ (𝑥 − 350)3 − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400)3 − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445)3 6 6 + 𝐶1 ∙ 𝑥 + 𝐶2

0 = 0 − 0 − 0 − 0 − 0 − 0 + 0 + 𝐶2 𝐶2 = 0  Bila 𝑥 = 460 𝐸𝐼𝑦 =

di M

𝑦𝑀 = 0

1 1 1 1 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 3 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150)3 − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250)3 − 𝐹9 6 6 6 6 1 1 ∙ (𝑥 − 350)3 − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400)3 − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445)3 6 6 + 𝐶1 ∙ 𝑥 + 𝐶2

1 1 1 1 0 = 𝑅𝑁 ∙ 4603 − 𝐹5 ∙ (460 − 150)3 − 𝐹8 ∙ (460 − 250)3 − 𝐹9 6 6 6 6 1 1 ∙ (460 − 350)3 − 𝐹12 ∙ (460 − 400)3 − 𝐹13 6 6 ∙ (460 − 445)3 + 𝐶1 ∙ 460 + 0 1 1 1 1 1 1 𝑅𝑁 ∙ 4603 − 𝐹5 ∙ (310)3 − 𝐹8 ∙ (210)3 − 𝐹9 ∙ (110)3 − 𝐹12 ∙ (60)3 − 𝐹13 ∙ (15)3 6 6 6 6 6 6 𝐶1 = −460 1 1 1 1 1 1 4,22 ∙ 4603 − 1,76 ∙ (310)3 − 1,76 ∙ (210)3 − 8,07 ∙ (110)3 − 2,35 ∙ (60)3 − 1,23 ∙ (15)3 6 6 6 6 6 =6 −460

=

68.459.653,33 − 8.738.693,33 − 2.716.560 − 1.790.195 − 84.600 − 691,88 −460 55.171.061,45 = = −119.937,09 −460

Didapat persamaan defleksi sebagai berikut: 𝐸𝐼𝑦 =

1 1 1 1 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 3 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150)3 − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250)3 − 𝐹9 6 6 6 6 1 1 ∙ (𝑥 − 350)3 − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400)3 − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445)3 6 6 − 119.937,09 ∙ 𝑥

50

Menghitung defleksi di titik yang dibebani oleh 𝐹9 (beban maksimum) dengan 𝑥 = 350 : 1 1 1 1 𝐸𝐼𝑦𝑚𝑎𝑥 = 𝑅𝑁 ∙ 𝑥 3 − 𝐹5 ∙ (𝑥 − 150)3 − 𝐹8 ∙ (𝑥 − 250)3 − 𝐹9 ∙ (𝑥 − 350)3 6 6 6 6 1 1 − 𝐹12 ∙ (𝑥 − 400)3 − 𝐹13 ∙ (𝑥 − 445)3 − 119.937,09 ∙ 𝑥 6 6 1 1 1 𝐸𝐼𝑦𝑚𝑎𝑥 = 4,22 ∙ 3503 − 1,76 ∙ (350 − 150)3 − 1,76 ∙ (350 − 250)3 6 6 6 1 1 1 − 8,07 ∙ (350 − 350)3 − 2,35 ∙ (350 − 400)3 − 1,23 6 6 6 ∙ (350 − 445)3 − 119.937,09 ∙ 350 1 1 1 1 𝐸𝐼𝑦𝑚𝑎𝑥 = 4,22 ∙ 3503 − 1,76 ∙ (200)3 − 1,76 ∙ (100)3 − 8,07 ∙ (0)3 6 6 6 6 1 1 − 2,35 ∙ (−50)3 − 1,23 ∙ (−95)3 − 119.937,09 ∙ 350 6 6 𝐸𝐼𝑦𝑚𝑎𝑥 = 30.155.416,67 − 2.346.666,67 − 293.333,33 − 0 + 48.958,33 + 175.761,88 − 41.977.981,5 𝐸𝐼𝑦𝑚𝑎𝑥 = −14.237.844,62 𝑦𝑚𝑎𝑥 =

−14.237.844,62 𝐸𝐼

Dalam hal ini diambil batas maksimum lendutan untuk sebuah struktur yaitu L/240. 𝑦𝑚𝑎𝑥 =

𝐿 460 = = 1,92 𝑚𝑚 240 240

Dengan modulus elastisitas baja sebesar 2,1 × 104 𝑘𝑔⁄𝑚𝑚2 , maka nilai momen inersia total bahan dapat dihitung: −14.237.844,62 𝐸𝐼 −14.237.844,62 𝐼= 𝐸𝑦𝑚𝑎𝑥 𝑦𝑚𝑎𝑥 =

𝐼=

−14.237.844,62 2,1 × 104 × 1,92

𝐼=

−14.237.844,62 = −353,12 𝑚𝑚4 = −0,035 𝑐𝑚4 40.320

Diketahui 𝐼 = 𝐼𝑥 + 𝐼𝑦 = −0,035 𝑐𝑚4

Pada penampang L/ siku, nilai momen inersia 𝐼𝑥 = 𝐼𝑦 , maka:

51

𝐼 = 𝐼𝑥 + 𝐼𝑦 𝐼 = 𝐼𝑦 + 𝐼𝑦 𝐼 = 2𝐼𝑦 1

1

1

𝐼𝑦 = 2 𝐼 → 𝐼𝑦 = 2 𝐼 = 2 ∙ −0,035 = −0,018 𝑐𝑚4 , maka 𝐼𝑥 = 𝐼𝑦 = −0,018 𝑐𝑚4

Dilihat dari table profil baja penampang L/ siku, nilai momen inersia 𝐼𝑥 = 𝐼𝑦 yang mendekati 0,018 𝑐𝑚4 adalah 0,80 𝑐𝑚4 dengan ukuran profil L 25×25 mm dan tebal 3 mm. 5.

Perhitungan Kekuatan Sambungan Las Jenis pengelasan yang digunakan pada pengelasan sambungan

rangka adalah pengelasan sudut (fillet welding). Dengan menggunakan jenis bahan elektroda E6013 (menurut standar AWS) memiliki kekuatan tarik elektroda sebesar 𝜎𝑡 = 42 kg/mm2, maka kekuatan tarik rencana elektroda adalah sebesar : 𝜎̅𝑡 =

𝜎𝑡 42 = = 21 𝑘𝑔/𝑚𝑚2 𝑣 2

Perhitungan kekuatan sambungan dengan pengelasan sudut (fillet welding) Dengan tebal pelat (profil L) 𝑡 = 3 𝑚𝑚 dan panjang lasan 𝑙 = 25 𝑚𝑚, maka: 𝑃=

𝑡×𝑙

× 𝜎̅𝑡 √2 3 × 25 𝑃= × 21 = 1.113,69 𝑘𝑔 √2 (Jumlah) Beban terbesar yang terjadi pada batang rangka MN sebesar 14,98 Kg lebih kecil dari beban tarik maksimal yang bisa ditahan kampuh las sebesar 1.113,69 𝐾𝑔. Maka kampuh las aman untuk menerima beban sebesar 14,98 Kg.

52

6.

Perhitungan Kekuatan Baut a.

Menentukan Ukuran Ulir 1) Ulir M10 a) Baut pengikat Jenis ulir yang digunakan adalah M10×1,5 mm, tebal pelat yang akan dibaut adalah 10 mm. b) Diameter tusuk 𝑑2 = 𝑑 − 0,64951 × 𝑝 𝑑2 = 10 − (0,64951 × 1,5) 𝑑2 = 9,03 𝑚𝑚 c) Diameter inti 𝑑1 = 𝑑 − 1,082532 × 𝑝 𝑑1 = 10 − (1,082532 × 1,5) 𝑑1 = 8,38 𝑚𝑚 d) Kedalaman ulir Diameter inti yang diambil adalah 8,38 mm, maka kedalaman ulir adalah: 𝑑 − 𝑑1 2 10 − 8,38 ℎ= = 0,81 𝑚𝑚 2 e) Tinggi mur ℎ=

𝐻 = (0,8 − 1)𝑑

diambil 0,9

𝐻 = 0,9 ∙ 10 = 9 𝑚𝑚 f)

Jumlah lilitan 𝐻 =𝑧∙𝑝 𝑧=

𝐻 9 = = 6 𝑙𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑛 𝑝 1,5

53

2) Ulir M8 a) Baut pengikat Jenis ulir yang digunakan adalah M8×1,25 mm, tebal pelat yang akan dibaut adalah 10 mm. b) Diameter tusuk 𝑑2 = 𝑑 − 0,64951 × 𝑝 𝑑2 = 8 − (0,64951 × 1,25) 𝑑2 = 7,19 𝑚𝑚 c) Diameter inti 𝑑1 = 𝑑 − 1,082532 × 𝑝 𝑑1 = 8 − (1,082532 × 1,25) 𝑑1 = 6,65 𝑚𝑚 d) Kedalaman ulir Diameter inti yang diambil adalah 6,65 mm, maka kedalaman ulir adalah: 𝑑 − 𝑑1 2 8 − 6,65 ℎ= = 0,675 𝑚𝑚 2 ℎ=

e) Tinggi mur 𝐻 = (0,8 − 1)𝑑

diambil 0,9

𝐻 = 0,9 ∙ 8 = 7,2 𝑚𝑚 f)

Jumlah lilitan 𝐻 =𝑧∙𝑝 𝑧=

𝐻 7,2 = = 5,76 ≈ 6 𝑙𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑛 𝑝 1,25

b. Menghitung Tegangan pada Ulir 1) Ulir M10 Ulir M10 menerima beban terbesar dari motor sebesar 𝐹𝑠 = 13 kg, maka tegangan geser yang terjadi pada ulir adalah:

54

4 ∙ 𝐹𝑠 𝜋 ∙ 𝑑2 ∙ 𝑛 4 ∙ 13 𝜏𝑠 = 𝜋 ∙ 102 ∙ 4 52 𝜏𝑠 = 1256 𝜏𝑠 =

𝜏𝑠 = 0,041 𝑘𝑔⁄𝑚𝑚2 Untuk bahan St 37 tegangan geser bahan maksimum adalah 25 kg/ mm2 dengan safety factor (SF):  

Statis 1-6 Dinamis 7-12 𝜏𝑠 25 𝜏̅𝑠 = = = 3,57 𝑘𝑔/𝑚𝑚2 𝑆𝐹 7 Tegangan geser yang terjadi pada ulir (𝜏𝑠 ) lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan (𝜏̅𝑠 ), sehingga aman. 2) Ulir M8 Ulir M10 menerima beban terbesar dari reduser, puli, piringan, pisau, bearing, dudukan bearing, poros dan daun tembakau sebesar 𝐹𝑠 = 14 kg, maka tegangan geser yang terjadi pada ulir adalah: 4 ∙ 𝐹𝑠 𝜋 ∙ 𝑑2 ∙ 𝑛 4 ∙ 14 𝜏𝑠 = 𝜋 ∙ 82 ∙ 4 56 𝜏𝑠 = 803,84 𝜏𝑠 =

𝜏𝑠 = 0,070 𝑘𝑔⁄𝑚𝑚2 Untuk bahan St 37 tegangan geser bahan maksimum adalah 25 kg/ mm2 dengan safety factor (SF):  

Statis 1-6 Dinamis 7-12 𝜏𝑠 25 𝜏̅𝑠 = = = 3,57 𝑘𝑔/𝑚𝑚2 𝑆𝐹 7 Tegangan geser yang terjadi pada ulir (𝜏𝑠 ) lebih kecil dari tegangan geser yang diizinkan (𝜏̅𝑠 ), sehingga aman.

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan mesin pengiris daun tembakau kapasitas pengolahan 24 kg/jam, maka dapat disimpulkan: 1.

Mesin pengiris daun tembakau ini dirancang untuk menghasilkan hasil irisan tembakau dengan ketebalan 1 mm dan berkapasitas 24 kg/ jam.

2.

Mesin ini memiliki empat bagian utama, yaitu sistem pengiris, sistem pengumpan, sistem transmisi dan konstruksi rangka.

3.

Data awal yang digunakan dalam perancangan dan pembuatan mesin ini adalah: Nama mesin

: Mesin pengiris daun tembakau

Sistem pengiris : Pengirisan (slicing)

4.

Penggerak

: Motor AC

Input

: Gulungan daun tembakau

Output

: Irisan daun tembakau dengan ketebalan 1 mm

Kapasitas

: 24 kg/jam

Spesifikasi khusus mesin ini adalah sebagai berikut: Tabel 4.1. Spesifikasi khusus mesin No Nama Bagian

Bahan

Ukuran

1

Pisau pengiris

Baja ST 60

terlampir

2

Piringan pisau

Besi cor

Ø200×6 mm

3

Rangka

Baja ST 37

L30×30×3 mm

B. Saran Berdasarkan hasil perancangan dan pembuatan mesin pengiris daun tembakau, maka untuk penyempurnaan hasil perancangan dan pembuatan mesin ini, ada beberapa saran yang ingin penulis sampaikan, diantaranya:

55

56

1.

Dalam perancangan mesin, hendaknya mempertimbangkan besarnya daya yang diperlukan, sehingga mesin tersebut dapat digunakan dirumah maupun industri kecil.

2.

Dalam perancangan pisau pengiris, sudut potong pisau pengiris sebaiknya lebih kecil dari 300 dan pastikan ketajaman pisau tersebut, agar daun tembakau dapat teriris dengan baik.

3.

Penggunaan material dan komponen sebaiknya menggunakan aterial yang ringan naun kuat agar lebih mudah saat pemindahan dan pemasangan mesin.

4.

Pemilihan bahan konstruksi mesin harus diperhatikan baik dari segi kekuatan bahan maupun dari ketahanan terhadap korosi.

DAFTAR PUSTAKA

57

LAMPIRAN

58