Bab Iii.docx

BAB III PERANCANGAN SISTEM 1.

Perancangan Produk Perancangan merupakan kegiatan pemetaan proses dari awal hingga akhir terhadap suatu problem untuk memenuhi tujuan akhir secara spesifik atau objektif. Metode perancangan sistem diawali dengan penggambaran umum dari sistem menentukan kebutuhan, membuat dan menganalisa struktur fungsi, penentuan masalah utama, membuat daftar matriks morfologi, variasi solusi, dan evaluasi. Setelah tercapai maka tahap selanjutnya adalah mencocokkan hasil evaluasi dengan requirement list yang diharapkan sehingga tercapai hasil desain terbaik yang mampu memenuhi kebutuhan dan penyelesaian masalah. Adapun tahapantahapan perancangan produk dapat dijelaskan sebagai berikut : 1.1. Informasi dan Data Untuk merancang sebuah sistem diperlukan sumber-sumber informasi yang digunakan sebagai acuan data yang dibutuhkan dan spesifikasi mesin tersebut. Begitu pula dengan modifikasi mesin memerlukan informasi dan data untuk perkembangan yang lebih baik. 1.2. Definisi Pada tahap ini, berisi tentang masalah utama yang dihadapi dari desain perancangan mesin pengolah sampah sebelumnya. Hal ini digunakan untuk mengetahui semua permasalahan yang ada dan mendefinisikan masalah utama pada mesin dengan metode diskusi untuk mencari variasi yang terbaik sesuai dengan kebutuhan. 1.3. Requirement List Setelah mengetahui permasalahan utama yang ada pada mesin, maka tahap berikutnya adalah penentuan permintaan spesifikasi yang diharapkan oleh customer dan mengklasifikasikan sesuai dengan kepentingannya sehingga penentuan desain terbatas pada permintaan customer.

26

27

1.4. Perancangan sistem Tahap ini merupakan tahap pencarian variasi dari mesin yang dirancang berdasarkan requirement list yang telah dibuat. Bagian ini dapat dibagi menjadi beberapa tahap yaitu : a.

Menentukan prinsip kerja sistem.

b.

Mencari dan memilih alternatif prinsip kerja sistem.

c.

Menentukan variasi solusi yang memungkinkan dibuat.

d.

Memberikan bobot pada variasi solusi yang dihasilkan.

e.

Menetapkan variasi solusi terbaik sesuai dengan penilaian pembobotan fungsi.

1.5. Evaluasi Evaluasi merupakan tahap akhir dari metode perancangan sistem. Pada tahap ini variasi yang dipilih dievaluasi dengan requirement list customer sehingga memperoleh variasi terbaik. 2.

Sistem Kerja Prinsip kerja dari mesin pengolah sampah daun sistem kontinyu ini adalah ketika tombol ON ditekan, motor listrik akan menggerakkan bagian transmisi berupa V-belt dan pulley yang langsung dihubungkan dengan poros utama. Poros utama akan menggerakkan pisau pencacah yang memiliki fungsi utama untuk mencacah daun. Daun yang dimasukkan melalui corong masukan akan langsung tercacah menjadi ukuran 1-3 cm. Hasil cacahan yang belum mencapai ukuran tersebut akan tercacah kembali karena belum bisa melewati saringan. Hasil cacahan yang telah mencapai ukuran tersebut akan melewati saringan dan jatuh pada corong keluaran. Langkah kerja untuk mengoperasikan mesin pengolah sampah daun sistem kontinyu adalah sebagai berikut : 2.1

Siapkan bahan baku yang akan dicacah.

2.2

Hidupkan motor listrik dengan menghubungkan steker ke stop kontak, kemudian tekan tombol ON pada saklar pada mesin.

2.3

Masukkan bahan baku melalui corong masukan.

2.4

Cacahan akan keluar melalui corong keluaran.

28

3.

Mekanisme Kerja 3.1. Sistem Penyelesaian Masalah

Keterangan : Input yang diberikan berupa daun basah maupun kering, masuk melalui hopper inlet pencacah kemudian terjadi proses pencacahan dengan menggunakan cutter yang berada di dalam casing, hasil dari pencacahan akan difilter agar daun yang masih berukuran besar diproses lagi menjadi ukuran lebih kecil untuk dijadikan sebagai bahan dasar pupuk kompos. Setelah itu daun hasil pencacahan keluar melalui hopper outlet pencacah. Mesin ini digerakkan oleh motor listrik melalui puli.

29

3.2. Identifikasi Kebutuhan Konsep dari sistem mekanik yang telah dibuat harus disesuaikan dengan kebutuhan customer dengan pembuatan daftar kebutuhan dan tuntutan fungsi. Penulis membuat suatu daftar permintaan yang dapat menjadi dasar dan mempermudah dalam menentukan metode apa saja yang dapat dilakukan. Berikut beberapa daftar permintaan beserta kepentingannya :

Tabel 2. Daftar Identifikasi Kebutuhan A

Kebutuhan Kapasitas output akhir mencapai 60 kg/jam

B

Penggunaan material yang sesuai fungsi

C

Pisau yang digunakan bisa dibongkar pasang

D

A

B

C

D

E

F

Jumlah Peringkat

-

1

1

1

1

1

5

1

0

-

0

1

1

1

3

3

0

1

-

1

1

1

4

2

0

0

0

-

1

1

2

4

0

0

0

0

-

1

1

5

0

0

0

0

0

-

0

6

Operasional menggunakan panel kontrol

E

Kecepatan poros 1400 rpm

F

Mesin bisa moveable

Langkah yang dilakukan dalam prosedur pemilihan konsep formal adalah mengatur peringkat kriteria Spesifikasi Design Produk dari urutan tingkat kepentingan relatifnya. Metode ini meliputi penyusunan matriks yang ditemukan oleh Plugh. Matriks ini kemudian dikenal sebagai matriks dominasi biner (binary dominance matrix). Seperti pada Tabel 3, dengan kriteria yang tertulis pada sumbu vertikal dan horizontal. Angka 1 atau 0 ditempatkan dalam setiap kotak pada matriks tergantung pada tingkat kepentingan relatif terhadap serangkaian kriteria. (Kenneth S. Hurst. Prinsip-Prinsip Perancangan Teknik. Erlangga, 2006.)

30

Tabel 3. Requirement List No.

Requirement

1.

Pengoperasian dan perawatan mudah

2.

Kapasitas output yang dihasilkan 60 kg/jam

3.

Pisau pencacah dapat diganti dan dibongkar pasang

4.

Mesin dapat dipindahkan dengan mudah

5.

Efisien waktu dalam pengerjaan pembuatan kompos

3.3. Matriks Perancangan 3.3.1. Kaidah Fisika yang Berlaku Pada pembuatan Tugas Akhir ini, penulis ingin menyajikan beberapa contoh kaidah-kaidah fisika yang juga digunakan sebagai referensi untuk perhitungan khususnya pada desain yang penulis pilih. Berikut penjelasan tentang masing-masing. Tabel 4. Penjabaran Rumus Fisika No.

Fungsi

1.

Daya yang diperlukan untuk menggerakkan sistem

Rumus Fisika

𝑃𝑑 =

𝑇𝑥𝑛 9,74 𝑥 105

𝑃𝑑 = Daya motor listrik (kW) T = Torsi (kg.mm) n = rpm motor yang digunakan 2.

Momen Puntir

𝑀𝑝=

𝑃𝑑 𝑥 60 𝑥 2 𝑥 𝜋 𝑛𝑥𝑔

Mp = Momen puntir (kg.mm) N = Jumlah putaran (rpm) P = Daya motor (kg.mm) 3.

𝑀 = 𝐹. 𝑟

Momen gaya F = Gaya (N)

r = Jarak terpendek (mm)

31

No. 4.

Fungsi

Rumus Fisika 𝐼 = 𝑚 𝑥 𝑟2

Momen Inersia

I = Momen Inersia (kg mm2) m = Massa (kg) r = Jarak (mm) 5.

Kecepatan sudut pada saat t

𝜔𝑡 =

detik

2𝜋𝑛 60

𝜔𝑡 = Kecepatan sudut pada saat t detik 𝑡

= Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai putaran konstan

𝜔𝑜 = Kecepatan sudut pada waktu 0 detik 𝑛 = Putaran (rpm) 𝜋 = 3,14 𝛼 = Percepatan sudut

6.

𝑇 = (𝐼 × 𝛼) + (𝐹 × 𝑟)

Torsi

𝑇 = Torsi Total 𝐼 = Momen Inersia 𝛼 = Percepatan Sudut 𝐹 = Gaya 𝑟 = Jarak titik pangkal ke sumbu putar 7.

Tenaga atau daya

P=W/t

atau

P = F .v

P = Daya (Watt, Nm/s, HP) W = Usaha (J) t = Waktu (s) F = Gaya (N) V = Kecepatan (m/s) 8.

Daya rencana pada poros

𝑃𝑑 = 𝑓𝑐 𝑃 (𝑘𝑊) Pd = Daya rencana (kW) Fc = Faktor koreksi P = Daya nominal motor penggerak (kW)

32

3.3.2. Matriks Mesin Tabel 5. Matriks Mesin Bagian

Variasi Motor listrik

Kelebihan Perawatan

penggerak

lebih Jika bekerja terus

mudah

menerus

dibandingkan

mudah mengalami

dengan Tenaga

Kekurangan

motor over

penggerak lainnya Motor bensin

Getaran

akan

load

atau

kelebihan beban

mesin Tenaga

halus

yang

dihasilkan

tidak

terlalu besar Motor diesel

Tenaga

yang Getaran

dihasilkan

lebih mesin

besar Sabuk

Rantai

Digunakan

pada cukup

besar untuk Mudah

kecepatan tinggi

selip

Dapat

Tidak

terjadi

dapat

meneruskan daya dipakai Elemen transmisi

Roda gigi

untuk

yang cukup besar

kecepatan tinggi

Untuk

Memerlukan

mendapatkan

ketelitian

tenaga

besar

yang dalam pembuatan,

besar

pemasangan dan pemeliharaan

Roller bearing

Memiliki kapasitas beban radial yang besar

Ball bearing

Momen

awalan Sangat

peka

dan momen kerja terhadap Bantalan poros

hampir

beban

sama kejut

besar Bantalan luncur

Tidak terhadap kejut goncangan

peka Memulai

putaran

beban dibutuhkan dan momen besar

yang

33

Bagian

Variasi Aluminimum Cast

Plastik

Kelebihan Tahan

Kekurangan

terhadap Lemah

terhadap

karat

benturan

Ringan

Beberapa

jenis

plastik tidak tahan

Housing

panas Baja pejal

Lebih

kuat Bisa berkarat

dibandingkan dengan aluminium Siku

Sering digunakan untuk

bahan

konstruksi Pejal

Mudah didapat

Tidak cukup kuat untuk

Profil rangka

menahan

beban Profil U

Karena diproduksi Harga

cukup

dengan fabrikasi, mahal harga

menjadi

lebih ekonomis Hollow

Tahan

terhadap Ketersediaan

gesekan panas Star-helical

terbatas

Dapat mendorong Getaran inputan

yang dihasilkan

yang cukup

masuk ke dalam tinggi casing Susunan pisau

Star-rata

Getaran

yang Tidak

dihasilkan

tidak mendorong

terlalu besar

inputan

dapat

yang

berada di dalam casing

34

3.3.3. Matriks Variasi Suatu

rancangan

harus

memiliki

inovasi

dan

juga

memperhitungkan kelebihan serta kekurangan yang ada dalam rancangan tersebut. Dengan demikian penulis dapat memiliki dasar yang kuat dalam pemilihan karena adanya batasan-batasan inovasi. Sehingga penulis bisa mempunyai konsep rancangan yang baik.

35

3.3.4. Morfologi Matriks Tabel 6. Morfologi Matriks Variasi 1

Variasi 2

Baja Pejal

Aluminium Cast

Star-Rata

Star-Helical

Tenaga Penggerak

Bantalan Poros

Elemen Transmisi

Housing

Profil Rangka

Susunan Pisau

Variasi 3

36

Variasi 1

Variasi 3

Variasi 2

Dari beberapa pilihan variasi di atas, kami mempertimbangkan variasi terbaik dan yang sesuai dengan identifikasi kebutuhan agar produk yang dibuat sesuai dengan permintaan customer. Untuk itu, perlu diadakan pemetaan dan analisa kelebihan dan kelemahan dari setiap variasi untuk menjadi dasar penilaian. Sehingga pada akhirnya diperoleh variasi 1 sebagai pilihan yang terbaik. 3.3.5. Penjelasan Morfologi Matriks Berikut ini akan kami tampilkan beberapa variasi yang mungkin terjadi : Variasi 1 : Motor Listrik – Ball Bearing – Sabuk – Baja Pejal – Plat Siku – StarRata Pemilihan komponen tersebut sudah cukup untuk membuat Mesin Pengolah Sampah Daun. Harga dari motor listrik yang relatif terjangkau, namun sudah memenuhi kebutuhan kecepatan putaran pada mesin dan torsi yang tidak terlalu besar. Ball Bearing digunakan untuk putaran tinggi yang sangat dibutuhkan dalam mesin ini. Transmisi Sabuk digunakan pada mesin ini, karena mesin ini menggunakan putaran yang cukup tinggi dan transmisi jenis ini tergolong lebih ekonomis dan mudah didapatkan dipasaran. Housing Bearing pada mesin ini menggunakan material Baja Pejal yang karena selain kuat, material ini juga tidak terlalu rumit dalam proses permesinan. Mesin ini menggunakan kerangka berupa Plat Siku, karena cukup kuat dalam menopang mesin yang tidak terlalu berat, dan juga Plat Siku lebih mudah didapat. Model pisau pencacah dalam mesin ini menggunakan model Star-Rata karena berfungsi untuk mengurangi getaran pada mesin yang ditimbulkan karena gaya yang terjadi pada pisau pemotong.

37

Variasi 2 : Motor Bensin – Bantalan Silindrik – Rantai – Alumunium Cast – Siku – Star-Helical Pertimbangan dalam pemilihan Motor Bensin sebagai tenaga penggerak karena mempunyai kelebihan dalam memindahkan daya yang besar, namun Mesin Bensin dapat memiliki putaran yang cukup besar juga. Penggunaan Bantalan Silindrik dapat meredam gaya yang terjadi poros. Penggunaan transmisi jenis Rantai dapat meminimalisir terjadinya selip, namun Rantai tidak bisa meneruskan putaran yang cukup tinggi. Bahan yang digunakan dalam pembuatan housing bearing berupa Alumunium Cast , namun bahan ini terlalu mahal dan susah untuk didapatkannya. Penggunaan Siku dalam pembuatan kerangka mesin sudah cukup untuk menopang berat mesin. Model pisau pencacah berupa star-helical dapat menimbulkan getaran yang cukup besar pada mesin ini. Variasi 3 : Motor Diesel – Bantalan Luncur – Roda Gigi - Alumunium Cast – Profile U – Star-Helical Penggunaan Motor Diesel dapat menimbulkan getaran yang cukup besar pada mesin, namun dapat menghasilkan daya yang lebih besar dibandingkan motor yang lainnya. Bantalan Luncur tidak digunakan untuk kecepatan tinggi, namun dapat meredam gaya yang terjadi pada poros. Transmisi Roda Gigi tidak dipergunakan untuk kecepatan tinggi, namun transmisi ini tidak akan terjadi selip. Housing dari bantalan berupa Alumunium Cast masih kurang efektif karena material

yang

cukup

mahal

dan

ketersediaannya

terbatas.

Kerangka

menggunakan Profil U, selain ketersediaannya yang terbatas profil jenis ini juga lebih mahal dibandingkan profil yang lainnya. Model pisau pencacah berupa Star-Helical akan menambah besar getaran yang ditimbulkan.