Tugas Perancangan Mekanisme 12 Mantap.docx

TUGAS PERANCANGAN MEKANISME

“Perancangan Mesin Pengupas Kulit kacang kapasitas 10 kg per proses ”

Oleh : Ari Nasrudin (3331141932)

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA 2017

KATA PENGANTAR Puji syukur marilah kita panjatkan khadirat Allah SWT yang telah memberikan Rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis bisa menyelesaikan proposal pengajuan ini dengan baik. Sholawat serta salam tak lupa kita curahkan kepada baginda Nabi besar Muhammad SAW beserta keluarga sahabat serta kita semua selaku umatnya hingga akhir zaman. Amiin Dalam penulisan laporan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihakpihak yang membantu dalam menyelesaikan penyusunan laporan, Besar harapan penulis, semoga pengajuan judul ini dapat bermanfaat bagi semua pihak pada umumnya dan bagi penulis pada khususya. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa laporan ini kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengaharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi perbaikan di masa yang akan datang.

Cilegon, Desember 2017

Penulis

I.

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Kacang merupakan makanan yang familiar dikalangan masyarakat khususnya banten, kacang sering dijadikan cemilan ataupun makanan pokok lainya. Proses merubah kacang menjadi cemilan salah satunya melupas kulit kacang tersebut guna diproses selanjutnya, pada proses pembukaan kulit kacang dimasyarakat saat ini masih menggunakan tangan (tradisional) hal ini tidak sebanding dengan permintaan pasar yang tinggi untuk produk kacang tersebut. Oleh karena itu penulis berusaha merancang suatu alat untuk membantu proses pelupasan kulit kacang yaitu alat Pengupas Kulit Kacang kapasitas 10 kg per proses yang diharapkan berguna bagi masyarakat khususnya home industri.

B. Tujuan 

Mempermudah produsen untuk mengupas kulit kacang



Mempercepat proses produksi



Mendapatkan produk sesuai spesifikasi dengan kapasistas 10 kg per proses.

C. Manfaat Produk 

Bisa membantu masyarakat dalam pengupas kulit kacang



Mendapatkan produk yang terbaik sesuai dengan budget dan sesuai spesifikasi

D. Prinsip Kerja Alat Prinsip kerja alat yaitu menggunakan menggunakan dua

buah rol yang

berputar untuk menghancurkan kulit kacang dengan menggunakan motor yang bersumber dari energy listrik.

II.

VARIAN DAN PEMILIHAN

A. Penentuan requirement list Pada tahapan ini menjelaskan dan mendefinisikan tugas dengan cara menjabarkan tugas tersebut kedalam daftar persyaratan, berisikan suatu batasanbatasn yang harus dipenuhi (Demands) dan batasan – batasan yang diharapakn dipenuhi (Wishes) batasan demands dan wishes, dapat bersifat internal yaitu batasan dari perancang itu sendiri ataupun eksternal yang merupakan batasan dari pihak konsumen pemakai hasil perancangan. Tabel. Daftar Spesifikasi Mesin Requirement Fungsional

Penjelasan Mampu mengupas kulit

D = demans / W = Wishes D

kacang dengan kapasitas 10 kg per proses Desain rangka mampu Rangka

D

menopang beban Pengoperasian mudah .

D

hanya memerlukan satu orang operator Tingkat kebisingan rendah W Mesin dapat dipindahkan

W

Biaya operasi rendah

W

Material substitusi

W

Operasi

tersedia dipasaran Pembuatan Biaya pembuatan Murah

W

Mesin tidak Keamanan

D

membahayakan operator Perawatan mudah

W

Penggunaan Listrik

D

Perawatan

Konsumsi Daya

Dibawah 500 watt

D : Persyaratan Yang harus dipenuhi (Demands) W: Persyaratan yang diharapkan dapat dipenuhi (Wishes)

B. House Of Quality

Rumah kualitas atau biasa disebut juga House of Quality (HoQ) merupakan tahap pertama dalam penerapan metodologi Quality Function Development (QFD). Secara garis besar matrik ini adalah upaya untuk mengkonversi Voice of Costumer (VoC) secara langsung terhadap persyaratan teknik atau spesifikasi teknis dari produk atau jasa yang dihasilkan.

a. Tembok rumah sebelah kiri (Bagian A), berisiskan data atau informasi yang diperoleh dari penelitian pasar atas kebutuhan dan keinginan konsumen. “Suara Konsumen” ini merupakan input dalam HoQ. Metoda identifikasi kebutuhan konsumen yang biasa digunakan dalam suatu penelitian adalah wawancara, baik seccara grup ataupun perseorangan. Melalui wawancara, perancang dapat dengan bebas mengetahui lebih jauh kebutuhan konsumen. Wawancara perseorangan dapat dianggap mencukupi, dalam arti cukup menggambarkan kebutuhan konsumen sampai sekitar 90% adalah sebanyak 30 wawancara. b. Tembok rumah sebelah kanan (Bagian B), adalah matrik perencanaan. Matrik ini merupakan komponen yang digunakan untuk menterjemahkan 28 persyaratan pelanggan menjadi rencana-rencana untuk memenuhi persyaratan yang ditentukan pelanggan. Untuk memenuhi persyaratan pelanggan, perusahaaan mengusahakan spesifikasi kinerja tertentu dan mensyaratkan pemasoknya untuk melakukan hal yang sama. Langkah ini terdapat pada bagian langit-langit rumah (Bagian C). c. Pada bagian tengan rumah (Bagian D), adalah tempat persyaratan pelanggan dikonverikan ke dalam aspek-aspek pemanufakturan. Pada bagian ini (Bagian E), langkah yang dilakukan adalah mengidentifikasi pertukaran yang menghubungkan dengan persyaratan manufaktur. Pertanyaan yang akan dijawab dalam Bagian E adalah apa yang terbaik yang dapat dilakukan organisasi dengan mempertimbangkan persyaratan pelanggan dan kemampuan pemanufakturan organisasi. Pada bagian bawah rumah (Bagian F) merupakan daftar prioritas persyaratan proses manufaktur.

Berdasarkan atas list of requirement maka dibuatlah skala prioritas dan House of Quality untuk perancangan mesin pengupas kulit kacang.

requirement list Tingkat kebisingan rendah mesin dapat dipindahkan biaya operasi rendah perawatan mudah biaya pembuatan murah

Korelasi 0 1

0

0

0 0 1

1 1

0

1 1 0

1 1

0

1 0

1 0

sum 0 2 4 3 1

% 0 20 40 30 10

rank 5 3 1 2 4

 House Of Quality

x x

Fungsional Rangka

pembuata n keamanan perawatan

Mesin Pengupas kulit kacang kuat menopang beban tidak bising dapat dipindahkan biaya rendah

10 10 1 5 5

material tersedia biaya Murah tidak membahayakan Mudah

5 1 5 5

Skor Persentase Rangking

Kepentingan 10 : Sempurnah 5 : OK 1 : Lemah

<30

9 3 3 1 9

Sistem Kendali

Daya 9 9 1 3 9

rpm

Kecepatan putaran

watt 10 <500

Kapasitas

Mesin Pengupas Kulit Kacang

kg

Pembobotan Kepentingan

Satuan Sasaran

9 1 1 1 3

9 1 1 1 3

Jumlah Komponen

x

9 9 1 3 3

3 1 3 3 3 9 9 3 3 9 1 1 9 9 1 3 1 3 3 3 47 37 35 33 41 24,3 19,1 18,1 17, 21,2 5 7 3 1 4 1 3 4 5 2

Relasi 9 : Sangat Kuat 3 : Sedang 1 :Lemah

C. Struktur Fungsi Struktur fungsi mesin pengupas kulit kacang dapat dituliskan sebagai berikut : 1. Dapat dioperasikan dengan mudah oleh operator 2. Sumber energy berasal dari listrik PLN mudah didapatkan 3.

Dapat beroperasi sesuai keinginan pengguna

Output

Input Proses Rolling memecah kulit kacang

Kacang utuh

Kacang Ngelupas

 Motor Penggerak diteruskan ( ditransmisikan) Ke Poros melakukan rolling untuk melakukan pemecahan kulit kacang

D. Varian dan Konsep Varian Varian dan pemilihan varian pada perancangan mesin pengupas kulit kacang ini adalah sebagai berikut: No

Fungsi

A

B

1

Pemindah Daya

belt

cain

2

Tipe pemindah daya

silang

terbuka

3

Mekanisme

Roda gigi

Pully

Adapun beberapa varian didapatkan sebagai berikut : Varian 1

: A1 – B2 – B3

Varian 2

: B1 – B2- A3

Varian 3

: A1 – A2- B3

Varian 4

: B2 – A2 – A3

Varian 5

: A1 –A2 – A3

Varian 6

: B1 - B2- B3

E. Pemilihan Varian Agar pemilihan kombinasi prinsip solusi dari perancangan dapat diwujudkan dengan baik, maka dipertimbangkan dari segi teknik dan ekonomisnya serta memenuhi persyaratan-persyaratan dan harapan yang diinginkan. UNTIRTA SELEKSI PRINSIP SOLUSI HALAMAN KRITERIA SELEKSI KEPUTUSAN (+) : BAIK (+) : SOLUSI LANJUT (-) : TIDAK (-) : SOLUSI DITOLAK (?) : KUMPULKAN INFORMASI (?) : KUMPULKAN INFORMASI (!) : TINJAU KEMBALI (!) : TINJAU SPESIFIKASI KOMPATIBEL UNTUK FUNGSI KESELURUHAN MEMENUHI KEBUTUHAN DAN SPESIFIKASI SECARA PRINSIP DAPAT DIWUJUDKAN MENJAMIN KESELAMATAN DAN KEAMANAN LEBIH DISUKAI PERANCANG A B INFORMASI MEMADAI C D E F G KETERANGAN KONTRUKSI SESUAI KEBUTUHAN KONTRUKSI SESUAI KEBUTUHAN

V1

+

+

+

+

+

+

V2

+

+

+

+

-

+

V3

+

+

-

+

-

+

KONTRUKSI TIDAK SESUAI

V4

-

+

-

-

-

+

KONTRUKSI TIDAK SESUAI

V5

-

-

+

+

-

+

V6

-

-

+

+

_

+

KONTRUKSI TIDAK SESUAI KONTRUKSI TIDAK SESUAI

III ANALISA KUANTITATIF

3.1 Perancangan Mesin Pengupas Kulit Kacang

Motor Listrik

Belt

Rangka Penopang

Motor Listrik Bantalan Pasak & Pulley

3.2 Perancangan Poros

Bentuk dan dimensi poros

Poros Pemecah kulit kacang

a. Reaksi Tumpuan Poros Poros dirancang agar mampu menopang masa kacang ditambah beban mati dari frame pemecah. Adapun diagram benda bebasnya adalah sebagai berikut:

W

130 N/m

800 mm

100m m

R1

R2

∑M1 =0 (130 N/m . 0,8) (0,5) – R2 (1 m) = 0 52 N.m – 1 R2 = 0 -1 R2 = -52 N.m R2 = 52 N ∑FY = 0 -(130 N/m . 0,8 ) + 52 N + R1 = 0 R1 = 52 N

b. Mencari gaya geser dan momen lentur pada poros W

130 N/m

B

A

C 800 mm

52 N

D 100m m 52 N

Potongan AB X

Vx Mx

52 N

Vx = 52 N Mx = 52 (x) M (0,1) = 52 (0,1) = 5,2 Nm

Potongan BC x

100mm

Vx

52 N Vx

= 52 – 130 (x)

V (0 ) = 52 N V (0,8) = - 52 N Mx = 52 (0,1 + x ) – 130/2 . x2 M(0) = 5,2 Nm M(0,4) = 2,08 – 10,4 = - 8,32 Nm

Potongan CD Vx

x

Mx 52 N Vx = 52 N Mx = 52 x

Mx

M(0) = 0 M(0,1) = 5,2 Nm

Maka Teganga lentur maksimum dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut: 𝑴. 𝑪

𝛔=

𝑰

Diketahui diameter poros sebasar 0,04 m , maka C = r = 0,02 m Mecari nilai I ,

I= =

𝛔=

𝝅 𝟔𝟒

𝒓𝟒

3,14 64

0,024 = 7,9 X 10-9 m4

8,32 . 0,02 7,9 𝑥 10−9

= 2,1 x 10-11 N/m2

c. Beban Puntir yang dialami poros Torsi menerima beban dari tarikan belt sehingga poros harus didesain kuat sehingga material yang didesain adalah alloy stell. Diameter poros yaitu 5 cm Adapun spesifikasinya adalah sebagai berikut : NO

Property

Nilai

1

Yield strength

620421997 N/m2

2

Shear Strength

72382617 N/m2

3

Elastic Modulus

2,1 x 1011

Dari data: 𝛕 = 72382617 N/m2 

Diamter poros = 0,04m

Poros mengalami beban puntir, Sehingga Torsi pada poros dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

𝛕= 72382617 = 72382617 =

𝟐𝐓 𝜋𝑟 3

2T 𝜋𝑟 3 2T 3,14 0,023

T = 9,09 x 102 Nm Sehingga momen punter pada poros adalah T = 9,09 x 102 Nm Diketahui Momen lentur : 8,32 N.m Maka Torsi Eqivalen = √𝑇 2 + 𝑀2 = √(9,09 𝑥 10 2 )

2𝑥

(8,32 )

2

= 29,9 N.m d. Perhitungan Torsi Yang dibutuhkan dan Daya Mesin menerima beban sebesar 10 kg dari kapasitas kacang. F

120mm

Gaya untuk memecahakan kulit kacang diasumsikan 1 kg , sehingaa torsi yang butuhkan dapat ditentukan sebagai berikut: T = ( 100 x 0,120) + (10 x 0,12 ) = 14,4 Nm

Daya yang di rencanakan untuk menggerakan poros dengan kecepatan 150 rpm P=

=

2𝑇 𝜋 𝑛 60 2 (14.4) (3,14) (150)

60

P = 226,08 watt Daya rencana : Pd = fc x P = 1,2 x 226,08 Watt = 271,3 Watt e.

Perancangan Pulley dan belt n dierencanakan pada poros pemecah kulit kacang yaitu sebeasar 150 rpm, dan n motor sebesar 1000 rpm. Koefisien gesek diasumsikan 0,3 dan slip 1,2 %

Rasio kecepatan 𝑁2 𝑁1

=

𝐷1 𝐷2

150 𝑟𝑝𝑚 1000 𝑟𝑝𝑚

D2 = 0,3 m

1m

=

0,05 𝐷2

Kecepatan Belt V= V=

𝜋d1 N1 60

(1 -

𝑠1 100

)

3,14 𝑥 0,05 𝑥 1000 60

(1 -

1,2 100

)

V = 2,167 ( 0,988) V = 2,14 m/s Torsi pada poros (Pulley besar) T= T=

𝑃 𝑥 60 2 𝜋𝑁2 271,3𝑥

60

2 (3,14) 150

=

16278 942

= 17,3 Nm (sesuai dengan kebutuhan torsi) Mencari tarikan pada sisi tight (T1) dan slack (T2) Torsi pada poros driven pulley Torsi = ( T1-T2 ) r 17,3 Nm = ( T1 – T2) 0,15 T1 – T2 = 115,3 N ……………………………………………………(1) Mencari Sudut kontak dari belt pada pulley terkecil Sin α =

𝑟2−𝑟1 𝑥

=

0,15− 0,025 1

= 0,125

α = 7,1 0 Ѳ = 1800 – 2α = 180 – 2(7,10) = 165,8 𝜋

= 165,8 x 180 = 2,89 rad Tarikan T1 dan T2 : 𝑇1

2,3 log (𝑇2 ) = µ . Ѳ = 0,3 x 2,89 = 0,867 𝑇1

log (𝑇2 ) = (

0,867 2,3

) = 0,377

𝑇1 𝑇2

= 2,38 ……………………………………………………….... (2)

T1 = 198,8 N dan T2 = 83,5 N

Jika diasumsikan tegangan untuk belt 2,5 x 106 N/m2 dan tebal belt 9 mm dan lebar belt , m . dan karena kecepatan belt kurang dari 10 m/s maka tarikan sentrifugal diabaikan. Density belt( kulit) = 1000 kg/m3 Maka lebar belt, T= σxbxt

198,8 = 2,5 x 106 N/m2 x b x 0,009 b = 9 mm Panjang belt L = 𝜋 (r2 + r1) + 2x +

(𝑟2−𝑟1)2 𝑥

L = 3,14 (0,3 + 0,05) +2(1) +

(0,3−0,05)2 1

L = 1,099 + 2 + 0,0625 L = 3,16 m

f. Perancangan pasak Pada pasak ini menghubungkan poros dengan pulley segingga harus didesain kuat terhadap beban-beban yang bekerja. Diketahui : Diamter poros 40 mm Tegangan Izin geser (bahan pasak) = 4200 N/cm2 Tegangan Crushing 7000 N/cm2

Berdasarkan tabel pasak dengan d 40mm maka b= 14mm dan t = 9mm , jika diasumsikan bahan pasak sama dengan bahan poros. Maka:

Panjang pasak akibat geseran 𝟑,𝟏𝟒 𝐱 𝟒 𝐜𝐦

L=

𝟖 𝐱 𝟏,𝟒 𝐜𝐦

= 1,12 cm

Panjang pasak akibat crushing Stress L=

3,14 x 4200 (4)2

4 x 0,8 cm x 7000

= 9,42 cm

Maka panjang pasak adalah sebesar 9,42 cm g. Perhitungan Bantalan Untuk perhitungan dipilih reaksi pada bantalan terbesar beradasarkan perhitungan diatas yaitu 52 N dengan diameter poros 40 mm , maka dipilih bantalan pillow block YAT 205- 100, dengan data : C = Basic Dynamic Load Rating = 14 kN P = Equivalent Radial Load = Rb = 0,052 kN Umur bantalan dapat diketahui dengan perhitungan : L=

L=

1000000

60 x n 1000000

60 x 150

c

( p )3 14

(0,052)3 = 111,1 x 19.515.248

L = 2.168.144.060 jam

h. Perancangan Rangka Rangka didesain harus kuat menahan beban dari kacang, dan komponenkomponen lainnya. Adapun beban-beban yang bekerja adalah sebagai berikut:

Massa poros pemecah

Massa kacang

Massa pulley Massa pulley

Gambar Letak pembebanan pada rangka 

Pemilihan Material Berdasarkan Nilai Kekuatan Dari Beban- Beban Yang Bekerja  Translasi  Fungsi Mampu menahan gaya statis yang disebab kan oleh gaya luar dengan spesifikasi berat yang telah ditentukan.  Objektif: Memiliki massa yang seminimal mungkin (ringan) tanpa menghilangkan kekuatan, keuletan dan kekakuan dari material tersebut.

 Batasan:

Adapun batasan (constrain) adalah sebagai berikut: Bisa menahan beban ≥ 100 N  Variabel bebas: Material yang akan digunakan Proses pembuatan dan perakitan Sreening Massa jenis < 1kg Kekuatan minimal = Zona pemilihan

Setelah membandingkan kedua proses tersebut maka dipilih material metal karena proses pengerjaannya mudah dan tidak memakan waktu lama, setelah itu proses selanjutnya yaitu survei ke lapangan untuk membandingkan beberapa material yang tersedia sesuai rancangan desain .  Metode Kuantitatif

Untuk menentukan material dilihat dari fungsi dan kegunaannya, untuk diaplikasikan menjadi sebuah produk. Metode yang ditawarkan adalah CUP (cost per unit property), metode tersebut melihat dari biaya sifat yang bekerja, dengan membandingkan dari setiap material yang terpilih dan dengan biaya yang relative murah, yaitu dengan dinyatakan baik untuk diaplikasikan. Dari beberapa material yang terpilih yang terpilih akan dipilih satu material yang paling baik, dilihat dari nilai FoM (Figure of Merit) dimana nilai yang tertinggi yang terpilih, maka dapat direkomendasikan. Dimana untuk mengetahui

nilai

FoM

dengan

menghitung

nilai

performa

lalu

membandingkannya dengan nilai dari hasil perkalian antara biaya relative dengan biaya sifat per-unit. Sebelum melakukan metode digital logic, cari biaya masing - masing harga material dan untuk mendapatkan harga calon material, mata uang yang digunakan mengacu pada dollar, karena nilai jual calon material tersebut menggunakan mata uang US dollar. Untuk mengetahui kurs mata uang rupiah terhadap US dollar didapat dari tabel kurs yang dikeluarkan oleh Bank Indonesia dan dapat diakses pada web resmi Bank Indonesia.

Tabel Kurs Bank Indonesia Per Oktober (Sumber: Wisnu,2017)

Berdasarkan tabel kurs pada tabel didapat kurs mata uang US dollar terhadap rupiah per Oktober 2017 adalah Rp 13638 (1 US$ = Rp 13638).

Harga per kg Ductile iron : US$ 1,2 per /Kg x Rp 13638 = Rp 16.365,6 Berdasarkan Rangka yang dirancang meiliki massa berdasarkan perhitungan adalah sebagai berikut:

Density = 0.01 grams per cubic millimeter Mass = 1475513.42 grams Volume = 187963493.60 cubic millimeters

Maka Harga Material = Rp 16.365,6 / Kg x 1475,513 Kg = 24.147. 655,5 Juta

Adapun materialnya adalah ductile iron dengan spesifikasi Yeld strength material : 5,51 x 108 N/m2

Gambar Material Ductile Iron