commit to user
BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR
3.1 Skema dan prinsip kerja alat
Gambar 3.1 Alat penghancur limbah pembalut dan popok. Prinsip kerja dari Alat penghancur limbah pembalut dan popok ini adalah
menggunakan tenaga motor bakar 5.5 Hp. Daya dari motor ini ditransmisikan dengan pulley dan sabuk. Putaran mesin direduksi dengan perbandingan pulley
1:2 dan dihubungkan oleh sabuk dengan diameter panjang 60 inchi. Material pembalut yang sudah dibersihkan dengan zat kimia dan sudah
dikeringkan dimasukkan melalui corong masukan yang kemudian diteruskan untuk dihancurkan melaui pisau pemotong yang mana pada poros antara sela sela
pisau potongnya terdapat sisir penahan yang berfungsi sebagai penahan pembalut agar dapat tersayat oleh pisau potong sehingga pembalut menjadi hancur.
Potongan pembalut yang sudah hancur turun kebawah keluar dari antara sela-sela sisir penahan untuk diteruskan ke corong keluaran.
16
commit to user
3.2 Diagram Alir Proses Perancangan konstruksi
Proses perancangan konstruksi alat penhancur limbah popok dan pembalut ini seperti terlihat pada diagram dibawah:
Gambar. 3.2 Flow Chart Perencanaan dan Perhitungan
commit to user
3.3 Perencanaan konstruksi
Gambar 3.3 sketsa rangka Direncanakan rangka untuk menyangga gaya-gaya yang bekerja dengan
spesifikasi sebagai berikut : Daya motor bakar
= 5,5 HP Putaran motor N
1
= 2600 rpm Putaran pencacah N2
= 1300 rpm Diameter puli penggerak D
1
= 4 inchi = 101,6 mm Diameter puli pencacah D
2
= 8 inchi = 203,2 mm Jarak antar sumbu poros c
= 540 mm Bahan puli
= alluminium Jenis sabuk
= v-belt
commit to user
Gambar 3.4 Analisa tegangan pada puli a. Perhitungan putaran pisau:
N
1
. D
1
= N
2
. D
2
2600 . 4 = N
2
. 8
N
2
= 1300 rpm b. Panjang sabuk L :
x
r r
x r
r L
2 2
1 2
1
2
540
6 ,
101 8
, 50
540 .
2 6
, 101
8 ,
50 14
, 3
2
= 478,54 + 1080 + 4,6 = 1563,1 mm = 61 inchi Jadi standar sabuk yang dipakai adalah sabuk jenis “ V “ tipe “A – 61 “
dengan panjang 1563 mm. c. Kecepatan linear sabuk :
60 .
. n
Dp V
=
60 2600
. 1
, .
14 ,
3
= 13,6 m s d. Sudut kontak :
Sin α =
1 2
r r
c
540 6
, 101
8 ,
50
= 0,094 = 5,4 °
commit to user
θ = 180 – 2. α .
180
= 180
– 2 . 5,4 .
3,14 180
= 2,95 rad e. Tarikan sisi kencang dan sisi kendor T
1
dan T
2
sabuk: 2,31 . log
1 2
T T
= μ . θ
2,31 . log
1 2
T T
= 0,3 . 2,95
log
1 2
T T
= 31
, 2
88 ,
T
1
= 2,4 . T
2
Maka, P
= T
1
– T
2
. V 3401 = 2,4 T
2
- T
2
. 13,6 1,4 T
2
= 250 T
2
= 178 N Maka, T
1
= 2,4 . T
2
= 2,4 . 178 = 427 N
3.3.1 Perhitungan Beban Pada Poros Pisau Penghancur.
Gambar 3.5 Analisa uraian gaya pada puli a. Perhitungan uraian gaya yang bekerja:
- Gaya berat dari pemotong : Massa 1 buah pisau = 0,15kg
10 buah pisau = 10 . 0,15kg = 1,5kg Massa 1 buah ring = 0,5kg
21 buah ring = 21 . 0,5kg = 10,5kg Massa total = massa total pisau + massa total ring
commit to user
= 1,5kg + 10,5kg = 12kg F
2
= massa total . gaya gravitasi = 12kg . 10ms
2
= 120 N
- Gaya vertikal: T
1V
= T
1
cos α = 427 cos 47°
= 427 . 0,68 = 290 N T
2V
= T
1
cos α = 178 cos 36°
= 178 . 0,8 = 142 N W
pulley
= m . g = 0,5 . 10 = 5 N T
total
= T
1V
– T
2V
+ W
pulley
= 290 – 142 + 5 = 153 N F
1
- Gaya horisontal: T
h1
= T
1
sin α – T
2
sin α = 427 sin 47°
– 178 sin 36° = 427 . 0,68
– 178 . 0,58 = 186 N F
1
T
h2
adalah besarnya gaya potong pada pisau = 340 N F
2
Uraian gaya vertikal:
Gambar 3.6 Uraian gaya vertikal Kesetimbangan gaya luar:
∑ M
B
= 0 − F1.70 + F2 165 – R
D
. 330 = 0 − 153 . 70 + 120 . 165 – RD . 330 = 0
commit to user
− 10710 + 19800 − RD . 330
= 0 9090
– R
D
. 330 = 0 R
D
=
330 9090
= 27,5 N ∑ M
D
= 0 − F2. 165 + R
B
. 330 – F1 . 400 = 0
− 120 . 165 + R
B
. 330 – 153 . 400 = 0
− 19800 + R
B
. 330 – 61200 = 0
− 81000 + R
B
. 330 = 0 R
B
=
330 81000
= 245,5 N
Gambar 3.7 Titik potongan pada gaya vertikal Kesetimbangan gaya dalam:
a. potongan x-x kiri:
Gambar 3.8 Reaksi gaya dalam potongan x-x kiri vertikal Nx = 0
Vx = -153 Mx = -153 . x
commit to user
Jarak Titik
Gaya Normal Gaya Geser
Momen x = 0
A Na = 0
Va = -153 N Ma = 0
x = 70 B
Nb = 0 Vb = -153 N
Mb = -10710 Nmm b. potongan y-y kiri:
Gambar 3.9 Reaksi gaya dalam potongan y-y kiri vertikal Nx = 0
Vx = 92,4 N Mx = -153 . 70+x + 145,4 . x
Jarak Titik Gaya Normal
Gaya Geser Momen
x = 0 B
Nb = 0 Vb = 92,5 N Mb = -10710 Nmm
x = 165 C
Nc = 0 Vc = 92,5 N
Mc = -11964 Nmm c. potongan z-z kanan:
Gambar 3.10 Reaksi gaya dalam potongan z-z kanan vertikal
commit to user
Nx = 0 Vx = -27,5N
Mx = 27,5 . x Jarak
Titik Gaya Normal Gaya Geser
Momen x = 0
D Nd = 0
Vd = -27,5 N Md = 0
x = 165 C
Nc = 0 Vc = -27,5 N
Mc = 4537,5Nmm
Diagram:
Gambar 3.11 Diagram NFD, SFD dan BMD gaya vertikal Uraian gaya horizontal:
Gambar 3.12 Uraian gaya horizontal
commit to user
Kesetimbangan gaya luar: ∑ M
B
= 0 − F1.70 + F2 165 – R
D
. 330 = 0 − 186 . 70 + 340 . 165 – RD . 330 = 0
− 13020 + 56100 − RD . 330
= 0 43080
– R
D
. 330 = 0 R
D
=
330 43080
= 130,5 N ∑ M
D
= 0 − F2. 165 + R
B
. 330 – F1 . 400 = 0
− 340 . 165 + R
B
. 330 – 186 . 400 = 0
− 56100 + R
B
. 330 – 74400 = 0
− 130500 + R
B
. 330 = 0 R
B
=
330 130500
= 395,5 N
Gambar 3.13 Titik potongan pada gaya horizontal Kesetimbangan gaya dalam:
a. potongan x-x kiri:
Gambar 3.14 Reaksi gaya dalam potongan x-x kiri horisontal
commit to user
Nx = 0 Vx = -186
Mx = -186 . x Jarak
Titik Gaya Normal Gaya Geser
Momen x = 0
A Na = 0
Va = -186 N Ma = 0
x = 70 B
Nb = 0 Vb = -186 N
Mb = -13020 Nmm b. potongan y-y kiri:
Gambar 3.15 Reaksi gaya dalam potongan y-y kiri horizontal Nx = 0
Vx = 208,5 Mx = 395,5 . x - 186 . 70 + x
Jarak Titik Gaya Normal
Gaya Geser Momen
x = 0 B
Nb = 0 Vb = 208,5 N
Mb = -13020 Nmm x = 165
C Nc = 0
Vc = 208,5 N Mc = 21547,5 Nmm
c. potongan z-z kanan:
Gambar 3.16 Reaksi gaya dalam potongan z-z kanan
commit to user
Nx = 0 Vx = -130,5
Mx = 130,5 . x Jarak
Titik Gaya Normal Gaya Geser
Momen x = 0
D Nd = 0
Vd = -130,5 N Md = 0
x = 165 C
Nc = 0 Vc = -130,5 N
Mc = 21547,5 Nmm Diagram:
Gambar 3.17 Diagram NFD, SFD dan BMD gaya horizontal Maka untuk menghitung gaya yang membebani pada rangka dimulai dari :
- Beban di titik E = 395,5 N di dapat dari R
B
- Beban di titik F = 130,5 N di dapat dari R
D
3.3.2 Perencanaan rangka bagian atas 1.
Analisa gaya pada batang AEB
commit to user
Gambar 3.18 gaya pada batang AEB Kesetimbangan gaya luar
A
= 0 F
E
. 200 – R
B
. 450 = 0 395,5 . 200 - R
B
. 450 = 0 79100 - R
B
. 450 = 0 R
B
= 175,77 N
Y
= 0 R
A
+ R
B
- F
E
= 0 R
A
+ 175,77 – 395,5 = 0
R
A
– 219,73 = 0 R
A
= 219,73 N
Kesetimbangan gaya dalam a.
Potongan x-x kiri
Gambar 3.19 Reaksi gaya dalam potongan x-x kiri
Nx = 0 Vx = 219,73 N
Mx = 219,73 . x
commit to user
Jarak Titik Gaya Normal
Gaya Geser Momen
x = 0 A
Na = 0 Va = 219,73 N
Ma = 0 x = 200
E Ne = 0
Ve = 219,73 N Me = 43946 Nmm
b. Potongan y-y kanan
Gambar 3.20 Reaksi gaya dalam potongan y-y kanan Nx = 0
Vx = - 175,77 N Mx = 175,77 . x
Jarak Titik Gaya Normal
Gaya Geser Momen
x = 0 B
Nb = 0 Vb = -175,77 N
Mb = 0 x = 250
E Ne = 0
Ve = -175,77 N Me = 43946 Nmm
c. Diagram gaya:
Gambar 3.21 Diagram gaya batang AEB
commit to user
2. Tegangan pada rangka
Rangka yang ingin dipakai berupa besi profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm
a. Momen inersia I
I = =
= = 22939,2 mm
4
b. Jarak titik berat
y = =
= y = 8,52 mm
c. Beban maksimum M
max
= 43946 Nmm d.
Tegangan tarik maksimum f
max
= 370 Nmm
2
e. Faktor keamanan S
f
= 4 f.
Tegangan tarik ijin f
ci
= =
= 92,5 Nmm
2
g. Tegangan tarik pada rangka f
c
= =
= 16,32 Nmm
2
Jadi karena f
ci
f
c
maka pemilihan rangka dengan bahan profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk menahan beban.
3.3.3 Perencanaan Rangka Bagian Bawah Direncanakan rangka bagian bawah untuk menyangga gaya-gaya yang
bekerja dengan spesifikasi sebagai berikut: -
Berat motor penggerak : 16 kg -
Diameter puli motor : 4 inchi = 101,6 mm -
Daya motor : 5,5 Hp 4100 watt dengan Putaran mesin : 2600 rpm -
Jarak poros mesin ke poros pisau : 540 mm -
Koefisien gesek = 0,3 dan = 16
commit to user
- Sudut kontak puli =
5,4
= 2,95 rad -
Kecepatan linear sabuk v = 13,6 ms , , dan v di dapat dari perhitungan sabuk dan puli.
Gambar 3.22 konstruksi rangka a.
Perhitungan gaya yang bekerja pada motor. 1.
Torsi pada motor
T
p
=
=
= 15,066 N.m T
p
= 15066 N.mm
2. Tarikan sisi kencang dan sisi kendor T
1
dan T
2
Gambar 3.23 Analisa tegangan puli
commit to user
2.3 log
=
2.3 log
=
2.3 log
=
3,21 log
=
log
=
1,39
=
antilog 1,39
=
24,54 T
1
= 24,54 T
2
T
p
= T
1
– T
2
. v
15066
= 24,54 T
2
– T
2
. 13,6
15066
= 23,54 T
2
x 13,6
15066
= 320,144 T
2
T
2
= = 47,06 N
T
1
= 24,54 x T
2
= 24,54 x 47,06 = 1154,8 N
3. Gaya pada puli motor
Gambar 3.24 Analisa uraian gaya pada puli
Gaya vertikal: T
1V
= T
1
cos α = 1154,8 cos 47° = 1154,8 . 0,68 = 787,5 N
commit to user
T
2V
= T
1
sin α = 47,06 sin 36° = 47,06 . 0,58 = 27,29 N W
pulley
= m . g = 0,5 . 10 = 5 N F
total
= T
1V
– T
2V
+ W
pulley
= 787,5 – 27,29 + 5
= 765,21 N
Gaya horisontal: F
h
= T
1
sin α – T
2
cos α = 1154,8 sin 47° – 47,06 cos 36° = 1154,8 . 0,68
– 47,06 . 0,8 = 785,26
– 37,6 = 747,66 N 4.
Gaya pada motor F
motor
= =
= 75,3 N F
total
= F
motor
+ W
motor
= 75,3 + 160 = 235,3 N
Gaya yang terbesar dari gaya pada motor yaitu sebesar 765,21 N
b. Reaksi gaya pada rangka bagian bawah
Gambar 3.25 Dimensi rangka pada dudukan motor
commit to user
1. Analisa gaya batang GH
Gambar 3.26 gaya yang bekerja pada batang GH Kesetimbangan gaya luar
G
= 0 F
M
. 210 – R
H
. 450 = 0 762,21 . 210
– R
H
. 450 = 0 159854,1
– R
H
. 450 = 0 R
H
= 355,23 N
Y
= 0 R
G
+ R
H
- F
M
= 0 R
G
+ 355,23 – 762,21 = 0
R
G
– 406,98 = 0 R
G
= 406,98 N
Gambar 3.27 Titik potongan gaya batang GH
Kesetimbangan gaya dalam a.
Potongan x-x kiri
commit to user
Gambar 3.28 Reaksi gaya dalam potongan x-x kiri Nx = 0
Vx = 406,98 N Mx = 406,98. x
Jarak Titik GayaNormal
Gaya Geser Momen
x = 0 G
Ng = 0 Vg = 406,98 N
Mg = 0 x = 210
M Nm = 0
Vm = 406,98N Mm = 85465,8 Nmm
b. Potongan y-y kanan
Gambar 3.29 Reaksi gaya dalam potongan y-y kanan Nx = 0
Vx = - 355,23 N Mx = 355,23. x
Jarak Titik Gaya Normal
Gaya Geser Momen
x = 0 H
Nh = 0 Vh = -355,23 N
Mh = 0 x = 240
M Nm = 0
Vm = -355,23N Mm = 85255,2 Nmm
commit to user
c. Diagram gaya
Gambar 3.30 Diagram gaya batang GH
2. Analisa batang HLI GKJ
Gambar 3.31 Gaya pada batang HLI
F
L
= 406,98 kg karena batang GH = batang KL Kesetimbangan gaya luar
H
= 0 F
L
. 115 – R
I
. 350 = 0 406,98 . 115
– R
I
. 350 = 0 46802,7
– R
I
. 350 = 0 R
I
= 133,7 N
commit to user
Y
= 0 R
H
+ R
I
- F
L
= 0 R
H
+ 133,7 – 406,98 = 0
R
H
– 273,28 = 0 R
H
= 273,28 N
Gambar 3.32 Titik potongan gaya batang HLI
Kesetimbangan gaya dalam a.
Potongan x-x kiri
Gambar 3.33 Reaksi gaya dalam potongan x-x kiri Nx = 0
Vx = 273,28 N Mx = 273,28. x
Jarak Titik GayaNormal
Gaya Geser Momen
x = 0 H
Nh = 0 Vh = 273,28 N
Mh = 0 x = 115
L Nl = 0
Vl = 273,28 N Ml = 31427,2 Nmm
commit to user
b. Potongan y-y kanan
Gambar 3.34 Reaksi gaya dalam potongan y-y kanan Nx = 0
Vx = - 133,7 N Mx = 133,7. x
Jarak Titik Gaya Normal
Gaya Geser Momen
x = 0 I
Ni = 0 Vi = -133,7 N
Mi = 0 x = 235
L Nl = 0
Vl = -133,7 N Ml = 31419,5 Nmm
c. Diagram gaya
Gambar 3.35 Diagram gaya batang HLI
3. Tegangan pada rangka
Rangka yang ingin dipakai profil L st 37
commit to user
- Dimensi rangka = 40 x 40 x 4 mm
- Momen inersia I = 22939,2 mm
4
- Jarak titik berat y = 8,52 mm
- Beban maksimum M
max
= 85465,8 Nmm -
Tegangan tarik maksimum f
max
= 370 Nmm
2
- Faktor keamanan S
f
= 4 -
Tegangan tarik ijin f
ci
= =
= 92,5 Nmm
2
- Tegangan tarik pada rangka f
c
= =
= 31,74 Nmm
2
Jadi karena f
ci
f
c
maka pemilihan material rangka dengan bahan profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk
menahan beban.
3.4 Perencanaan pengelasan