PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN
BAB III PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN
3.1 Alur Perencanaan dan Perhitungan
Mulai
Gambar rencana
Menentukan kapasitas mesin
- Menentukan putaran rpm - Menghitung gaya dan daya - Menentukan dimensi tabung - Menentukan hammer - Menghitung poros - Menghitung rangka
Gambar Detail
Pembuatan Laporan
Selesai
Gambar 3.1 Flow chart perencanaan dan perhitungan
3.2 Desain Hammer er
Hammer er pada mesin ini berupa piringan yang di diatasnya diberi beberapa hamme mer sesuai kebutuhan kapasitasnya. Dipilih de desain ini karena disamping segi i hasilnya lebih efektif dan maksimal juga uga karena untuk perawatannya dan pa dan panggantiannya lebih mudah.
Bahan ham hammer dinamis dan statis ini terbuat dari besi besi ST 37. Adapun hammer terdiri d i dari 2 jenis, yaitu hammer dinamis (I dan L n L) dan hammer statis.
Hamm ammer dinamis I & L Hammer st r statis
Ga Gambar 3.2 Hammer dinamis dan hammer stati statis
3.3 Perhitungan Put utaran Rpm Total Hammer
3.3.1 Perhitungan m massa jenis bongkol jagung
Diketahui : Panjang serbuk buk bongkol jagung (P)
= 58,5mm = 0,0585m Diameter serbuk buk bongkol jagung (D)
= 1m = 0,011m
Dari percobaan pengukuran beberapa kali diperoleh data massa bongkol jagung dalam wadah yang sama seperti pada tabel 3.1 berikut : Tabel 3.1 Percobaan massa serbuk bongkol jagung
No.
Massa (gr)
Massa rata-rata (m) = (m1 + m2 + m3 + m4)/4 = (0,640 + 0,643 + 0,652 + 0,649)/4 = 2,584/4 = 0,646gr
Volume serbuk bongkol jagung (V) =14..D.P = 1 4 x3,14x0,011 x0,0585
= 0,0000055566225m 3 Massa jenis bongk ol jagung (ρ bongkol jagung ) =
= , = 116,25767kg/m 3
3.3.2 Perhitungan vol volume total bongkol jagung yang tergeru rus oleh hammer dinamis I dan L an L dan hammer statis
Hammer dinamis I
Hammer dinamis L
Gambar 3.3 Hammer dinamis I dan L
- Hammer dinamis, ada , ada dua :
1. Hammer dinamis is I
Ga Gambar 3.4 Detail ukuran hammer dinamis I
Diketahui :
Panjang hammer I (P)
45mm m
Diameter hammer I (D)
20mm m
1 1 =14..D 4..D 4..D
Luas lingkaran ham hammer I (L O hammer I )
2 = 0,000314m 2 0,000314m
V bongkol jagung terger gerus 1 hammer I
=L O hammer I .P = 0,000314x0,045
= 0,00001413m 3
V bongkol jagung terger gerus 8 hammer I = a.V bongkol jagung tergerus 1 hammer er I = 8x0,00001413
= 0,00011304m 3
2. Hammer dinamis is L
Gam ambar 3.5 Detail ukuran hammer dinamis L Diketahui :
0,0575m 0,0575 l
57,5mm
0,025m 0,025m t
25mm
9,8mm
0,098m 0,098m
V bongkol jagung tergeru erus 1 hammer L
= p.l.t = 0,0575x0,025x0,0098
= 0,0000140875m 3
V bongkol jagung tergeru erus 4 hammer L = b.V bongkol jagung tergerus 1 hamme mer L = 4x0,0000140875
= 0,00005635m 3
- Hammer statis
G Gambar 3.6 Detail ukuran hammer statis
Diketahui : p
V bongkol jagung tergerus 1 s 1 hammer statis
= p.l.t = 0,045x0,023x0,012 0,012
= 0,00001242m 3
V bongkol jagung tergerus 32 s 32 hammer statis = n.V bongkol jagung tergerus rus 1 hammer statis = 32x0,00001242
= 0,00039744m 3 - Perhitungan volume ume total bongkol jagung yang tergerus hamm ammer dinamis dan
hammer statis
V total =V V bongkol jagung tergerus 8 hammer I +V bongkol jagung terge rgerus 4 hammer L +V
bon ongkol jagung tergerus 24 hammer statis
= 0,00011304 + 0,00011304 + 0,00005635 + 0,0003974 = 0,000567m 3 0,000567m
3.3.3 Perhitungan m massa bongkol jagung
Massa jenis bongkol j 3 kol jagung (ρ
bongkol jagung )
= 116,25767 116,25767kg/m
Massa total bongkol jagung (m total bongkol jagung ) =ρ bongkol jagung .V total = 116,25767x0,000567 = 0,0658983351kg
3.3.4 Perhitungan putaran dan waktu untuk anggapan 1 putaran bongkol jagung langsung hancur
Tabel 3.2 Perbandingan putaran, massa dan waktu Putaran (put)
Massa (kg)
Waktu (s)
Pakai rumus perbandingan putaran, massa dan waktu : - Mencari nilai A (putaran yang diperlukan untuk menghancurkan 100kg bongkol
jagung) : = ,
A= ,
A = 1517,489021put - Mencari nilai B (waktu yang diperlukan untuk menghancurkan 1 kali putaran) :
= B=
x0,0658983351
B = 2,372340s - Jadi putaran per menitnya adalah rpm rpm = 1x60/2,372340 = 25,2914837rpm (ini rpm untuk anggapan 1 putaran bongkol jagung menjadi partikel-partikel berukuran 1mm, sehingga dibutuhkan perhitungan rpm untuk anggapan beberapa putaran bongkol jagung baru hancur menjadi partikel-partikel 1mm).
3.3.5 Perhitungan p putaran rpm dengan asumsi atau anggap ggapan beberapa putaran baru b u bisa hancur menjadi partikel-partikel kur urang dari sama dengan 1mm
Adapun pertim timbangan-pertimbangan untuk memenuhi perhi perhitungan rpm ini adalah sebagai berikut kut :
a) Ada 24 baris bong bongkol jagung yang masuk kedalam hammer er dalam waktu 1 menitnya sehingga gga dibutuhkan 13 kali rpm anggapan 1 putara aran hancur untuk menghancurkannya nnya hingga partikel 1mm. Adapun penjelasann sannya adalah sebagai berikut : Saluran masuk ba suk bahan atau hooper yang direncanakan ad adalah berbentuk lingkaran dengan di n diameter 100mm.
Gamba bar 3.7 Ukuran sket saluran masuk dan bongkol gkol
Dari gambar diat diatas diperoleh keterangan bahwa ukuran n saluran masuk berdiameter 100mm 100mm dan ukuran bongkol jagung berdiameter 20m r 20mm, setelah di sket diperoleh 9 9 bongkol jagung sekali masuk kedalam ham hammer, dengan asumsi dimensi se setiap bongkol jagung panjang (p) =150mm 150mm dan diameter terbesar (d) = 25m 25mm. Setiap 1 menit bongkol jagung yang harus arus hancur hingga menjadi partikel 1m l 1mm adalah 1,667kg dengan jumlah bongkol kol jagung rata-rata 209 bongkol jagun gung maka setiap 1,667kg jumlah baris bongkol bongkol jagung yang masuk ke dalam ham hammer adalah 209 bongkol jagung dibagi de dengan 9 bongkol jagung sehingga di diperoleh angka 23,22222 kali dan dibulatkan m n menjadi 24 kali.
b) Setiap baris dibut dibutuhkan 7 kali rpm anggapan 1 putaran ran hancur untuk menghancurkan tia n tiap baris bongkol jagung yang masuk kedalam am hammer. Adapun penjelasann sannya adalah sebagai berikut : Dari perhitungan r n rpm yang di nomor 4 diatas adalah anggap apan untuk sekali putaran bongkol j kol jagung lagsung bisa hancur, namun di nom nomor 5 ini tidak demikian (dibutuhka uhkan beberapa putaran rpm bongkol jagung ba baru bisa hancur. Sehingga kami me melakukan percobaan 1 bongkol jagung mew ewakili 9 bongkol jagung untuk menge engetahui seberapa kali putaran untuk menghanc hancurkan bongkol jagung tersebut. Ada Adapun percobaan yang kami lakukan adalah ah bongkol jagung kami letakkan dila dilantai, lalu kami jatuhkan benda atau material rial besi berbentuk balok dengan ma massa 4,5kg dengan kecepatan awal nol nol (0) dan kami
menggunakan perc 2 percepatan gravitasi (g = 9,8m/s ) dengan ketingg tinggian (h) = 1m. Sehingga dari perc percobaan dihasilkan bongkol jagung terbelah m h menjadi 2 dengan
ukuran partikel 12,5m 12,5mm, lalu pecah menjadi 4 dengan partikel kel 17,88mm, lalu pecah menjadi 8 de 8 dengan ukuran partikel 9,57mm, begitu set seterusnya hingga ukuran partikel m menjadi 0,61mm, dengan 7 kali pukulan. pukulan. Adapun sket penampang diamet eternya sebagai berikut :
Gambar bar 3.8 Sket penampang diameter bongkol jagung gung
Dan dari percobaan aan diatas, secara bersamaan dari penampang m g memanjang juga mengalami patahan han partikel atau partikelnya juga terbelah me menjadi 3 bagian, lalu 6 bagian, lalu lalu 12 bagian dan begitulah seterusnya deng dengan kelipatan 2 hingga berukuran an kurang dari 1mm, sebanyak 7 kali pukula pukulan. Adapun sket penampang memanj anjangnya adalah sebagai berikut :
Gambar 3.9 bar 3.9 Sket penampang memanjang bongkol jagun agung
3.3.6 Perhitungan pu putaran rpm totalnya
Sehingga dari ri 2 poin percobaan dilapangan diatas diperoleh oleh rpm total yang dibutuhkan untuk m uk menghancurkan bongkol jagung 100kg g dalam 1 jam dipengaruhi oleh rpm pm anggapan 1 kali hancur, 1 baris bongkol jagun agung yang masuk ke hammer membutuhka butuhkan berapa kali rpm anggapan 1 kali hancur ncur dan dalam satu menitnya berapa baris ris bongkol jagung yang harus masuk ke dalam lam hammer untuk dihancurkan. Sehingg gga diperoleh rumus : rpm total = rpm angga nggapan 1 kali putaran hancur x 1 baris bongkol ngkol jagung yang
masuk ke suk ke hammer membutuhkan berapa kali rpm a anggapan 1 kali masuk ke suk ke hammer membutuhkan berapa kali rpm a anggapan 1 kali
= 25,2914837rpm x 7 x 24 = 4248,9692616rpm
rpm total ≈ 4300rpm (dibulatkan)
3.4 Perhitungan Transmisi Putaran
Diketahui : Putaran motor (n1)
1400rpm (motor diessel) Diameter pulley motor (d1) =
300mm (diameter pulley motor diessel) Putaran hammer (n2)
4300rpm
Sleep (s)
2% (sleep)
Sleep total (s total )
s pulley motor diessel + s pulley hammer
Diameter pulley hammer (d2) =
d1.n1.(1-(s total /100))/n2
300x1400x(1-(4%/100%))/4300
300x1400x(0,96)/4300
93,7674418604650mm
100mm (dibulatkan 100mm karena diameter pulley yang tersedia dipasaran diatas 90mm adalah ukuran 100mm)
3.5 Perhitungan Pulley dan V-Belt
3.5.1 Perhitungan pulley
Diketahui :
Diameter pulley yang digerakkan (d 2 )
= 100mm
Massa jenis besi cor (ρ ) 3 = 7800kg/m Tinggi kepala pulley (k)
= 13mm
Lebar setengah pulley (f)
= 12,5mm
Jarak tengah antar v-belt (e)
= 19mm
Lebar pulley (b) = 2.f + e = 2x12,5 + 19 = 25 + 19 = 4m = 0,044m
Diameter kepala pulley (de)
=d 2 + 2.k = 100 + 2x13 = 100 + 26 = 126mm = 0,126m
Volume pulley (V p ):
V = 0,000493521m
Massa pulley (m p )
= ρ .V P = 7800x0,000493521 = 3,84947kg = 3,85kg
Berat pulley (W P )
=m p .g = 3,85 x 9,8 = 37,725N
3.5.2 Perhitungan sabuk v-belt
Diketahui: Diameter pulley penggerak (dp)
= 300mm
Diameter pulley yang digerakkan (Dp)
= 100mm
Jarak sumbu poros (C)
= 500mm
Menghitung panjang sabuk antara pulley pada motor dengan pulley hammer dinamis (L) :
L = 2. C + 2(Dp + dp) + 4. C (Dp dp)
L = 2x504 +
2 (300 + 100) + 4x504 (300 100) L = 1656mm Jadi standar sabuk yang digunakan pada mesin hammer mill ini adalah jenis sabuk
V tipe B 63.
3.6 Perhitungan Poros
3.6.1 Perhitungan daya transmisi tanpa beban (P t )
- Menghitung berat hammer dinamis (W) : Diketahui : 3 Massa jenis hammer dinamis (ρ ) = 7800kg/m
Percepatan gravitasi (g)
= 9,8m/s
Putaran hammer (n) = 4300rpm Volume hammer dinamis I
=V bongkol jagung tergerus 8 hammer I = 0,00011304m 3
Volume hammer dinamis L =V bongkol jagung tergerus 4 hammer L = 0,00005635m 3
Diameter landasan hammer (d L ) = 370mm
= 0,37m
Tebal landasan hammer (t)
= 0,013m Volume landasan hammer dinamis 2 = 0,25.π .d
= 13mm
L .t = 0,25x3,14x0,37 2 x0,013
= 0,0013971m 3
Volume total hammer dinamis (V) = Volume hammer I + Volume hammer L + Volume landasan hammer = 0,00011304 + 0,00005635 + 0,0013971
= 0,00156649m 3
Massa hammer dinamis (m)
= ρ .V = 7800x0,00156649 = 12,218622kg
Berat hammer dinamis (W)
= m.g = 12,218622x9,8 = 119,7425N
- Menghitung inersia hammer dinamis total (I P ) dan torsi hammer dinamis total (T P ) Diketahui : Jari-jari landasan hammer dinamis (r)
= 185mm = 0,185m Jarak sumbu hammer I dalam ke pusat rotasi (r 1 )= 90mm = 0,09m Jarak sumbu hammer I luar ke pusat rotasi (r 2 ) = 140mm = 0,14m Volume hammer dinamis I dalam = Volume hammer dinamis I luar = 0,5.Volume hammer dinamis I = 0,5x0,00011304
= 0,00005625m 3
Inersia hammer dinamis I dalam (I 2
ID )=m hammer I dalam .r 1
= 2 ρ .Volume hammer dinamis I dalam.r
= 7800x0,00005625x0,09 2 = 0,00357kg.m 2
Inersia hammer dinamis I luar (I 2
IL )=m hammer I luar .r 2
= 2 ρ .Volume hammer dinamis I luar.r
= 7800x0,00005625x0,14 2 = 0,00864kg.m 2
Inersia hammer dinamis L (I 2
= 1/2.m landasan hammer dinamis .r = 1/2.ρ .V 2
landasan hammer dinamis .r = 0,5x7800x0,0013971x0,185 2
= 0,187kg.m 2 Inersia hammer dinamis total (I 1 ) =I ID +I IL +I L
= 0,00357+0,00864+0,187 = 0,19921kg.m 2
- Menghitung torsi hammer dinamis (T P ): Waktu 1 putaran hammer dinamis (t) = 60s x 1rpm/4300rpm
= 0,01395s
Kecepatan sudut ( ω)
= 2.π .n/60 = 2x3,14x4300/60 = 450,067rad/s
Diasumsikan waktu yang dibutuhkan motor listrik untuk dapat memutar poros hingga mencapai kecepatan putar 1400rpm adalah 7 detik. Sehingga percepatan sudutnya : Percepatan sudut (α )
= ω /t = 450,067/7
= 64,295rad/s 2
Torsi hammer dinamis (T 1 )
= I.α = 0,19921x64,295 = 12,808N.m
- Menghitung daya hammer dinamis (P 1 ):
P 1 =T 1 .ω = 12,808x450,067 = 5764,458watt
Dengan faktor koreksi (fc) = 1,2, sehingga daya yang dibutuhkan menjadi 6917,35watt atau 9,273HP.
- Menghitung inersia pulley hammer (I 2 ):
Dimana : Massa pulley hammer atau yang digerakkan (m pulley hammer )
= 3,85kg Jari-jari pulley hammer atau yang digerakkan (r)
= 63mm = 0,063m
Inersia pulley hammer (I 2
2 ) = 1/2.m pulley hammer .r
= 1/2x3,85x0,063 2 = 0,00764kg.m 2
- Menghitung kecepatan sudut (ω ) dan percepatan sudut pulley hammer atau yang digerakkan ( α): Kecepatan sudut ( ω ) dan percepatan sudut (α ) pulley hammer atau yang digerakkan sama dengan kecepatan sudut ( ω ) dan percepatan sudut hammer
dinamis, 2 yaitu ω = 450,067rad/s dan α = 64,295rad/s (dikarenakan hammer dinamis dan pulley hammer dinamis atau yang digerakkan berada di satu poros).
- Menghitung besar torsi pulley hammer atau yang digerakkan (T 2 ): T 2 =I 2 . α
= 0,00764x64,295 64,295 = 0,491N.m
- Menghitung daya pul pulley pada hammer dinamis (P 2 ):
P 2 =T 2 .ω = 0,491x450,067 0,491x450,067 = 220,98w 220,98watt (dengan fc = 1,2 maka P 2 = 265,176watt) att) = 0,356HP HP - Menghitung daya tra transmisi (P t ): P t
=P 1 +P 2 = 9,273+0,356 0,356 = 9,629HP
3.6.2 Perhitungan d daya dengan beban yaitu daya untuk m menghancurkan bongkol jagun agung hingga menjadi partikel kurang dari ari sama dengan 1mm (P h )
Gambar 3.10 3.10 Jarak sumbu poros dengan hammer dinamis is I dan L - Menghitung besar ga r gaya (F) hammer dinamis I dan L setiap kali m li memalu bongkol
jagung : Dimana :
Massa (m) yang dipakai setiap memalu bongkol jagung = 4,5kg Gaya gravitasi (g) 2 = 9,8m/s
Gaya yang dipakai setiap memalu bongkol jagung (F) = m.g = 4,5x9,8 = 44,1N
(besar percepatannya adalah gaya gravitasi karena pada saat percobaan memukulnya memakai percepatan gravitasi dan kecepatan awalnya 0m/s) Jadi hammer I lingkaran dalam, luar dan hammer L diasumsikan memalu dengan gaya yang sama yaitu sebesar F = 44,1N.
- Menghitung besar torsi total (T t ) hammer dinamis I dan L setiap kali memalu bongkol jagung : Diketahui : Jarak sumbu poros dengan hammer I dinamis lingkaran dalam (r1) = 90mm
= 0,09m Jarak sumbu poros dengan hammer I dinamis lingkaran luar (r2)
= 140m = 0,14m
Jarak sumbu poros dengan hammer L dinamis (r3) =185mm =0,185m
Torsi 4 hammer dinamis lingkaran dalam (T1)
= F.r1 = 44,1x0,09 = 3,969N.m
(diasumsikan 4 hammer dinamis I lingkaran dalam, luar dan L mempunyai gaya masing-masing 4,5kg sesuai percobaan sebelumnya) Torsi 4 hammer dinamis lingkaran luar (T2)
= F.r2 = 44,1x0,14 = 6,174N.m
Torsi 4 hammer dinamis L (T3)
= F.r3 = 44,1x0,185 = 8,1585N.m
(diasumsikan 4 hammer dinamis I lingkaran dalam, luar dan L mempunyai gaya masing-masing 4,5kg sesuai percobaan sebelumnya)
Torsi total hammer dinamis I dan L setiap kali memalu bongkol jagung (T t ): (T t )
= T1+T2+T3 = 3,969+6,174+8,1585 = 18,3015N.m
- Menghitung daya dengan beban yaitu daya untuk menghancurkan bongkol jagung hingga menjadi partikel kurang dari sama dengan 1mm (P h ): Dimana : Kecepatan sudut hammer dinamis (ω ) = 450,067rad/s
(P h ) =T t .ω = 18,3015x450,067 = 8236,90watt (dimana faktor koreksi fc = 1,2) = 9884,28watt = 13,2497HP ≈ 13,25HP
3.6.3 Perhitungan daya total tanpa beban dan dengan beban (P)
P =P t +P h = 9,629 + 13,25 = 22,879HP (17,018864kwatt) ≈ 23HP
3.6.4 Perhitungan tarikan masing-masing v-belt
Diketahui : Daya total (P)
= 17018,864watt
Diameter pulley penggerak (d p )
= 300mm
Putaran motor penggerak (n 1 )
= 1400rpm
- Sudut kontak :
sin = 200/504 sin = 0,39683
= sin 0,39683 = 23,380
= (180 2x23,380)x
= 2,324rad - Menghitung kecepatan linier sabuk :
.d.n V=
60 .1000 3,14 x 300 x 1400
V= 60x1000
V = 21,98m/s - Menghitung sisi kendor (T 2 ) dan sisi kencang (T 1 ) dengan µ sabuk dan pulley
0,3 : T
2,31 log T=.
T 2,31 log T = 0,3x2,324
T 0,942 log
2,31 T
= 2,5. T P
= (T 1 -T 2 ).V
= (2,5T 2 -T 2 )x21,98
=1,5xT 2 x21,98
= 32,97XT 2 T 2 = 516,19N T 1 = 2,5.T 2 = 2,5x516,19 = 1290,475N
- Menghitung tegangan tali total (T) : T
=T 1 +T 2
= 1290,475+516,19 1290,475+516,19 = 1806,665N 1806,665N
3.6.5 Perhitungan por poros
Gambar 3.11 Posisi ham si hammer dinamis, pulley, Ra (bearing A) dan R dan Rb (bearing B)
- Menghitung kesetim timbangan momen dan besar momen disetiap tit p titik : Kesetimbangan mom omen di titik A ( ∑Ma = 0) ∑Ma
= 0 -(T+Wpulley).0,0725 .0,0725 - Rb.0,120 + Whammer.(0,018625+0,120) 0,120)
= 0 -(1806,665+37,725).0,07 37,725).0,0725 - 0,120.Rb + 119,7425.0,138625
= 0 -(1844,39).0,0725 - - 0,120.Rb + 16,5993041
= 0 -133,718275 - 0,120.R 0,120.Rb + 16,5993041
= 0 -117,1189709
= 0,120.Rb Rb
= -975,99142N Kesetimbangan mom omen di titik B ( ∑Mb = 0) ∑Mb
=0 (-(T+Wpulley).(0,0725+ 0,0725+0,120)) + Ra.0,120 + Whammer.0,018625 .0,018625
=0 (-(1806,665+37,725) 37,725).(0,0725+0,120))+0,120.Ra+119,7425.0,01862 19,7425.0,01862 =0
(-(1844,39).(0,1925))+0,120.Ra+2,2302 =0 -(355,045075)+0,120.Ra+2,2302
=0 0,120.Ra
= 352,814875 Ra
= 2940,124N Besar momen di titik P (Mp) = 0 Besar momen di titik A (Ma) = -(T+Wpulley).0,0725
= -(1806,665+37,725).0,0725 = -(1844,39).0,0725 = -133,718275N.m
Besar momen di titik B (Mb) = -((T + Wpulley).(0,0725 + 0,120)) + Ra.0,120 = -((1806,665+37,725).(0,1925))+2940,124.0,120 = -((1844,39).(0,1925)) + 352,81488 = -355,045075 + 352,81488 = -2,230195N.m
Besar momen di titik Q (Mq) = 0 Jadi titik yang menerima beban paling besar dan berat adalah titik A.
SFD SF BMD MD
Gambar 3. bar 3.12 SFD dan BMD pada poros hammer dina dinamis
Dimana : Data Perancangan spe n spesifikasi poros hammer :
6 Kekuatan tarik (σ t) 2 t) : 66x10 kg/m (untuk bahan S n S55C) Faktor koreksi beban l ban lentur (Km) :1
(Sularso, 2002 2002) Faktor koreksi beban pun ban puntir (Kt) :1
(Sularso, 2002 2002)
Faktor keamanan (Sf n (Sf 1 )
(Sularso, 2002 02)
(Sularso, 2002 2002) Tegangan geser ijin in ( τ ) dapat dicari dengan rumus :
Faktor konsentrasi te si tegangan (Sf 2 ) :1
σ τ = = Sf × Sf = Sf × Sf Sf × Sf
66 x 10 τ =
61 τ = 11x10 kg m
- Menghitung torsi pada poros hammer dinamis (T) : T= .
= 37,814N. m - Menghitung momen puntir yang terjadi (Te) :
Te = Ma + T = 133,718275 + 37,814 = 17880,577068976 + 1429,89859 = 19310,475664976
= 138,9621N. m - Menghitung dimeter poros (d) :
= 0,040077m = 40,077mm ≈ 40mm
3.7 Perhitungan Bantalan
Data perancangan : (Sularso, 2002) Diameter poros
: 40mm
Nomor seri
: 08ZZ
Diameter dalam (d)
: 40mm
Diameter luar (D)
: 80mm
Lebar (B)
: 18mm
Kapasitas nominal dinamis spesifik (C)
: 2380kg
Kapasitas nominal statis spsifik (Co)
: 1650kg
Bantalan pada titik A : Diketahui :
Gaya yang diterima bantalan (W r =R A = Fr) = 2940,124N = 300,0127kg RA 300,0127
C= 1650 = 0,182 Sehingga dapat ditentukan nilai X , V dan Y :
X = 0,56
V = 1,2 (untuk beban putar pada cincin luar) Y
= 1,15 Beban equivalen yang terjadi : P = X . V. F + Y. F P = 0,56 x 1,2 x 300,0127 + 1,15 x 0 P = 201,609kg Umur bantalan ditentukan dengan rumus :
C L= Pr . 10 putaran
2380 L= 201,609 x 10 putaran
L = 1645,133 x 10 putaran L
60 x 4300 L = 6376,485jam Bantalan pada titik B :
Diketahui: Gaya yang diterima bantalan (W r =R B = Fr) = 975,99142N = 99,591kg
RB 99,591 C= 1650 = 0,06
Sehingga dapat ditentukan nilai X , V dan Y :
X = 0,56
V = 1,2 (untuk beban putar pada cincin luar) Y
= 1,55 Beban equivalen yang terjadi :
P = X . V. F + Y. F P = 0,56 x 1,2 x 99,591 + 1,55 x 0 P = 66,925kg
Umur bantalan ditentukan dengan rumus :
C L= Pr . 10 putaran
2380 L= 66,925 x 10 putaran
L = 44974,437 x 10 putaran L
60 x 4300 L = 29068,93jam
3.8 Perhitungan Pasak
Data perancangan pasak :
= 17018,864watt = 17,018864kw Putaran poros (n)
Daya yang ditransmisikan (P d )
= 4300rpm
Diameter poros (ds)
= 40mm
b x h (rencana)
= 12mm x 8mm
l (rencana)
= 41,5mm
Torsi yang terjadi pada pasak : P
T = 9,74 .10 n
17,018864 T = 9,74x10 4300
T = 3854,971kg. mm Gaya tangensial (Ft) :
= Ft = 192,749kg Bahan pasak adalah baja jenis S45C
Tegangan tarik ijin (): = (Sf .Sf )
6 x 1,3 = 7,4 kg mm
Tegangan geser yang timbul ( ):
b. l 192,749
12 x 41,5 = 0,387kg/mm Syarat
= 7,4 0,387 (memenuhi syarat)
3.9 Perhitungan Rangka pada Mesin
3.9.1 Perhitungan rangka poros (bagian atas)
Menghitung massa poros (m p ) dan berat poros (W p ) pada silinder : Diketahui:
Diameter poros pada silinder (D)
= 40mm
Panjang poros pada silinder ()
= 400mm
Bahan poros ST 60 ( = 7890 / ) Volume poros (V ) = . r .
V = 3,14 x 20 x 400
V = 502400mm
= 0,000502400m = 0,000502400m = 0,000502400m m m m
=V. =V. =V. m m m
= 0,000502400 7890 = 0,000502400 7890 = 0,000502400 7890 m m m
= 3,97kg = 3,97kg = 3,97kg W W W
=m.g =m.g =m.g = 3,97x9,8 = 3,97x9,8 = 3,97x9,8
= 38,906N = 38,906N = 38,906N
Menghitung massa ssa hooper (m h ):
Gambar 3.13 Hooper pada mesin
Diketahui : p
= 400mm = 400mm
= 2mm s
= 235,85mm Massa jenis hooper 3 (ρ ) = 7800kg/m
V = 4. p. l. t
V = 4 x 400 x 300 x 2
V = 960000 mm
V = 4. p. s. t
V = 4 x 400 x 235,85 x 2
V = 754720mm Sehingga didapat volume dinding hooper bagian 1 dan 2 :
V hooper =V 1 +V 2 = 960000 + 754720
= 1714720mm 3 = 0,001714720m 3
Massa hooper (m h ) = ρ .V hooper
= 7800 x 0,001714720 = 13,38kg
Menghitung massa ssa saluran hooper (m sh ):
Gambar 3.14 Saluran hooper
Diketahui : Diameter saluran hoope hooper
Panjang saluran hoope hooper
= 210 + ¼(2.π .r) = 210 + ¼(2 x 3,14 x 80) = 210 + 125,6 = 335,6mm
saluran hooper
= π .(r 2 -r 1 ).p
2 = 3,14 x (75 2 - 73 ) x 335,6 = 3,14 x 296 x 335,6
= 311920,064mm 3
= 0,000311920064m 3
Massa saluran hooper hooper (m sh ) = ρ .V
= 7800 x 0,000311920064 = 2,43kg
Menghitung massa ssa body hammer (m b ):
Gambar 3.15 Body hammer
Diketahui : Tebal plat (t)
= 10mm
Diameter body (D) = 530mm Panjang (P)
= 265mm
Lebar (l)
= 110mm
Jari-jari body (r)
= 265mm
Jari-jari bidang 1 (r1) = 1) = 75mm Jari-jari bidang 2 (r2) = 2) = 35mm Volume bidang 1 (V1 V1) :
2 V1 2 = ½.π .r ½.π .r .t + P.D.t - π .r1 .t
2 = ½ x 3,14 2 ½ x 3,14 x 265 x 10 + 265 x 530 x 10 - 3,14 x 75 75 x 10
= 1102532,5 + 1404500 – 176625 = 2330407,5mm 3
Volume bidang 2 (V2) :
2 V2 2 = ½.π .r .t + P.D.t - π .r2 .t
2 = ½ x 3,14 x 265 2 x 10 + 265 x 530 x 10 - 3,14 x 35 x 10 = 1102532,5 + 1404500 – 38465
= 2468567,5mm 3 Volume bidang 3 (V3) :
V3 = 2.P.l.t + π .r.l.t = 2 x 265 x 110 x 10 + 3,14 x 265 x 110 x 10 = 583000 + 915310
= 1498310mm 3 Volume total body (Vb) :
Vb = V1 + V2 + V3 = 2330407,5 + 2468567,5 + 1498310
= 6297285mm 3 = 0,006297285m 3
Massa body (m b )
= ρ .Vb = 7800 x 0,006297285 = 49,12kg
Menghitung massa ssa saluran keluar (m s ):
Gambar 3.16 Saluran keluar
Diketahui : Tebal plat (t)
= 2mm
Panjang bidang 1 (P1) P1)
= 530mm Lebar bidang 1 (L1) )
= Panjang bidang 2 (P2)
= 44,44mm Lebar bidang 2 (L2) )
= Panjang atap bidang 3 (P3)
= 200mm Tinggi bidang 3 (T3) 3)
= Panjang alas bidang 3 (p3)
= 77,78mm
Volume bidang 1 (V1 V1) :
V1 = P1.L1.t = 530 x 44,44 x2
= 47106,4mm 3
Volume bidang 2 (V2) :
V2 = P2.L2.t = 530 x 200 x 2
= 212000mm 3
Volume bidang 3 (V3) : V3 = 2.p3.T3.t = 2 x 200 x 77,78 x 2
= 62224mm 3 Volume total saluran keluar (Vs) :
Vs = V1 + V2 + V3 = 47106,4mm 3 + 212000 + 62224
= 321330,4mm 3 = 0,0003213304m 3
Massa saluran keluar (m s )
= ρ .Vs = 7800 x 0,0003213304 = 2,51kg
Menghitung massa hammer statis (m ps ): Diketahui :
bongkol jagung tergerus 32 hammer statis
= 0,00039744m
Massa hammer statis (m ps )
= ρ .V = 7800 x 0,00039744 = 3,1kg
Menghitung berat tabung penghancur dan komponennya (Wt) : Massa total tabung penghancur dan komponennya (m t ):
=m h +m sh +m b +m s +m ps
= 13,38 + 2,43 + 49,12 + 2,51+ 3,1 = 70,54kg
Wt =m t .g = 70,54 x 9,8 = 691,292N
- Menghitung teganga angan pada rangka atas :
Gambar 3.17 Pembebanan pada rangka bagia gian atas F=T+W F=T+W F=T+W
F = 1806,665 + 37,725 F = 1806,665 + 37,725 F = 1806,665 + 37,725
F = 1844,39N F = 1844,39N F = 1844,39N
F = Wt F = Wt F = Wt
F = 691,292N F = 691,292N F = 691,292N
F = Wp F = Wp F = Wp
F = 38,906N F = 38,906N F = 38,906N
F . 0,0725 + F F . 0,0725 + F F . 0,0725 + F . . . 33,06 R . (0,03306 + 0,08694) + F . (0,03306 + 0,0869 + 33,06 R . (0,03306 + 0,08694) + F . (0,03306 + 0,0869 + 33,06 R . (0,03306 + 0,08694) + F . (0,03306 + 0,0869 + 0,018625 0,018625 0,018625
=0 =0 =0 0,0725. F + 0,03306. F 0,0725. F + 0,03306. F 0,0725. F + 0,03306. F
0,12R + 0,138625. F 0,12R + 0,138625. F 0,12R + 0,138625. F
0,12R + 0,12R + 0,12R +
0,138625.691,292 0,138625.691,292 0,138625.691,292 =0 =0 =0 133,718275 + 1,28623236 133,718275 + 1,28623236 133,718275 + 1,28623236 0,12R + 95,8303535 0,12R + 95,8303535 0,12R + 95,8303535
=0 =0 =0 36,60168914 36,60168914 36,60168914 0,12R 0,12R 0,12R
= 0,12R = 0,12R = 0,12R
= 305,014N = 305,014N = 305,014N
M=0 M=0 M=0
F . (0,0725 + 0,03306 + 0,08694) + R . (0,03306 + 0,08694) F . (0,0725 + 0,03306 + 0,08694) + R . (0,03306 + 0,08694) F . (0,0725 + 0,03306 + 0,08694) + R . (0,03306 + 0,08694)
F . 0,08694 + F . 0,018625 F . 0,08694 + F . 0,018625 F . 0,08694 + F . 0,018625 =0 =0 =0
F . (0,1925) + R . (0,12) F . 0,08694 + F . 0,018625 F . (0,1925) + R . (0,12) F . 0,08694 + F . 0,018625 F . (0,1925) + R . (0,12) F . 0,08694 + F . 0,018625 =0 =0 =0
1844,39x(0,1925) + R . (0,12) 38,906x0,08694 + 691,292x0,018625 1844,39x(0,1925) + R . (0,12) 38,906x0,08694 + 691,292x0,018625 1844,39x(0,1925) + R . (0,12) 38,906x0,08694 + 691,292x0,018625
=0 =0 =0 355,045075 + R . (0,12) 3,38248764 + 12,8753135 355,045075 + R . (0,12) 3,38248764 + 12,8753135 355,045075 + R . (0,12) 3,38248764 + 12,8753135
=0 =0 =0 345,55224914 + R . (0,12) 345,55224914 + R . (0,12) 345,55224914 + R . (0,12)
=0 =0 =0 R R R
= 345,55224914/0,12 = 345,55224914/0,12 = 345,55224914/0,12 R R R
= 2879,6N = 2879,6N = 2879,6N
Menghitung mome omen di titik P, Q, A dan B : M=0 M=0 M=0 M=0 M=0 M=0 M = F x 0,0725 = 1844,39 x 0,0725 = 133,72N. m M = F x 0,0725 = 1844,39 x 0,0725 = 133,72N. m M = F x 0,0725 = 1844,39 x 0,0725 = 133,72N. m M = F . (0,0725 + 0,03306 + 0,08694) + R . (0,03306 + 0,08694) M = F . (0,0725 + 0,03306 + 0,08694) + R . (0,03306 + 0,08694) M = F . (0,0725 + 0,03306 + 0,08694) + R . (0,03306 + 0,08694)
F . 0,08694 F . 0,08694 F . 0,08694 M = 1844,39x(0,1925) + 2879,6x(0,12) 38,906x0,08694 M = 1844,39x(0,1925) + 2879,6x(0,12) 38,906x0,08694 M = 1844,39x(0,1925) + 2879,6x(0,12) 38,906x0,08694 M = 355,045075 + 345,552 3,38248764 M = 355,045075 + 345,552 3,38248764 M = 355,045075 + 345,552 3,38248764
M = 12,876N. m M = 12,876N. m M = 12,876N. m Menghitung mome omen inersia profil U rangka atas :
Gambar 3.18 Besi profil U pada rangka ata atas
A = Ac = 30 x 2 = 60mm
B = 46 x 2 = 92mm
2 = 49mm Y A = 30/2 = 15mm
Y B = 28+2/2 = 29mm Y C = 30/2 = 15mm
A.X+A . X+A . X X=
A +A + A 60x1 + 92x25 + 60x49
X=
X = 25mm A.Y+A . Y+A . Y
Y=
A +A + A 60x15 + 92x29 + 60x15
Y=
60 + 92 + 60 Y = 21,076mm Titik berat profil U terletak pada titik (X = 25mm) dan (Y = 21,076mm).
Momen inersia : Bangun A = Bangun C = b A =b C = 2mm dan h A =h C = 30mm
Bangun B = b B = 46mm dan h B = 2mm
dx A = y-y A = 21,076 – 15 = 6,076mm dx B = y-y B = 21,076 – 29 = -7,924mm dx C = y-y C = 21,076 – 15 = 6,076mm dy A = x-x A = 25 – 1 = 24mm dy B = x-x B = 25 – 25 = 0mm
dy C = x-x C = 25 – 49 = -24mm
I=
12 b h + A dx
12 b h + A dx
12 b h + A dx
I=
12 2x30 + 60x(6,076) +
12 46x2 + 92x( (7,924) ) +
12 2x30 + 60x(6,076)
I = (4500 + 2215,06656) + (30,67 + 5776,659392) + (4500 + 2215,06656)
I = 19237,462512mm
12 2 x 30 + 60x(24) +
12 46 x2 + 92x(0) +
12 2 x30 + 60x( (24) )
I = (20 + 34560) + (16222,67 + 0) + (20 + 34560)
I = 85382,67mm Menghitung tegangan :
M = 133,72 N.m = 133720N.mm
c = 1,5cm = 15mm I= 4 19237,462512mm
M.c =
I 133720 x 15
= 104,27N/mm Dengan faktor keamanan adalah 1,5 sehingga :
= x 1,5 = 104,27 x 1,5 = 156,405 N/mm
3.9.2 Perhitungan r an rangka motor penggerak (bagian bawah) )
Gamba mbar 3.19 Pembebanan pada rangka bagian baw n bawah
F 1 = Berat motor pe otor penggerak 23HP = 200kg x 9,8 =1960N
F A =R A + (mbeari bearing . g) = 2879,6 + (2x9,8) = 2899,2N 2899,2N
F B =R B + (mbeari bearing . g) = 305,014 + (2x9,8) = 324,614N 324,614N Menghitung mome omen di titik P, A dan B : M P
=0 M B =0 M A = -F1.(0,15+0,0725 5+0,0725) + T.0,0725 = -1960 x (0,1 0,15+0,0725) + 1806,665 x 0,0725 = -1960 x (0,22 0,2225) + 130,9832125 = -305,117N.m .m (berlawanan arah jarum jam)
Menghitung mome omen inersia profil U rangka bawah :
Gambar 3.20 Besi profil U pada rangka baw bawah
A = Ac = 40 x 2,5 = = 100mm
B = 60 x 2,5 = 150m 150mm 2,5 2,5 2,5
X= X= X=
2 = 1,25mm 2 = 1,25mm 2 = 1,25mm
X = 2,5 + X = 2,5 + X = 2,5 +
2 = 32,5mm 2 = 32,5mm 2 = 32,5mm 2,5 2,5 2,5
X = 2,5 + 60 + X = 2,5 + 60 + X = 2,5 + 60 +
2 = 63,75mm 2 = 63,75mm 2 = 63,75mm
Y A = 40/2 = 20mm Y B = 37,5+2,5/2 = 38,75 38,75mm Y C = 40/2 = 20mm
A.X+A A.X+A A.X+A . . . X+A X+A X+A . . . X X X
X= X= X=
A +A + A A +A + A A +A + A 100x1,25 + 150x32,5 + 100x63,75 100x1,25 + 150x32,5 + 100x63,75 100x1,25 + 150x32,5 + 100x63,75
X= X= X= 100 + 150 + 100 100 + 150 + 100 100 + 150 + 100
X = 32,5mm X = 32,5mm X = 32,5mm A.Y+A A.Y+A A.Y+A . . . Y+A Y+A Y+A . . . Y Y Y
Y= Y= Y=
A +A + A A +A + A A +A + A 100x20 + 150x38,75 + 100x20 100x20 + 150x38,75 + 100x20 100x20 + 150x38,75 + 100x20
Y= Y= Y= 100 + 150 + 100 100 + 150 + 100 100 + 150 + 100
Y = 28,036mm Y = 28,036mm Y = 28,036mm Titik berat profil U ter terletak pada titik (X = 32,5mm) dan (Y = 28,036m 28,036mm).
Momen inersia : Bangun A = Bangun C = b A =b C = 2,5mm dan h A =h C = 40mm
Bangun B = b B = 60mm dan h B = 2,5mm
dx A = y-y A = 28,036 – 20 = 8,036mm dx B = y-y B = 28,036 – 38,75 = -10,714mm dx C = y-y C = 28,036 – 20 = 8,036mm dy A = x-x A = 32,5 – 1,25 = 31,25mm dy B = x-x B = 32,5 – 32,5 = 0mm
dy C = x-x C = 32,5 – 63,75 = -31,25mm
12 2,5x40 + 100x(8,036) +
12 60x2,5 + 150x( (10,714) ) +
12 2,5x40 + 100x(8,036)
I = (13333,3 + 6457,7296) + (78,125 + 17218,4694) + (13333,3 + 6457,7296)
I = 56878,6536mm
12 2,5 x 40 + 100x(31,25) +
12 60 x2,5 + 150x(0) +
12 2,5 x40 + 100x( (31,25) )
I = (52,083 + 97656,25) + (45000 + 0) + (52,083 + 97656,25)
I = 240416,666mm Menghitung tegangan :
M = 305,117N.m = 305117N.mm
c = 1,5cm = 15mm I= 4 56878,6536mm
M.c =
I 305117 x 15
= 56878,6536
= 80,465N/mm Dengan faktor keamanan adalah 1,5 sehingga :
= x 1,5 = 80,465 x 1,5 = 120,6975 = 120,698N/mm