Perancangan Dan Pembuatan Alat Pembuat Es Krim Dengan Kapasitas 4 Kg Adonan

(1)

KARYA AKHIR

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

ALAT PEMBUAT ES KRIM DENGAN KAPASITAS

4 KG ADONAN

OLEH : WIRYA PRAYUDI

NIM : 035202011

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANIK INDUSTRI

PROGRAM DIPLOMA – IV

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN


(2)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Karya Akhir ini dengan judul “PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PEMBUAT ES KRIM DENGAN KAPASITAS TABUNG 4 KG BERAT ADONAN ES KRIM.”.

Penyusunan laporan Karya Akhir ini dilakukan guna untuk menyelesaikan Studi di Program Studi Teknologi Mekanik Industri Universitas Sumatera Utara, sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan.

Dalam kegiatan penulis untuk menyelesaikan Karya Akhir ini, penulis telah banyak mendapat bantuan berupa bimbingan, arahan dan saran dari berbagai pihak. Untuk itu maka dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, Msc, sebagai Dosen Pembimbing penulis

2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, Msc, selaku Ketua Program Studi Teknologi Mekanik Industri Program Diploma-IV, FT-USU.

3. Ayah dan Mama’ tercinta yang senantiasa memberikan dukungan semangat dan materi serta mendoakan penulis.

4. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Pegawai Departemen Teknik Mesin kak Is, kak Sonta, bang Syawal, bang Izhar Fauzi, bang Yono, bang Rustam dan bang Marlon.


(3)

6. Rekan mahasiswa Koko wiradinata,SST, Surya,SST, Hidayatullah,SST, Markus ginting, SST, Hendra Pardede, Amri, Arnis, bang wawan, bang daud, bang alwin, serta rekan-rekan stambuk ’03 yang namanya tidak dapat disebutkan satu-persatu yang sudah banyak membantu.

Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna adanya, karena masih banyak kekurangan baik dari segi ilmu maupun susunan bahasanya. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi menyempurnakan laporan ini.

Akhir kata bantuan dan budi baik yang telah penulis dapatkan, menghaturkan terima kasih dan hanya Tuhan Yang Maha Esa yang dapat memberikan limpahan berkat yang setimpal. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis sendiri tentunya.

Medan, Januari 2008 Penulis

NIM : 035202011 WIRIA PRAYUDI


(4)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2 Sejarah es krim ... 2

1.3 Struktur dan kandungan es krim ... 3

1.4.Tujuan dan manfaat ... 3

1.5.Sistematika Penulisan ... 4

1.6. Batasan Masalah ... 5

1.7 Metode perancangan ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Alat Pembuat Es Krim ... 7

2.2 Dasar-dasar Kekuatan Konstruksi ... 10

2.2.1 Perhitungan Baling-baling Pengaduk ... 10

2.2.1.1 Jenis/ Tipe Baling-baling ... 11

2.2.1.2 Analisa Gaya Pada Baling-baling Pengaduk ... 13

2.2.2 Daya motor penggerak ... 14

2.2.3 Sistem transmisi ... 15


(5)

2.2.3.2 Sistem transmisi Roda gigi cacing ... 19

2.2.3.3 Sistem transmisi Roda gigi kerucut ... 21

2.2.4 Poros ... 24

2.2.5 Baut ... 27

2.2.6 Bantalan ... 29

2.2.7 Defleksi pada rangka batang ... 32

BAB III PENETAPAN SPESIFIKASI DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Fluida yang diaduk ... 34

3.2 Penetapan kapasitas tabung es krim ... 34

3.3 Perencanaan Sistem Transmisi ... 34

3.4 Spesifikasi Perencanaan ... 35

3.5. Proses pembuatan alat ... 36

3.5.1 Tabung pendingin ... 36

3.5.2 Tabung adonan es krim ... 37

3.5.3 Rangka dudukan... 38

3.5.4 Pengaduk ... 40

3.5.5 Perangkaian komponen ... 41

BAB IV ANALISA PERHITUNGAN DAN KEKUATAN BAHAN BAGIAN-BAGIAN UTAMA 4.1 Daya Motor Penggerak. ... 42

4.2 Sistem Transmisi ... 43

4.2.1 Sistem Transmisi sabuk dan puli ... 44

4.2.2 Sistem Transmisi Roda gigi cacing... 46


(6)

4.3 Poros ... 51

4.3.1 Poros penghubung roda gigi kerucut dengan puli... 51

4.3.2 Analisa kekuatan poros pada motor penggerak ... 52

4.3.3 Analisa kekuatan poros pada puli 3 ... 52

4.4 Analisa Kekuatan Baut ... 53

4.5 Analisa umur bantalan ... 55

4.6 Analisa defleksi pada rangka batang ... 56

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 58

5.2 Saran ... 59

DAFTAR PUSTAKA ... 60


(7)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Jenis/Type baling-baling ... 13

Gambar 2.2 Ukuran penampang sabuk-V ... 16

Gambar 2.3 Panjang keliling sabuk ... 16

Gambar 2.4 Defleksi beban terpusat ... 32

Gambar 2.5 titik berat pelat profil ... 33

Gambar 3.1 Sistem Transmisi Alat pembuat es krim ... 35

Gambar 3.2 Tabung pendingin ... 37

Gambar 3.3 Tabung tempat adonan ... 38

Gambar 3.4 Rangka batang dan transmisi ... 39

Gambar 3.5 Pengaduk ... 40


(8)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Harga Koefesien Gesek Statis dan Kinetis ... 14

Tabel. 2.2 Panjang sabuk-V standart... 17

Tabel 2.3 proposi ulir cacing ... 19

Tabel 2.4 proposi roda cacing ... 20

Tabel 2.5 faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan ... 25

Tabel 2.6 Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir ... 28

Tabel 2.7 faktor-faktor X,V dan Y ... 29

Tabel 2.8 Beban nominal dinamik spesifik ... 31

Tabel 3.1 Sfesifikasi data tabung pendingin ... 36

Tabel 3.2 Sfesifikasi data tabung tempat adonan es krim ... 38

Tabel 3.3 Sfesifikasi data rangka dudukan dan transmisi ... 39

Tabel 3.4Sfesifikasi data pengaduk... 40


(9)

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Produk es krim merupakan salah satu kebutuhan yang digemari masyarakat pedesaan dan kalangan anak-anak hingga orang tua. Umumnya pengusaha kecil dalam kegiatan produk es krimnya masih tradisional, Seperti yang dilakukan oleh perusahaan es krim di Jl. Cengkeh Turi Pasar 10 Binjai. Caranya yaitu adonan es krim diputar-putar didalam boss menggunakan tangan selama 2–2,5 jam/boss. Kondisi semacam ini tidak menguntungkan karena terlalau lama, dan pekerja sebagai pemasar kehilangan waktu efektifnya untuk segera menjualkan esnya di lingkungan pedesaan.

Permasalahan pokok yang dihadapi dalam pembuatan es krim adalah bagaimana memproduksi es secara effisien dan efektif. Maka untuk mengatasi masalah tersebut perlu dibuat alat pembuat es krim secara mekanik dan semi otomatik.

Manajemen produksi ditangani langsung oleh pimpinan es krim yang memproduksi es krim adalah tenaga pemasar di bawah koordinasi pimpinan. Pemasaran es krim dilakukan oleh tenaga produksi/pemasar ke masyarakat pedesaan dan sekitarnya. Tenaga pekerja yang dimiliki berjumlah 10 orang sebagai tenaga produksi sekaligus pemasar, mereka berasal dari dari daerah yang berbeda seperti Langkat, Siantarbahkan ada yang dari daerah perbaungan dan lain sebagainya, Pendidikannya rata-rata SD, SMP dan umurnya 17 sampai 50 tahun.


(10)

Permodalan berasal dari modal sendiri maupun dari koperasi. Besarnya sekitar Rp. 3.000.000,- untuk peralatan produksi 10 buah boss. Sedangkan modal kerja yaitu bahan baku es krim Rp. 30.000,- × 10 buah boss, sebesar Rp. 300.000,-/hari.

Keberadaan usaha es krim sangat berarti terhadap lingkungannya, karena dapat melibatkan para masyarakat setempat maupun pencari kerja dari daerah sekitar. Menurut pimpinan usaha ini, untuk mengatasi masalah pengangguran, kapasitas masih dapat ditinggkatkan menjadi 20 orang produksi/pemasar, bila teknologi produksinya dapat disempurnakan lewat penerapan teknologi tepat guna.

1.2Sejarah Es Krim

Es krim dikenal sejak zaman Romawi, yaitu pada 400 tahun Sebelum Masehi. Produksi es krim secara komersial mulai dilakukan pada abad ke-18, menyusul ditemukannya mesin freezer pada tahun 1846. Pabrik es krim pertama dibangun di Baltimore, Amerika Serikat, pada tahun 1851.

Es krim dapat dikatakan sebagai jenis hidangan paling populer di dunia. Pada tahun 2003, produksi es krim dunia mencapai lebih dari satu miliar liter dan dikonsumsi oleh miliaran konsumen per tahun.

Menurut Standar Nasional Indonesia, es krim adalah sejenis makanan semi padat yang dibuat dengan cara pembekuan tepung es krim atau campuran susu, lemak hewani maupun nabati, gula, dan dengan atau tanpa bahan makanan lain yang diizinkan. Di pasaran, es krim digolongkan atas kategori economy, good average dan deluxe.


(11)

1.3 Struktur Dan Kandungan Es Krim

Es krim tidak lain berupa busa (gas yang terdispersi dalam cairan) yang diawetkan dengan pendinginan. Walaupun es krim tampak sebagai wujud yang padu, bila dilihat dengan mikroskop akan tampak ada empat komponen penyusun, yaitu padatan globula lemak susu, udara (yang ukurannya tidak lebih besar dari 0,1 mm), kristal-kristal kecil es, dan air yang melarutkan gula, garam, dan protein susu.

Berbagai standar produk makanan di dunia membolehkan penggelembungan campuran es krim dengan udara sampai volumenya menjadi dua kalinya (disebut dengan maksimum 100 persen overrun). Es krim dengan kandungan udara lebih banyak akan terasa lebih cair dan lebih hangat sehingga tidak enak dimakan. Bila kandungan lemak susu terlalu rendah, akan membuat es lebih besar dan teksturnya lebih kasar serta terasa lebih dingin. Emulsifier dan stabilisator dapat menutupi sifat-sifat buruk yang diakibatkan kurangnya lemak susu dan dapat memberi rasa lengket.

1.4Tujuan dan Manfaat

Adapun tujuan dari Perancangan alat pembuat es krim adalah :

1 Untuk mewujudkan alat pembuat es krim yang mempunyai sistem sederhana, murah, mudah dioperasi dan dipelihara, serta dapat meningkatkan penggunaan alat mesin tersebut.

2 Memotivasi pengusaha es krim untuk mengoptimalkan penggunaan alat tersebut.


(12)

Manfaat Perancangan alat pembuat es krim ini adalah :

1. Dapat menambah wawasan tentang proses pembuatan es krim dan mengaplikasikan ilmu yang didapat selama perkuliahan yang digunakan untuk merancang alat pembuat es krim

2. Untuk mendukung pengembangan teknologi tepat guna bagi para industri kecil dan menegah.

3. Bagi mahasiswa yang ingin dan tertarik dapat mengembangkan dari alat pembuat es krim ini.

4. Bagi industri kecil dan menegah yang membutuhkan alat ini.

1.5 Sistematika Penulisan

Adapun sistematis penulisan karya akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Pendahuluan. Pada bab ini akan dibahas mengenai pengusaha

pembuatn es krim secara tradisional. Tujuan dan Manfaat Perancangan, Sistematis Penulisan, Batasan Masalah dan Metode Perancangan.

II. Tinjauan Pustaka. Pada bab ini akan dibahas mengenai alat pembuat

es krim. Dasar-dasar perhitungan perancangan, perhitungan daya motor, sistem transmisi puli dan roda gigi, poros, bantalan, baut, kekuatan sambungan las

III. Penetapan Spesifikasi. Bab ini terdiri dari rancangan spesifikasi yang meliputi Material yang diaduk, Kapasitas tabung es, sistem transmisi dan cara

kerja alat.

IV. Analisa Perancangan dan kekuatan Bahana Bagian-bagian


(13)

transmisi berupa puli dan roda gigi, poros, baut,bantalan dan kekuatan sambungan las

V. Kesimpulan. Pada bab ini akan memaparkan kesimpulan dari

perancangan alat pembuat es krim.

Daftar Pustaka. Referensi yang mendukung karya akhir ini akan secara

lengkap disajikan untuk kemudahan dalam mencari data maupun bahan kajian berikutnya.

Lampiran. Segala data hasil survey, data pendukung rancangan serta

beberapa lampiran yang digunakan dalam penulisan Karya Akhir ini dilampirkan guna memudahkan dalam mencari maupun sebagai bahan kajian berikutnya.

1.6 Batasan masalah

Dalam penulisan karya akhir ini, pembahasan dibatasi hanya pada perancangan alat dan perhitungan kekuatan bahan dari alat pembuat es krim yang meliputi :

1. Daya motor

2. Sistem transmisi roda gigi dan puli 3. Perhitungan poros

4. Baut 5. Bantalan


(14)

1.7 Metode Perancangan

Metode yang dilakukan dalam perancangan yaitu penetapan sfesifikasi dan penetuan ukuran-ukuran utama serta dalam perencanaan ini, penulis menentukan dan memilih material/bahan berdasarkan syarat-syarat yang harus dipenuhi material tersebut. Perumusan syarat-syarat tersebut ditentukan berdasarkan konstruksi mesin dan fungsi elemennya agar konstruksi itu dapat bekerja dengan baik dan layak.


(15)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Alat Pembuat Es Krim

Nancy Johnson dari Philadelphia adalah orang yang pertama menciptakan alat pembuat es krim. Alat yang ia ciptakan adalah ember dari kayu yang di dalamnya ada wadah lebih kecil dari logam. Wadah logam ini dapat diputar dengan menggunakan pedal. Ruang di antara wadah kecil dan ember kayu diisi dengan campuran es dan garam. Alat-alat yang modern saat ini pun masih menggunakan prinsip yang sama

Pembuatan es krim sebenarnya sederhana saja, yakni mencampurkan bahan-bahan dan kemudian mendinginkannya. Air murni pada tekanan 1 atmosfer akan membeku pada suhu 0ºC. Namun, bila ke dalam air dilarutkan zat lain, titik beku air akan menurun. Jadi, untuk membekukan adonan es krim pun memerlukan suhu di bawah 0ºC. Misalkan adonan es krim dimasukkan dalam wadah logam, kemudian di ruang antara ember kayu dan wadah logam dimasukkan es.

Awalnya, suhu es itu akan kurang dari 0ºC (coba cek hal ini dengan mengukur suhu es yang keluar dari lemari pendingin). Namun, permukaan es yang berkontak langsung dengan udara akan segera naik suhunya mencapai 0ºC dan sebagiannya akan mencair. Suhu campuran es dan air tadi akan tetap 0ºC selama esnya belum semuanya mencair. Seperti disebut di atas, jelas campuran es krim tidak membeku pada suhu 0ºC akibat sifat koligatif penurunan titik beku.


(16)

Bila ditaburkan sedikit garam ke campuran es dan air tadi, kita mendapatkan hal yang berbeda. Air lelehan es dengan segera akan melarutkan garam yang kita taburkan. Dengan demikian, kristal es akan terapung di larutan garam. Karena larutan garam akan mempunyai titik beku yang lebih rendah dari 0ºC, es akan turun suhunya sampai titik beku air garam tercapai. Dengan kata lain, campuran es krim tadi dikelilingi oleh larutan garam yang temperaturnya lebih rendah dari 0ºC sehingga adonan es krim itu akan dapat membeku.

Tetapi, kalau campuran itu hanya dibiarkan saja mendingin tidak akan dihasilkan es krim, melainkan gumpalan padat dan rapat berisi kristal-kristal es yang tidak akan enak kalau dimakan. Bila diinginkan es krim yang enak di mulut, selama proses pembekuan tadi adonan harus diguncang-guncang. Pengocokan atau pengadukan campuran selama proses pembekuan merupakan kunci dalam pembuatan es krim yang baik.

Proses pengguncangan ini bertujuan ganda. Pertama, untuk mengecilkan ukuran kristal es yang terbentuk; semakin kecil ukuran kristal esnya, semakin lembut es krim yang terbentuk. Kedua, dengan proses ini akan terjadi pencampuran udara ke dalam adonan es krim. Gelembung-gelembung udara yang tercampur ke dalam adonan inilah yang menghasilkan busa yang seragam (homogen).

Metode sederhana pengadukan dan pendinginan secara serempak ini ternyata menimbulkan masalah lain. Krim pada dasarnya terdiri atas globula kecil lemak yang tersuspensi dalam air. Globula-globula ini tidak saling bergabung sebab masing-masing dikelilingi membran protein yang menarik air, dan airnya membuat masing-masing globula tetap menjauh. Pengadukan akan merusak


(17)

membran protein yang membuat globula lemak tadi kemudian dapat saling mendekat. Akibatnya, krim akan naik ke permukaan. Hal seperti ini diinginkan bila yang akan dibuat adalah mentega atau minyak, tetapi jelas tidak diinginkan bila yang akan dibuat es krim.

Penyelesaian sederhananya adalah dengan menambahkan emulsifier pada campuran. Molekul emulsifier akan menggantikan membran protein, satu ujung molekulnya akan melarut di air, sedangkan ujung satunya akan melarut di lemak. Lecitin, molekul yang terdapat dalam kuning telur, adalah contoh emulsifier sederhana. Oleh karena itu, salah satu bahan pembuat es krim adalah kuning telur. Selain itu, dapat digunakan mono- atau di-gliserida atau polisorbat yang dapat mendispersikan globula lemak dengan lebih efektif.

Bila es krim tidak disimpan dengan baik, sebagian es krim yang mencair akan membentuk kristal es yang lebih besar dan ketika kembali dimasukkan ke pendingin kristal esnya akan tumbuh membesar. Hal ini akan mengakibatkan teksturnya menjadi semakin kasar dan tidak enak di mulut. Selain itu, sebenarnya pengasaran tekstur ini bisa juga diakibatkan karena laktosa (gula susu) akan mengkristal dari larutan dan sukar melarut kembali.

Untuk mengatasi hal ini, bila selesai makan (sebelum menyimpan kembali), dapat ditaburkan sedikit gum atau serbuk selulosa di atas es krim. Serbuk-serbuk itu akan menyerap kuat air yang mencair sehingga pembentukan kristal es yang besar dapat dicegah.


(18)

2.2 Dasar-dasar Kekuatan Konstruksi.

Didalam pengoperasian alat pembuat es krim , terdapat bagian-bagian yang harus menahan beban seperti motor listrik, puli, posros penggerak dan pengaduk yang ditimbulkan oleh adonan es krim yang diaduk dengan tujuan mengecilkan ukuran kristal es yang terbentuk dan pencampuran udara ke dalam adonan es krim. Bagian-bagian ini harus diamati secara tepat agar dapat menerima beban tekanan cukup kuat.

Kekuatan bahan harus diperhitungkan sesuai dengan kondisi operasi yang akan berlangsung, untuk itu penilaian bahan yang akan digunakan harus benar-benar diteliti untuk memberikan informasi yang akurat serta perangkat peralatan pengaman yang menjamin bahwa alat pengepres tersebut bekerja pada kondisi yang telah diperhitungkan.

2.2.1 Perhitungan Baling-baling Pengaduk

Alasan yang mendasar dalam menentukan jenis baling-baling yang digunakan dalam proses pengadukan harus memenuhi faktor-faktor seperti berat jenis fluida, kecepatan jenis fluida, viskositas fluida, dan kecepatan putaran. karena jika berbeda berat jenis (γ ) kerapatan jenis fluida (ρ), viskositas fluida (µ), dan kecepatan putaran. Maka berbeda pula jenis-jenis baling-baling yang kita pergunakan.

Dimana baling-baling tersebut harus dapat menghasilkan turbulensi atau putaran air dalam tangki olahan yang baik untuk proses pencampuran dengan bantuan elekro motor daya yang ditransmisikan kebaling-baling adalah hasil pengurangan daya input elektro motor dikurangi dengan faktor kehilangan energi


(19)

dalam tangki olahan. Tegangan yang terjadi dalam baling-baling sama besarnya dengan tegangan yang terjadi pada as/ shatf pada spindel. Tetapi sumber tegangan dari baling-baling sebab baling-baling merupakan elemen beban terhadap elektro motor, spindel, as/shatf.

2.2.1.1 Jenis/ Tipe Baling-baling

Dalam menentukan jenis baling -baling yang digunakan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti berat jenis (γ ) kerapatan jenis fluida (ρ), viskositas fluida (µ) dan kecepatan putaran (rpm). beberapa jenis baling-baling yang biasa digunakan dalam proses pencampuran ialah :

a. Plat Blade (Baling-baling bilah datar)

Biasanya digunakan dengan kecepatan putaran berkisar antara 600-900 rpm, dan diletakkan tidak terlalu dekat dengan kedasar tangki olahan, yang terdapat pada gambar 2.1.a.

b. Disk Flak Blade (Baling – baling cakram dengan bilah datar)

digunakan untuk keperluan laboratorium karena pencampurannya merata dengan menggunakan kecepatan perputaran yang tinggi, begitu juga dengan kebutuhan daya perputarannya, seperti terdapat pada gambar 2.1.b

c. Pitchen Vane (Baling – baling Radial)

Merupakan jenis adatasasi dari baling-baling jenis cakram. jenis ini menggunakan jenis bilah yang vertikal. biasanya sangat ekonomis untuk kecepatan tinggi tanpa memerlukan daya yang besar. seperti terdapat pada gambar 2.1.c


(20)

d. Curved Blade (Baling – baling lengkung)

biasanya disebut dengan back swept, karena jika berputar baling-baling jenis ini akan menekan fluida ke dinding tangki olahan agar proses pencampuran merata. jenis biasa digunakan untuk mengurangi tegangan geser dari baling-baling. seperti terdapat pada gambar 2.1.d

e. Titled Blade (Baling-baling Bilah Datar Miring)

Baling-baling jenis ini sama dengan baling-baling bilah datar atau plat blade, tetapi jenis ini didesain agar terpasang miring terhadap tangki olahan. seperti terdapat pada gambar 2.1.e

f. Shrouded Blade ( Baling – baling Bilah Vertikal Horizontal)

Baling-baling jenis ini merupakan kombinasi antara bilah datar/ vertikal dengan bilah horizontal (seperti terdapat pada baling-baling jenis radial). biasanya diletakkan hampir dekat kepermukaan fluida untuk menghasilkan pusingan air yang berguan untuk pencampuran. seperti terdapat pada gambar 2.1.f

g. Pitched Blade ( Baling – baling Pilin)

Memiliki karakteristik radial dan aksial. biasanya diletakkan hampir kedasar tangki olahan dengan sudut standart pilinan 450. Jenis ini juga biasa dikenal dengan tipe fan. seperti terdapat pada gambar 2.1.g

h. Pitched Curved Blade (Baling-baling Pilin Lengkung)

Jenis ini merupakan kombinasi antara baling pilin dengan baling-baling lengkung. biasanya digunakan untuk aplikasi khusus, karena memerlukan biaya yang besar dan konstruksinya yang rumit. seperti terdapat pada gambar 2.1. h


(21)

i. Arrowhead Blade (Baling –baling Searca)

Pada baling-baling jenis ini arah putaran biasanya disesuaikan dengan kebutuhan pada waktu pencampuran. karen jenios ini biasanya diletakkan pada fluida yang mempunyai arah dan arus aliran seperti terdapat pada gambar 2.1.i

Gambar 2.1. Jenis/Type baling-baling

2.2.1.2 Analisa Gaya Pada Baling-baling Pengaduk

Di dalam alat pembuat es krim, bejana tempat adonan es krim ini di putar sedangkan baling-baling pengaduk tetap diam, sehingga kecepatan sudut bejana tempat adonan es krim adalah :

60 . . . 2π nµs

ω = (2.1)

dimana : ω = Kecepatan sudut bejana (rad/s) n = Putaran (rpm)


(22)

Harga koefesien gesek dapat dilihat pada tabel 2.1 dibawah ini

Tabel 2.1 Harga Koefesien Gesek Statis dan Kinetis

Permukaan μs μk

Baja pada baja

Alumunium pada baja Tembaga pada baja Besi pada baja Tembaga pada basi Kaca pada kaca

Kebanyakan logam- [sedikit diberi oli] Baja pada es

Baja pada teplon

Kayu pada kulit binatang Karet pada beton basah Karet pada beton kering Tulang pada tulang Persendian tulang

0,78 0,61 0;53 1,10 1,05 0,94 0,15 0,6 0,04

0,5 0,5 0,9 - -

0,42 0,47 0,36 0,15 0,29 0,40 0,08 0,06 0,04 0,4 0,4 0,8 0,03 0,003 (Suyanto;Fisika Dasar; Hal 123)

Maka untuk tosi (T) (kg.m) adalah : 2

/ .dt F

T = (Sularso;Elemen mesin;hal 25) (2.2) Dimana F = Berat adonan es krim (kgf)

dt

102 .ω

T P=

= Diameter bejana tempat adonan (m) Daya penggerak bejana (P) (Watt) adalah :

(Sularso;Elemen mesin;hal 7)(2.3)

Karna berbagai macam faktor keamanan dalam perencanaan, sehingga perlu dikalikan dengan faktor koreksi daya (fc) dan persamaan 2.3 menjadi :


(23)

fc T

P= ×

102 .ω

(Sularso;Elemen mesin;hal 7) (2.4) Untuk fc diambil dari daya rata-rata yang diperlukan yaitu 2,0

2.2.2 Daya motor penggerak

Daya motor penggerak (Pmotor) dapat dihitung dari daya poros penggerak

bejana (P) dibagi dengan effisiensi mekanisme-total (ηm

m Motor

P P

η =

) sebagai berikut : (2.5) Dimana : Pmotor

m η

= Daya motor penggerak (kW) P = Daya poros penggerak bejana (kW)

= Effisiensi mekanisme-total (effisiensi sistem transmisi)

2.2.3 Sistem transmisi

2.2.3.1 Sistem transmisi sabuk dan puli

Sebagian besar transmisi sabuk menggunakan sabuk-V karena mudah penggunaannya dan harganya murah, tetapi sabuk ini sering terjadi slip sehingga tidak dapat meneruskan putaran dengan perbandingan yang tepat.

Sabuk terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Dalam gambar 2.2 diberikan berbagai proposi penampang sabuk-V yang umum dipakai.


(24)

m m

r1 R2

n1 n2

C

Penggerak Yang Digerakan

Gambar 2.2 Ukuran penempang sabuk-V

Jika putaran puli penggerak dan yang digerakan berturut-turut adalah n1 (rpm) dan

n2 (rpm), dan diameter nominal masing-masing adalah d1 (mm) dan D2

1 2 2 1

d D n n

=

(mm). Karena sabuk-V biasanya dipakai untuk menurunkan putaran, maka perbandingan yang umum dipakai ialah perbandingan reduksi i (i > 1), dimana :

(2.6) Kecepatan linier (v) sabuk-V (m/s) adalah :

1000 60×

= dn

v π (2.7)

Jarak suatu poros rencana (C)adalah 1,5 samapai 2 kali diameter puli besar.

Gambar 2.3 Panjang keliling sabuk Panjang sabuk rencana (L) adalah :

2 1 2 2

1 ( )

4 1 ) (

2

2 D d

C D

d C


(25)

Dalam perdagangan terdapat bermacam-macam ukuran sabuk. Namun mendapatkan ukuran sabuk yang panjangnya sama dengan hasil perhitungan umumnya sukar. Didalam perdagangan nomor nominal sabuk-V dinyatakan dalam panjang kelilingnya dalam inchi. Tabel 2.2 menunjukan nomor-nomor nominal dari sabuk standart utama.

Tabel. 2.2 Panjang sabuk-V standart.

Nomor nominal Nomor nominal Nomor nominal Nomor nominal (Inchi) (mm) (Inchi) (mm) (Inchi) (mm) (Inchi) (mm)

10 254 45 1143 80 2032 115 2921

11 279 46 1168 81 2057 116 2946

12 305 47 1194 82 2083 117 2972

13 330 48 1219 83 2108 118 2997

14 356 49 1245 84 2134 119 3023

15 381 50 1270 85 2159 120 3048

16 406 51 1295 86 2184 121 3073

17 432 52 1321 87 2210 122 3099

18 457 53 1346 88 2235 123 3124

19 483 54 1372 89 2261 124 3150

20 508 55 1397 90 2286 125 2175

35 889 70 1778 105 2667 140 3556

36 914 71 1803 106 2692 141 3581

37 940 72 1829 107 2718 142 3607

38 965 73 1854 108 2743 143 3632

39 991 74 1880 109 2769 144 3658

40 1016 75 1905 110 2794 145 3683

(Sularso;Elemen Mesin; Hal 168)

Jarak sumbu poros C dapat dinyatakan sebagai :

8

) (

8 2 1 2

2

d D b

b


(26)

Dimana :

) (

14 . 3

2L D2 d1

b= − + (Sularso;Elemen Mesin; Hal 170) (2.10) Sedangkan untuk besarnya daya yang dapat ditransmisikan oleh sabuk, digunakan rumus :

v F F

Po=( 1− 2) (Sularso;Elemen Mesin; Hal 171) (2.11) µθ

e F F

=

2 1

(Sularso;Elemen Mesin; Hal 171) (2.12) t

b

Fizin × × σizin = 2,5 – 3,3 N/mm2 Dimana : F1 = gaya tarik pada sisi kencang (N)

F2

C d

D )

( 57

180°− 2 − 1

= θ

= gaya tarik pada sisi kendor (N) b = Lebar sabuk spesifik (mm) t = Tebal sabuk sfesipik (mm) e = 2,7182

μ = Koefesien anatar sabuk dan puli (0,3 – 0,6)

θ = Sudut kontak antara sabuk dan puli (º) Besarnya sudut kontak adalah :

(Sularso;Elemen Mesin; Hal 173) (2.13) C = Jarak sumbu poros (mm)


(27)

2.2.3.2 Sistem transmisi Roda gigi cacing

Pada perancangan alat pembuat es krim ini roda gigi cacing digunakan untuk mentransmisikan putaran dan daya dari puli pada motor ke puli penggerak bejana. Perbandingan transmisi atau perbandingan gigi dapat dinyatakan sebagai :

1 2

Z Z

i= (2.14)

Dimana : Z1 = Jumlah ulir cacing

Z2 = Jumlah gigi pada roda gigi cacing

Dibawah ini akan diberikan rumus dan persamaan roda gigi cacing. Jika mn

adalah modul normal, ms

γ

cos

n s

m m =

adalah modul aksial, dan γ adalah sudut kisar maka : (Sularso;Elemen mesin;hal;277)(2.15)

Atau harga taksiran ms dari jarak sumbu poros (a) dan jumlah gigi (Z1) adalah : Error! Bookmark not defined.

28 , 6

7 , 12 2

2 +

− ≈

Z a

ms (Sularso;Elemen mesin;hal;277)(2.16)

Untuk ulir cacing, proposi bagian-bagiannya dapat dilihat pada tabel 2.3 berikut :

Tabel 2.3 proposi ulir cacing

Nama Bagian Rumus

Diameter jarak bagi cacing d1 =Z1mn/sinγ

Jarak sumbu a=(d1+d2)/2

Tinggi kepala hk =mn

Tinggi kaki hf =1,157mn

Tinggi gigi h=hf +hk

Diameter luar cacing dk1 =d1 +2hk Diameter inti cacing dr1 =d1 −2hf


(28)

Untuk roda cacing proposi bagian-baginnya dapay dilihat pada tabel 2.4 berikut :

Tabel 2.4 proposi roda cacing

Nama Bagian Rumus

Diameter jarak bagi cacing d2 =Z2ms

Tinggi kepala hk =mn

Tinggi kaki hf =1,157mn

Tinggi gigi h=hf +hk

Diameter luar cacing dk2 =dt +2(d1/2−hk)(1−cosθ) Diameter inti cacing dr2 =d1 −2hf

Dimana : dt =d2 +2hk

θ = Sudut lengkung roda cacing Maka lebar roda cacing

35 , 6 cos

. 38 ,

2 +

    =

γ πmn

b (Sularso;elemen mesin;hal277) (2.17) Leber sisi gigi efektif (be

) 2 / sin(

1 θ

dk be =

) adalah :

(Sularso;elemen mesin;hal277) (2.18) Persamaan beban lentur yang diizinkan (Fab

Y m b Fabba. e. n.

) (kg)adalah :

(Sularso;elemen mesin;hal279) (2.19) Dimana : σba = Tegangan lentur yang diizinkan (kg/mm2

Y

.

) dapat dilihat pada lampiran A-1

= Faktor bentuk (dapat dilihat pada lampiran A-2) Dan beban permukaan gigi yang diizinkan (Fac) (kg) adalah :


(29)

Dimana : Kc= Faktor ketahana terhadap keausan (dpt dilihat pada lampiran A-3) γ

K

. = Faktor sudut kisar (dapat dilihat pada lampiran A-4) Untuk beban tangesial (Ft) (kg) adalah :

v P

Ft =102. dm/ (2.21)

Dimana : Pd = Daya perencana (kW) m

η = Effisiensi mekanis- total v = Kecepatan roda gigi (m/s)

harga Fmon harus lebih besar dari Ft, Fmin, diambil dari harga terkecil antara Fab

dan Fac

1 2 1

2 1 2 2 1

sin sin δ δ R R Z Z d d n n

i= = =

.

2.2.3.3 Sistem transmisi Roda gigi kerucut

Perbandinga putaran (i) roda gigi kerucut adalah :

Jika sudut poros dinyatakan dengan (Σ), maka :

2 1 δ

δ +

= Σ

Dimana : R = Panjang sisi kerucut (mm)

2 1,δ

δ = sudut kerucut jarak bagi Jika, Σ = 90º, maka :

1

tan 1

δ =

i , i=tanδ2 (2.22)

Untuk proposi roda gigi keruct, maka diameter lingkaran jarak bagi (d)

2 2

1 1

. . Z m d

Z m d

= =


(30)

Sisi kerucut ;

) sin 2 /( )

sin 2

/( 1 2 2

1 d

d

R= δ = (2.23)

Kecepatan roda gigi pinion dibuat lebih tinggi dari pada kecepatan roda gigi besar maka perubahan kepala yang diperlukan dapat dilakukan dengan koefesian masing-masing sebagai berikut :

1 2

2 2 1 1 0,46 1

x x

Z Z x

− =

   

  −

= (2.24)

Karena itu jika Ck ≥0,118.m, dimana Ck

m x hk1 =(1+ 1)

= kelonggaran puncak, maka untuk pinion :

Tinggi kepala :

Tinggi kaki: hf1 =(1−x1)m+Ck Demikian pula dalam hal roda gigi besar :

Tinggi kepala : hk2 =(1−x1)m Tinggi kaki: hf2 =(1+x1)m+Ck Dengan demikian tinggi gigi adalah :

k C m

h=2 + (2.25)

Sudut kepala pinion θk1 =tan−1(hk1/R)

Sudut kaki pinion θf1 =tan−1(hf1/R)

Sudut kepala roda gigi besar θk2 =tan−1(hk2/R)

Sudut kaki roda gigi besar θf2 =tan−1(hf2 /R) Dengan demikian sudut kerucut kepala adalah :

1 1

1 k

k δ θ


(31)

Demikian pula sudut kerucut kaki :

1 1

1 f

f δ θ

δ = − , δf2 =δ2 −θf2 (2.27)

Besarnya masing-masing diameter lingkaran kepala adalah :

2 2 2 2 1 1 1 1 cos 2 cos 2 δ δ hk d dk hk d dk + = + = (2.28) Dan besarnya masing-masing diameter lingkaran kaki :

2 2 2 2 1 1 2 1 sin ) 2 / ( sin ) 2 / ( δ δ hk d X hk d X − = − = (2.29)

Jika sudut tekan adalah αo, dan kelonggaran belakang dianggap nol, maka tebal gigi(tebal lingkar) adalah :

m s s m x s m x s o o . ) tan 2 5 , 0 ( ) tan 2 5 , 0 ( 2 1 2 2 1 1 π α π α π = + − = + = (2.30)

Lebar sisi gigi b sebaiknya diambil tidak lebih dari 1/3 sisi kerucut, atau kurang dari 10 modul pada ujung luar.

Untuk menentukan lebar sisi, mula-mula dihitung kekuatannya terhadap beban lentur, beban lentur yang diizinkan dibagi dengan lebar sisi Fb

) . . /( . . . ) /( . . . 2 2 2 ; 1 1 1 ; m s o v a b m s o v a b K K K J K m F K K K J K m F σ σ = =

, untuk gigi dengan penampang yang merupakan harga rata-rata dari penampang ujung luar dan ujung dalam, adalah

(2.31)

Dimanan σa1 dan σa2 (kg/mm

2

)adalah tegangan lentur yang diizinkan, seperti yang diberikan pada lampiran A-5. Kv adalah faktor dinamis (lampiran A-6). J1


(32)

(lampiran A-7). Ks

) 24 , 2 / (4 m Ks =

merupakan faktor ukuran yang besarnya ditentukan sebagai untuk m≥1,5, dan Ks = 0,5, untuk m < 1,5.

Km adalah faktor distribusi beban yang hargannya ditentukan oleh letak

bantalan terhadap roda gigi (lampiran A-9). Perhitungan beban muka FH

f m o

v p c H

C C C

I C C

d F

. .

2 1 2 '

σ =

(kg/mm), juga didasarkan pada ukuran penampang rata-rata gigi, dilakukan menurut rumus berikut :

(Sularso;elemen mesin;hal:272)(2.32)

Dimana σc (kg/mm2) adalah tegangan kontak yang diizinkan (lampiran A-5). Dalam hal ini jika harga tegangan tersebut berbeda untuk pinion dan roda gigi besar, maka harus diambil harga yang terkecil.

Cp ( kg/mm) adalah koefesien elastis (lampiran A-10), Cy adalah

faktor dinamis (lampiran A-6), Co merupakan faktor beban lebih (lampiran A-7), Cm adalah faktor distribusi beban (lampiran A-9), Cf adalah faktor kondisi

permukaan biasanyan = 1, dan I adalah faktor geometri (lampiran A-11).

Diantara harga-harga F’b1, F’b2, dan F’H dipilih yang terkecil selanjutnya

disebut F’min. Lebar gigi yang diperlukan dapat dihitung dari gaya tangensial Ft

(kg/mm) = 102Pd/v dibagi dengan F’min

Poros merupakan salah satu bagian terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Jika diketahui , jika harga tersebut tidak lebih dari 1/3 sisi kerucut atau kurang dari 10 kali modul ujung luar gigi, maka dapat ditetapkan sebagai harga yang dipakai.


(33)

bahwa poros yang akan direncanakan tidak mendapat beban lain kecuali torsi, maka perencanaan diameter porosnya adalah sebagai berikut :

3 . . 16 s d T π τ =

Supaya konstruksi aman maka τizina)≥τtimbul (kg/mm 2 3 . . 16 s a d T π τ ≥ ) 3 1 . . 16       ≥ a s T d τ π 3 1 . 1 , 5       ≥ a s T d

τ ... (2.33) Dimana : ds

a τ

= Diameter poros (mm) T = Torsi (kg.mm)

= Tegangan izin (kg/mm2

P fc Pd = .

)

Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak (kW), maka berbagai faktor keamanan bisa diambil, sehingga koreksi pertama bisa diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah fc, maka daya perencana adalah :

... (2.34) Dimana Pd = Daya perencana (kW)

Harga fc dapat dilihat pada tabel 2.5 dibawah ini :

Tabel 2.5 faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan

Daya yang Akan Ditransmisikan fc

Daya rata-rata yang diperlukan 1,2 - 2,0

Daya maksimum yang diperlukan 0,8 - 1,2


(34)

(Sularso;Elemen Mesin; Hal 7)

Untuk menghitung Torsi T (kg.mm) dapat dihitung dari daya perencana (kW) sebagai berikut :

ω Pd T =

n Pd

T

π

2

1000 60

102× ×

× =

n Pd

T =9,74×105× (2.35) Tegangan izin dapat dihitung sebagai berikut :

2 1 sf

sf B a

× = τ

τ (Sularso;Elemen mesin;hal 8)(2.36)

Dimana : τB = Kekuatan tarik bahan (kg/mm2) Sf1 = Faktor keamanan bahan, untuk bahan

SF = 5,6 S-C = 6,0

Sf2 = Faktor keamanan akibat alur pasak (1,3 3,0) ÷

Dalam perencanaan diameter poros, ada faktor-faktor lain seperti faktor koreksi akibat momen puntir (Kt) dan faktor akibat beban lenturan (Cb), maka persamaan (2.33) menjadi :

3 1

. . 1 , 5

   

× ×

T Kt Cb

d

a s

τ (Sularso;Elemen mesin;hal:8)(2.37) Dimana harga Kt = 1,0 (jika beban halus)

1,0÷ 1,5 (Jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan) 1,5÷ 3,0 (Jika beban dikenakan dengan kejutan)


(35)

Cb = 1,2÷2,3(jika tidak ada beban lentur maka Cb = 1)

2.2.5 Baut

Baut disini berfungsi sebagai pengikat untuk dudukan pada motor penggerak tetapi selain itu berfungsi juga untuk pengikat poros terhadap puli. Jika momen rencana dari poros adalah T(Kg.mm) dan diameter poros adalah ds (mm), maka gaya tangensial F (Kg) Pada permukaan poros adalah :

) 2 / (ds

T

F= (2.38)

Tegangan geser yang ditimbulkan adalah :

2

4

/ d

F k

× =π

τ (2.39)

Dimana : τk = Tegangan geser yang terjadi (kg/mm 2

2 1 fk fk

b ka

S S ×

= σ

τ

) d = Diameter luar baut (mm)

Tegangan geser izin didapat dengan :

(2.40) Dimana : Sfk1 = Faktor keamanan (umumnya diambil 6)

Sfk2

2

4

/ d

F ka

× ≥π τ

= Faktor keamanan

= 1,0 – 1,5 (jika beban dikenakan perlahan-lahan) = 1,5 – 3,0 (jika beban dikenakan tumbukan ringan) = 2,0 – 5,0 (jika beban dikenakan secara tiba-tiba dengan

tumbukan berat)

Dari tegangan geser izin, panjang pasak yang diperlukan dapat diperoleh dengan : (2.41)


(36)

Gaya keliling F (kg) yang sama seperti diatas dikenakan pada luas permukaan samping pasak. Maka tekanan permukaannya adalah :

1

t d

F P

×

= (2.42)

Dimana : P = Tekanan permukaan (kg/mm2

1

t d

F Pa

× =

) t = kedalaman baut pada poros (mm)

dari harga tekanan permukaan yang di izinkan, panjang pasak yang diperlukan dapat dihitung dengan :

(2.43) Dimana : Pa = Tekanan permukaan izin (kg/mm2)

Harga Pa dapat dilihat pada tabel 2.6 dibawah ini

Tabel 2.6 Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir

Bahan Tekanan permukaan yang diizinkan Pa (kg/mm2)

Ulir luar Ulir dalam Untuk pengikat Untuk penggerak

Baja liat Baja liat atau perunggu 3 1

Baja keras Baja liat atau perunggu 4 1,3

Baja keras Besi cor 1,5 0,5


(37)

2.2.6 Bantalan

Tujuan merencanakan bantalan adalah untuk mendapatkan umur bantalan. Suatu beban yang besarnya sedemikian rupa hingga memberikan umur yang sama dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarnya disebut beban ekivalen dinamis. Misalkan sebuah bantalan membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa (kg), maka beban ekivalen dinamis P (kg) adalah :

YFa XVFr+ =

Pr (Sularso;Elemen Mesin; Hal 135) (2.44) Dimana : X,V dan Y = faktor-faktor beban

Harga X,V dan Y dapat dilihat pada tabel 2.7

Tabel 2.7 faktor-faktor X,V dan Y

Jenis bantalan Beba n putar pada cinci n dala m Beba n punti r pada cinci n luar

Baris tunggal Baris ganda

e

Baris tunggal Baris ganda

Fa/VFr>e Fa/VFreFa/VFr>e

V X Y X Y X Y Xo Yo Xo Yo

Bantalan bola alur dalam

Fa/Co = 0,014 = 0,028 = 0,084 = 0,11 = 0,17 = 0,28 = 0,42 = 0,56

1 1,2 0,56 2,30 1,99 1,71 1,55 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00

1 0 0,56 2,30 1,90 1,71 1,55 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00 0,190 ,22 0,26 0,28 0,30 0,34 0,38 0,42 0,44

0,6 0,5 0,6 0,5

Bantalan bola sudut

α = 20º = 25º = 30º = 35º

= 40º 1 1,2 0,43 0,41 0,39 0,37 0,35 1,00 0,87 0,76 0,66 0,55 0 1,09 0,92 0,78 0,66 0,55 0,70 0,67 0,63 0,60 0,57 1,63 1,41 1,24 1,07 0,93 0,57 0,68 0,80 0,95 1,14 0,5 0,42 0,38 0,33 0,29 0,26 1 0,84 0,76 0,66 0,58 0,52 (Sularso;Elemen Mesin; Hal 135)

Umur nominal L dapat ditentukan sebagai berikut :

             =       = 10 / 3 3 / 1 3 , 33 , 3 , 33 , n f rol bantalan untuk n f Bola bantalan untuk n n


(38)

Faktor umur :

Untuk kedua bantalan,fh

P C fn

= (Sularso;Elemen Mesin; Hal 135) (2.46) Umur nominal Lh

    =

=

10 / 3

3 / 1

500 ,

500 ,

h h

h h

f f

rol bantalan untuk

f L

Bola bantalan untuk

adalah

(Sularso;Elemen Mesin; Hal 135) (2.47)

Dimana C = Beban nominal dinamik spesifik (kg) P = Beban ekivalen dinamis (kg)


(39)

Tabel 2.8 Beban nominal dinamik spesifik


(40)

L

B A

P

a b

b b

h

2.2.7 Defleksi pada rangka batang

Kekakuan terhadap rangka batang terhadap lenturan juga perlu diperiksa. Bila suatu rangaka batang (plat profil) baja yang ditumpuh pada kedua ujungnya dan mendapat beban terpusat maka besarnya defleksi poros y (mm) adalah :

jika pada rangka diasumsikan kedua ujung rangka ditumpu, maka reaksi tumpuan untuk beban terpusat adalah adalah :

Gambar 2.4 Defleksi beban terpusat

2 /

P RB RA= =

Karena pada alat pembuat es krim terdapat empat buat rangka untuk menahan beban dari tabung pendingin, maka besarnya beban untuk tiap-tiap rangka adalah

4

W P=

Dimana P = Beban tiap-tiap rangka (kg) W = Beban dari tabung pendingin (kg) Momen lentur yang terjadi :

x RA

Mmak = . dimana x = l/2, maka

4 . 2 . 2

l P l P

Mmak = = (2.48)

Untuk tegangan lentur yang timbul adalah :

I Y Mmak mak

.

=


(41)

sb y

sb x 1

2

C1

C2

b

b

h

C d1

d2

Dimana Y = jarak dari pinggir penampang kepusat penampang (diambil yang terbesar), untuk kondisi diatas maka harga Y =b/2, sedangkan untuk momen inersia penampang siku adalah sebagai berikut :

Gambar 2.5 titik berat pelat profil h

b

A1= . , A2 =(bh)h dimana :A1 dan A2 = Luas penampang 1 dan 2(mm2

2 2

2

1 A b.h b.h h 2b.h h

A

Atot = + = + − = −

) (mm2

2 /

1 h

C =

) , C =bh+h

2

2 (mm), maka C adalah :

tot A

C A C A

C = 1 1+ 2 2 (2.50)

3 1 .

12 1

h b

Iz = , Iz b .h

12

1 3

2 = , maka untuk momen inersianya adalah :

) (

)

(Iz1 A1d12 Iz2 A2d22

I = + + + (mm4) (2.51)

Dimana d1 = C – h/2

d2 = C2

EI l P ymak

48 .3 =

– C

untuk defleksi yang terjadi adalah :

(2.52) Dimana E = Modulus elastisitas baja ( E = 2,27 × 104 kg/mm2)


(42)

BAB III

PENETAPAN SPESIFIKASI DAN PEMBUATAN ALAT

3.1 Fluida yang diaduk.

Peninjauan pada fluida yang akan diaduk perlu dilakukan dalam perancangan alat pembuat es krim. Fluida yang diaduk adalah yang termasuk dalam klasifikasi cairan kental yang nantinya akan membeku akibat pendinginan.

3.2 Penetapan kapasitas tabung es krim.

Kapasitas dari tabung es krim ini direncanakan yaitu sekitar 4 kg berat adonan es krim untuk tiap satu tabung es krim, dengan diameter 22,86 cm dan tinggi 40 cm.

3.3 Perencanaan Sistem Transmisi

Untuk memindahkan putaran motor ke poros penggerak bejana yang direncanakan putarannya sekitar 60 rpm direncanakan menggunakan sistim transmisi puli dan roda gigi dan disesuaikan dengan kebutuhannya. Dalam perencanaan alat pembuat es krim ini direncanakan roda gigi cacing dan roda gigi kerucut untuk memindahkan gerakan putaran antara poros vertikal dan tidak sejajar seperti pada gambar 3.1 dibawah ini:


(43)

BAB III

PENETAPAN SPESIFIKASI DAN PEMBUATAN ALAT

3.1 Fluida yang diaduk.

Peninjauan pada fluida yang akan diaduk perlu dilakukan dalam perancangan alat pembuat es krim. Fluida yang diaduk adalah yang termasuk dalam klasifikasi cairan kental yang nantinya akan membeku akibat pendinginan.

3.2 Penetapan kapasitas tabung es krim.

Kapasitas dari tabung es krim ini direncanakan yaitu sekitar 4 kg berat adonan es krim untuk tiap satu tabung es krim, dengan diameter 22,86 cm dan tinggi 40 cm.

3.3 Perencanaan Sistem Transmisi

Untuk memindahkan putaran motor ke poros penggerak bejana yang direncanakan putarannya sekitar 60 rpm direncanakan menggunakan sistim transmisi puli dan roda gigi dan disesuaikan dengan kebutuhannya. Dalam perencanaan alat pembuat es krim ini direncanakan roda gigi cacing dan roda gigi kerucut untuk memindahkan gerakan putaran antara poros vertikal dan tidak sejajar seperti pada gambar 3.1 dibawah ini:


(44)

Puli Roda gigi kerucut

Puli

Roda gigi cacing

Gambar 3.1 Sistem Transmisi Alat pembuat es krim

3.4 Spesifikasi Perencanaan.

Jenis Fluida : Cairan kental (adoan es krim)

Kapsitas tabung : 4 kg adonan es krim

Sistem transmisi : Puli dan roda gigi

Selanjutnya adalah cara kerja alat pembuat es krim:

1. Setelah adonan es krim selesai kemudian diletakan didalam tabung es . 2. Pada sistem ini alat pembut es krim dilengkapi dengan motor penggerak

sebagai penggerak utama , dimana dalam perencanaan ini motor penggerak yang dipergunakan adalah elektromotor.

3. Tenaga yang dihasilkan elektromotor ditransmisikan melalui puli dan roda gigi, roda gigi yang dipergunakan disini adalah roda gigi cacing yaitu untuk memtrasmisikan putaran pada sumbu poros yang tidak sejajar dan roda gigi kerucut untuk mentrasmisikan putaran pada poros harizontal menjadi vertikal.


(45)

3.5. Proses pembuatan alat 3.5.1 Tabung pendingin

Tabung pendingin terbuat dari drum minyak bekas, kemudian dipotong dengan ukuran panjang 54 cm, bahan tabung diperkirakan dari pelat besi dan dicor dengan campuran kerikil, pasir dan semen dengan perbadingan 30 kg semen, 50 kg pasir dan 3 kg batu kerikil. Tebal coran yaitu 10 cm setinggi 50 cm. Coran dibuat miring dengan sudut kemiringan 20º agar perpindahan kalor dapat bersikulasi dari bagian bawah keatas karena suhu dibagian bawah lebih tinggi. Bagian dalam tabung pendingin dilapisi kayu (pohon duren) sebanyak 14 batang kayu dengan ukuran 43 cm × 5 cm× 2 cm. Pada bagian tabung pendingin diberi lubang sebagai tempat pembuangan air es yang mencair dan tempat dudukan tabung adonan es krim dibuat dari bahan baja St 37 dengan panjang 15 mm, diameter 10 mm. Adapun sfesifikasi data tabung pendingin dapat dilihat pada tabel 3.1 dibawah ini :

Tabel 3.1 Sfesifikasi data tabung pendingin

Bagian Bahan Ukuran

Dinding bagian luar Drum minyak bekas Ø 60 cm × 54 cm Coran

30 kg semen 50 kg Pasir 3 kg Batu kerikil

Tebal coran 10 cm, tinggi coran 50 cm, kemiringan 20º

Dinding bagian dalam Kayu duren 43 cm × 5 cm× 2 cm (14 batang) Tempat dudukan


(46)

Gambar 3.2 Tabung pendingin

3.5.2 Tabung adonan es krim

Tabung tempat adonan es krim tebuat dari pelat talang (seng), tebal 2 mm karena harganya lebih murah dibandingkan dengan bahan stainleestell, kemudian dirol dengan ukuran bentangan 71,8 cm × 40 cm. Pada bagian tutup dilas dengan roda gigi gerdang (Z = 16 gigi) untuk tempat pemutar tabung. Bahan roda gigi gerdang diperkirakan dari baja karbon S 45 C dengan diameter lingkaran kepala 85,1548 mm. Bahan tempat adonan ini mempunyai laju korosi yang sangat cepat maka untuk itu perlu merawatan yang rutin. Setiap kali selelai produksi maka tabung es harus dibersihkan dan kemudian dilapisi dengan minyak makan. Adapun sfesifikasi data tabung tempat adonan es krim dapat dilihat pada tabel 3.2 dibawah ini :


(47)

Tabel 3.2 Spesifikasi data tabung tempat adonan es krim

Bagian Bahan Ukuran

Tabung tempat adonan

es krim Pelat talang (seng) Ø 22,86 cm × 40 cm Pemutar tabung (roda

gigi gerdang) S45C Dk= 85,1548 mm, Z = 16 gigi

Gambar 3.3 Tabung tempat adonan

3.5.3 Rangka dudukan

Rangka dudukan terbuat dari plat profil L ukuran 40 dirangkai sedemikian rupa sesuai dengan ukuran rancangan dan dilas satu sama lain. Rangka dudukan sebagai tempat dudukan tabung pendingin, motor listrik, gear box roda gigi cacing. Adapun spesifikasi data rangka dudukan dan transmisi dilihat pada tabel 3.3 dibawah ini :


(48)

Tabel 3.3 Spesifikasi data rangka dudukan dan transmisi

Bagian Bahan Ukuran

Rangka dudukan Pelat profil L L 40

Puli Besi cor 3 inchi (3 buah), 4 inchi (1 buah)

Sabuk Karet 27 inchi dan 38 inchi

Roda gigi cacing

Bahan ulir cacing dari baja S50C , Roda cacaing FC 19.

Modul 7

Roda gigi gerdang

(kerucut) S45C Modul 5,08


(49)

3.5.4 Pengaduk

Pengaduk dibuat dari bahan kayu jati dan bei pelat. Untuk ukuran kayu adalah 35 cm × 5 cm × 2 cm sedangkan ukuran besi pelat 6 cm × 5 cm dengan bagian ujung dibuat radius 5 mm. Poros tengah pengaduk dari baja St 37 dengan panjang 60 cm, diameter 15 mm. Ketiga bahan tersebut dirangkai seperti gambar 3.5. Adapun sfesifikasi data pengaduk dilihat pada tabel 3.4 dibawah ini :

Tabel 3.4 Spesifikasi data pengaduk

Bagian Bahan Ukuran

Poros St 37 Ø15 mm × 60 cm

Pengaduk Kayu jati

Besi pelat

35 cm × 5 cm × 2 cm 6 cm × 5 cm


(50)

3.5.5 Perangkaian komponen

Perangkaian komponen yang dimaksud perangkaian komponen transmisi yang meliputi puli, roda gigi cacing, dan roda gigi kerucut. Puli dengan diameter 3 inchi dipasang pada poros motor, kemudian diikat dengan baut. Puli dengan diameter 3 inchi dipasang pada poros roda cacaing dan diikat dengan baut dan puli 4 inchi dipasang pada ulir cacaing. Puli 3 inchi dipasang stau porors dengan roda gigi gerdang (roda gigi kerucut). Melatakan komponen yang telah dirangkai pada dudukannya masing masing dan dihubungkan dengan menggunakan belt yang telah direncanakan, seperti yang ditunjukan pada gambar 3.3.


(51)

BAB IV

ANALISA PERANCANGAN DAN KEKUATAN BAHANA BAGIAN-BAGIAN UTAMA

4.1 Daya Motor Penggerak

Daya motor yang dipergunkan untuk menggerakan bejana tempat adonan es krim perlu diperhitungkan. Daya pada poros penggerak bejana adalah daya yang dibutuhkan pada motor penggerak dibagi dengan effisiensi mekanismenya. Pada spesifikasi perencanaan, kapasitas bejana tempat adonan es krim (m) adalah 4 kg dan putran pada bejana tempat adonan direncanakan 60 rpm, kecepatan sudut bejana dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.1) sebagai berikut :

7680 , 3 60

6 , 0 60 . . 2

= ×

= π

ω rad/s

Untuk harga μs

4572 , 0 2

2286 , 0 4

= ×

= T

dapat dilihat pada tabel 2.1

Diameter bejana yang telah direncanakan adalah 22,86 cm =0,2286 m, maka besarnya torsi dapat dihitung dari persamaan (2.2) sebagai berikut :

kg.m

Besarnya daya pada poros penggerak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.4) sebagai berikut :

0338 , 0 0 , 2 102

7680 , 3 4572 , 0

= × ×

=

P kW


(52)

Alat pembuat es krim ini menggunakan sistem transmisi roda gigi dan puli , maka effisiensi mekanisme totalnya adalah :

1836 , 0 90 , 0 85 , 0 60 , 0 40 , 0

ker × = × × × =

× ×

=

tot puli Rgcacing Rg ucut poros

mek η η η η

η

Daya motor penggerak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.5) sebagai berikut :

1841 , 0 1836 , 0

0338 , 0

= =

m

P kW

Jadi besarnya daya motor penggerak (Pm) = 0,1841 kW = 0,2498Hp = 0,25 Hp

Didalam pasaran daya motor 0,25 HP putaranya 1420 rpm

4.2 Sistem Transmisi

Sistem transmisi pada alat pembuat es krim dapat dilihat pada gambar 3.1. Dalam perencanaanya roda gigi cacing dan kerucut adalah diberi dipasaran dengan perbandingan rasio yang telah direncanakan adalah sebagai berikut :

Untuk roda gigi cacing = 1 :20 Untuk roda gigi kerucut = 10: 16

Sehingga putaran yang telah direncanakan untuk tiap komponen adalah :

Putaran motor (n1) = 1420 rpm, putaran pada puli 1, 2 dan ulir cacing(n2, n3,dan

n4) = 1420 rpm, putaran pada roda cacing, dan puli 3 (n5 dan n6) = 71 rpm, putaran

pada puli 4 dan roda gigi kerucut 1(n7 dan n8) = 95 rpm, putaran pada roda gigi


(53)

4.2.1 Sistem Transmisi sabuk dan puli

Sistem transmisi pada alat pembuat es krim adalah dengan puli, dengan putaran motor 1420 rpm. Jika diameter puli 1 direncanakan 3 inchi, maka diameter puli 2 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.6) sebagai berikut :

3 1420 1420 = d2

, d2 =3 inchi

Diameter puli diatas merupakan (dk) diameter luar puli, maka untuk menentukan diameter nominal puli (dp) adalah :

t dk dp1 = 1

Dimana untuk tebal sabuk tipe B adalah 11 mm (lihat gambar 2.1), maka : 2 , 65 11 2 , 76

1 = − =

dp mm

Karena d1 = d2, maka dp1 = dp2

8452 , 4 1000 60 1420 2 , 65 = × × × =π v

= 65,2 mm

Kecepatan linear sabuk dapat dihitung dengan persamaan (2.7) sebagai berikut : m/s

Jarak poros rencana diambil 2 kali diameter puli besar, maka 4 , 130 2 , 65

2× =

= rencana

C mm

Panjang sabuk rencana (L) dapat dihitung dari persamaan (2.8) sebagai berikut : 582 , 465 ) 2 , 65 2 , 65 ( 2 4 , 130

2× + + =

= π

L mm

Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart yang mendekati harga 465,582 mm adalah 19 inchi, maka jarak sumbu poros dapat dihitng dengan persamaan (2.9) sebagai berikut :

136 , 139 8 554 , 556 544 , 556 2 = + =


(54)

Dimana untuk b=2×483−3.14(65,2+65,2)=556,544 mm

Karena jarak motor ke puli terlalu dekat dan tidak sesuai dengan konstruksi yang telah dibuat maka jarak sumbu poros diambil 380 mm, maka untuk panjang sabuk adalah :

728 , 964 ) 2 , 65 2 , 65 ( 2 380

2× + + =

= π

L mm

Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart yang mendekati harga 964,728 mm adalah 38 inchi, maka jarak sumbu poros :

380 8

1520

1520 2

= +

=

C mm

Dimana untuk b=2×964,728−3.14(65,2+65,2)=1520 mm Menurut sularso :

C dp Dp

L− − ≥

2 , 964,728≥380, baik

2

dk Dk C > + ,

2 2 , 65 2 , 65

380> + , baik

Sedangkan diameter puli 3 direncanakan 4 inchi, maka diameter puli 4 dapat dihitung sebagai berikut

4 95 71= d4

, d4 =3 inchi

Diameter puli diatas merupakan (dk) diameter luar puli, maka untuk menentukan diameter nominal puli (dp) adalah :

6 , 90 11 6 , 101

3

3 =dkt= − =

dp mm

2 , 65 11 2 , 76

4 = − =

dp mm


(55)

3242 , 0 1000 60 95 2 , 65 = × × × =π

v m/s

Jarak poros rencana diambil 2 kali diameter puli besar, maka 2 , 181 6 , 90

2× =

= rencana

C mm

Panjang sabuk rencana (L) dapat dihitung sebagai berikut :

8961 , 607 ) 2 , 65 6 , 90 ( 2 , 181 4 1 ) 2 , 65 6 , 90 ( 2 2 , 181

2 − 2 =

× + + + × = π L mm

Dari tabel 2.2 dapat dipilih panjang sabuk standart adalah 27 inchi, maka jarak sumbu poros dapat dihitng berikut :

0606 , 221 8 ) 2 , 65 6 , 90 ( 8 778 , 882 788 ,

882 2 2

= − + + = C mm

Dimana untuk b=2×686−3.14(90,6+65,2)=882,788 mm Menurut sularso

C dp Dp

L− − ≥

2 , 2 221,0606

2 , 65 6 , 90 8961 ,

607 − − ≥ , baik

2

dk Dk

C > + , 221,0606 > 88,9 = baik

4.2.2 Sistem Transmisi Roda gigi cacing

Perbandingan transmisi yang telah direncanakan adalah :

1 20 1 2 = = Z Z i

Modul normal (mn) adalah 7 mm, Sudut kisar (γ) diperkirakan 15º, maka modul

aksial (ms

6429 , 7 15 cos 7 = = s m

) dapat dihitung dari persamaan 2.15 adalah : mm


(56)

Diameter jarak bagi (d) : 0459 , 27 15 sin / 7 1

1 = × =

d mm (dapat dilihat pada tabel 2.3)

858 , 152 6429 , 7 20

2 = × =

d mm (dapat dilihat pada tabel 2.4)

Jarak sumbu (a) :

90 2 / ) 858 , 152 0459 , 27 ( + = =

a mm (dapat dilihat pada tabel 2.3)

Proposi bagian-bagian untuk ulir cacing (dapat dilihat pada tabel 2.3) :

Tinggi kepala hk =7 mm

Tinggi kaki hf =1,157×7=8,099 mm

Tinggi gigi h=7+8,099=15,099 mm

Diameter luar cacing dk1 =27,0459+2×7=41,0459 mm Diameter inti cacing dr1 =27,0459−2×8,099=10,8479 mm Jarak kelonggaran c=0,157×7=1,099 mm

Untuk roda cacing :

858 , 166 7 2 858 ,

152 + × =

= t

d mm

8479 , 10 099 , 8 2 0459 , 27

2 = − × =

dr mm (dapat dilihat pada tabel 2.4)

Lebar roda cacing dapat dihitung dengan persamaan (2.17)

5078 , 60 35 , 6 15 cos 7 . 38 ,

2 + =

     = π

b mm

Sudut kemiringan roda gigi (θ) diperkirakan 90º, maka lebar sisi gigi efektif dapat dihitung dari persamaan (2.18) :

0238 , 29 ) 2 / 90 sin( 0459 , 41 = = e

b mm

Jari-jari lengkung puncak gigi roda cacing (rt) :

5229 , 6 7 2 0459 , 27 2

1 − = − =

= mn

d


(57)

6790 , 170 ) 45 cos 1 )( 7 2 / 0459 , 27 ( 2 858 , 166

2 = + − − =

dk mm (dapat dilihat

pada tabel 2.4).

Jika tegangan lentur yang diizinkan (σba) diambil 8,5 (dapat dilihat pada lampiran A-1), dan faktor lebar gigi (Y) 0,100 (dapat dilihat pada lampiran A-2), maka beban lentur yang diizinkan dapat dihitung dengan persamaan (2.19) sebagai berikut :

6916 , 172 100 , 0 7 0238 , 29 5 ,

8 × × × =

= ab

F kg

Jika faktor ketahanan terhadap keausan (Kc) diambil 0,042 kg/mm2

9173 , 232 25 , 1 0238 , 29 858 , 152 042 ,

0 × × × =

= ac F

(dapat dilihat pada lampiran A-3), dan faktor sudut kisar (γ) 1,25 (dapat dilihat pada lampiran A-4), maka beban permukaan gigi yang diizinkan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.20) sebagai berikut :

kg Fmon =Fab

v P

Ft =102. dpuliRgcacing/ = 172,6916 kg Untuk gaya tangensial adalah :

8992 , 28 1000 60 71 858 , 152 6 , 0 4 , 0 33525 , 0 2 102 = × × × × × × × = π t

F kg

Untuk Ws

9640 , 11 858 , 152 6 , 228 2 4 . . 2 = × × = = d d fc m W t s adalah : kg

Menurut sularso Fmin > Ft > WsI = 172,6916 > 28,8992 >11,9640 kg , baik

Bahan cacing diperkirakan dari baja S50C bersatu dengan poros , Roda cacaing FC 19.


(58)

4.2.3 Sistem transmisi roda gigi kerucut

Roga gigi kerucut yang digunakan adalah roda gigi gerdang mobil dengan perbandingan putaran (i) :

10 16 1 2 = = Z Z i

Sudut poros Σ = 90º, maka :

 32 , tan 16 10 1 1 =

= δ δ , tan , 58

10 16

2 2 =

= δ δ

Jarak bagi diametral pada ujung luar diperkirakan 5, maka modul : 08 , 5 5 4 , 25 4 , 25 = = = p

m mm

Diameter lingkaran jarak bagi (d) :

mm d mm d 28 , 81 16 08 , 5 8 , 50 10 08 , 5 2 1 = × = = × =

Sisi kerucut (R) dapat dihitung dari persamaan (2.23)

48 ) 32 sin 2 /( 8 , 50 = =

R mm

Kelonggaran puncak (ck) :

Ck ≥0,118×5,08=0,9550 mm

Koefesien masing-masing roda gigi dapat dihitung dari persamaan (2.24):

2803 , 0 2803 , 0 16 10 1 46 , 0 2 2 1 − = =     − = x x

Tinggi kepala (hk) :

5039 , 6 08 , 5 ) 2803 , 0 1 (

1 = + =

hk mm

6560 , 3 08 , 5 ) 2803 , 0 1 (

2 = − =


(59)

Tinggi kaki (hf) : 6110 , 4 9550 , 0 08 , 5 ) 2803 , 0 1 (

1 = − + =

hf mm

4589 , 7 9550 , 0 08 , 5 ) 2803 , 0 1 (

2 = + + =

hf mm

Tinggi gigi (H) :

115 , 11 9550 , 0 08 , 5

2× + =

=

H mm

Sudut kepala (θk) :

 7165 , 7 ) 48 / 5039 , 6 ( tan 1

1 = =

k θ  3556 , 4 ) 48 / 6560 , 3 ( tan 1

2 = =

k θ

Sudut kaki (θf) :

 4871 , 5 ) 48 / 6110 , 4 ( tan 1

1 = =

f θ  8328 , 8 ) 48 / 4589 , 7 ( tan 1

2 = =

f θ

Sudut kerucut kepala (δk) :

 7165 , 39 7165 , 7 32

1 = + =

k δ  3556 , 62 3556 , 4 58

2 = + =

k δ

Sudut kerucut kaki (δf) :

 5129 , 26 4871 , 5 32

1 = − =

f δ  1672 , 49 8338 , 8 58

2 = − =

f δ

Diameter lingkaran kepala (dk

mm dk mm dk 1548 , 85 58 cos 6560 , 3 2 28 , 81 8712 , 61 32 cos 5039 , 6 2 8 , 50 2 1 = × + = = × + =

), dapat dihitung dari persamaan (2.28) :

Diameter lingkaran kaki (X) dapat dihitung dari persamaan (2.29) :

mm X mm X 2995 , 22 58 sin 6560 , 3 ) 2 / 8 , 850 ( 1935 , 37 32 sin 5039 , 6 ) 2 / 28 , 81 ( 2 1 = − = = − =


(60)

Jika sudut tekan (αo) = 20º, maka tebal gigi (s) dapat dihitung dengan persamaan (2.30): mm s mm s 3314 , 6 08 , 5 ) 20 tan 2803 , 0 2 5 , 0 ( 0121 , 9 08 , 5 ) 20 tan 2803 , 0 2 5 , 0 ( 2 1 = × − = = × + = π π

Bahan roda gigi diperkirakan dari baja karbon S45C Jika lebar sisi gigi (b) adalah 15 mm, maka :

Menurut sularso b31R:15≤16, baik

8 , 50 15 : 10 ≤ ≤ m

b , baik

4.3 Poros

4.3.1 Poros penghubung roda gigi kerucut dengan puli

Dengan mengambil harga fc = 2 (lihat pada tabel 2.5) dan effisiensi poros = 0,90, maka daya perencanaanya adalah :

0805 , 0 108 , 0 90 , 0 60 , 0 40 , 0 25 , 0 2 . . . = × × × × = =

= fcP Hp Hp

Pd ηPuliηRgCacingηporos kW

Untuk torsi (kg.mm)

0340 , 826 95 0805 , 0 10 74 ,

9 × 5 =

=

T kg.mm

Poros direncanakan dari bahan St 37 dengan kekuatan tarik (σB) = 37 kg/mm2, bila Sf2 diambil 3, maka σa adalah :

0555 , 2 3 6 37 2

1× = × =

=

Sf Sf

B

a σ

σ kg/mm2

Besarnya poros akibat puntiran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.33), sebagai berikut dengan mengambil harga Cb = 2,3 dan Kt = 1,5


(61)

3 1 5 , 1 3 , 2 0555 , 2 0340 , 826 1 , 5     × × ×s d 1934 , 19 ≥ s

d , ds =20 mm

4.3.2 Analisa kekuatan poros pada motor penggerak

Poros pada motor penggerak berdiameter 15 mm. Bahan poros diperkirakan dari baja karbon S30C dengan kekuatan tarik (σB) = 48 kg/mm2, maka σa adalah :

4 2 6

48 2

1× = × =

=

Sf Sf

B

a σ

σ kg/mm2, τa =0,5×4=2 kg/mm

373 , 0 50 , 0 25 , 0 2 . = × = =

= fcP Hp Hp

Pd

2

Untuk daya perencana (Pd) adalah :

kW Torsi (kg.mm) adalah :

8464 , 255 1420 373 , 0 10 74 ,

9 × 5 =

=

T kg.mm

Tegangan geser yang timbul :

3866 , 0 15 8464 , 255 1 , 5 . 1 , 5 3 3 = × = = s d T τ kg/mm τ τ >a 2

Jadi dapat dikatakan bahwa konstruksi aman karena

4.3.3 Analisa kekuatan poros pada puli 3

Poros pada puli 3 adalah poros penghubung ke ulir cacing berdiameter 20 mm. Bahan poros diperkirakan dari baja karbon S50C dengan kekuatan tarik (σB) = 75 kg/mm2, maka σa adalah :

25 , 6 2 6 75 2

1× = × =

= Sf Sf B a σ

σ kg/mm2,τa =0,5×6,25=3,125kg/mm 2


(62)

0895 , 0 12 , 0 60 , 0 40 , 0 25 , 0 2 . . . . = × × × = =

= fcP Hp Hp

Pd ηpuliηRgCacing kW

Torsi (kg.mm) adalah :

7887 , 1227 71 0895 , 0 10 74 ,

9 × 5 =

=

T kg.mm

Tegangan geser yang timbul :

8553 , 1 15 7887 , 1227 1 , 5 . 1 , 5 3 3 = × = = s d T τ kg/mm τ τ >a 2

Jadi dapat dikatakan bahwa konstruksi aman karena

4.4 Analisa Kekuatan Baut

Baut disini berfungsi untuk pengikat poros terhadap puli, maka daya perencana untuk tiap-tiap baut :

2 , 0 4 , 0 25 , 0 2 . .

1 = fcP Puli = × × =

Pd η Hp = 0,1492 kW

1492 , 0

2 1 = Pd =

Pd kW

12 , 0 60 , 0 4 , 0 25 , 0 2 . . .

3 = fcP Puli RgCacing = × × × =

Pd η η Hp = 0,08952 kW

08952 , 0

4 3 =Pd =

Pd kW

Untuk torsi (kg.mm) :

3386 , 102 1420 1492 , 0 10 74 , 9 10 74 , 9 5 1 1 5

1 = × = × =

n Pd

T kg.mm

3386 , 102

2 1 =T =

T kg.mm

7887 , 1227 71 08952 , 0 10 74 , 9 10 74 , 9 5 3 3 5

3 = × = × =

n Pd

T kg.mm

6105 , 917 95 08952 , 0 10 74 , 9 10 74 , 9 5 4 4 5

4 = × = × =

n Pd


(63)

Gaya tangensial (F) dapat dihitung dari persamaan (2.38) : 6451 , 13 ) 2 / 15 ( 3386 , 102 ) 2 / ( 1

1 = = =

s d

T

F kg

6451 , 13

1 2 =F =

F kg

7789 , 122 ) 2 / 20 ( 7887 , 1227 ) 2 / ( 3

3 = = =

s d

T

F kg

7610 , 91 ) 2 / 15 ( 6105 , 917 ) 2 / ( 4

4 = = =

s d

T

F kg

Tetapi dalam perencanaanya ukuran semua baut pengikat disamakan dengan ukuran ulir W ¼ , maka tegangn geser yang timbul dapat dihitung dari persamaan (2.39) : 8788 , 3 350 , 6 4 / 7789 , 122 4

/ × 2 = × 2 =

= π π τ d F

k kg/mm

58 = B σ

2

Untuk F diambil gaya yang paling besar dan d dapat dilihat pada lampiran A-12 Bahan baut diperkirakan dari baja liat 0,32 %C kg/mm2

2857 , 8 7 58 = = a σ

dan Sf = 7, maka kg/mm 1429 , 4 2857 , 8 5 ,

0 × =

= a τ 2 kg/mm τ

τ >a

2


(64)

RHA RVA A 20° RG Cacing Fs Fn B RVB RHB

Ft = 28,8992 kg 85

85

4.5 Analisa umur bantalan

Bantalan yang digunakan pada ulir cacing adalah bantalan gelinding 6205.

Gambar 4.1 Reaksi tumpuan 0 170 . 85 . . − = =

ΣMA FS RB

2592 , 5 170 85 20 tan 8992 , 28 170 85 . 20 tan = × × = = Ft

RB kg

0 85 . 170 . + . = =

ΣMB RA FS

2592 , 5 170 85 20 tan 8992 , 28 170 85 . 20 tan − = × × − = − = Ft RA

Maka Fr = RA + RB – Fs = -Ft tan 20º = -10,5189 kg Tanda minus menunjukan arah gaya kebawah.

Bila diasumsikan tidak ada beban secara aksial (Fa), maka beban ekivalen dinamisnya adalah :

XVFr =

Pr

Untuk X diambil 0,56 dan V = 1,2 (lihat tabel 2.7)

0684 , 7 5184 , 10 2 , 1 56 ,

0 × × =

=


(65)

Faktor kecepatan dapat dihitung dengan persamaan (2.45) : 2862 , 0 1420 3 , 33 3 1 =       = fn

Faktor umur (fh) :

P C f fh= n

Untuk nilai C dapat dilihat pada tabel (2.8), maka : 5441 , 44 0684 , 7 1100 2862 ,

0 × =

= h f

Umur nominal (Lh) :

7 3 10 5 , 4 5441 , 44

500× = ×

=

Lh jam

4.6 Analisa defleksi pada rangka batang

Rangka batang mendapat beban dari tabung pendingin, berat tabung (W) diperkirakan 120 kg, maka tiap rangka mendapat beban :

30 4 120

= =

P kg

Reaksi tumpuannya adalah :

15 2 / 30 = = =RB

RA kg

Momen lentur yang terjadi dapat dihitung dari persamaan (2.48) :

4575 4 610 30× = mak

M kg.mm

Rangka batang menggunakan pelat profil L 40, maka :

20 2 /

40 =

=

Y mm

sedangkan untuk momen inersia penampang siku adalah sebagai berikut (perhatikan gambar 2.5) :


(66)

120 3 40

1 = × =

A mm2, A2 =(40−3)3=111 mm

231 3

3 40

2× × − 2 =

= tot A 2 mm 5 , 1 2 / 3

1 = =

C

2

mm, 3 21,5

2 3 40

2 + =

− = C mm 1104 , 11 231 ) 5 , 21 111 ( ) 5 , 1 120 ( = × + × = C mm

d1 = 11,1104 –3/2 = 9,6104 mm

d2 90 3 40 12 1 3

1 = × =

Iz

= 21,5 – 11,1104 = 10,3896 mm Untuk momen inersia :

mm4 40 3 16000

12

1 3

2 = × =

Iz

, mm

39155 ) 3896 , 10 111 16000 ( ) 6104 , 9 120 90

( + × 2 + + × 2 =

= I 4 mm 3369 , 2 39155 20 4575 = × = mak σ 4

Untuk tegangan lentur yang timbul dapat dihitung dari persamaan (2.49) kg/mm 016 39155 10 27 , 2 48 610 30 4 3 = × × × × = mak y 2

untuk defleksi yang terjadi dapat dihitung dari persamaan (2.52) : mm


(67)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Bedasarkan perhitungan dan perencanaan yang dilakukan maka hasil kesimpulanya sebagai berikut ;

1. Spisifikasi Perencanaan

a. Jenis fluida yang diaduk Cairan kental (adonan es krim) b. Kapsitas Tabung 4 kg berat adonan es krim c. Sistem transmisi Puli dan roda gigi

2. Konstruksi alat

a. Daya motor penggerak ¼ Hp

b. Putaran motor penggerak 1420 rpm c. Putaran tabung es krim 60 rpm

d. Ukuran tabung Ø 9” × 40 cm

e. Bahan tabung es kirm Pelat talang

f. Rangka dudukan Pelat Profil L 40

3. Sistem transmisi

a. Sistem transmisi Puli dan Roda gigi

b. Ukuran puli 3 dan 4 inchi

c. Ukuran sabuk Tipe B 38 dan 27 inchi

d. Jenis roda gigi Roda gigi cacing dan kerucut e. Ratio roda gigi cacing 1:20


(68)

4. Poros dan bantalan

a. Diameter poros motor 15 mm

b. Diameter poros ulir cacing 20 mm c. Diameter poros roda cacing 20 mm d. Diameter poros roda gigi kerucut 20 mm e. Bahan poros roda gigi kerucut St 37

f. Bantalan poros ulir cacing Bantalan gelinding No. 6205

5. Proses perakitan

Proses perakitan alat harus disesuaikan dengan gambar kerja yang telah dibuat dan proses sambungan rangka dilakukan dengan pengelasan.

5.2 Saran

1. Sebaiknya digunakan bahan untuk membuah tabung adonan es krim yang lebih baik seperti stailesstel untuk menghindari korosi


(69)

DAFTAR PUSTAKA

1. J. La Heij. Ilmu menggambar bangunan mesin. Cetakan ke-8. PT. Pradya paramitra. Jakarta. 1999.

2. Shigley, Joseph E. Perencanaan Teknik Mesin. Edisi ke-4. Erlangga. Jakarta. 1983.

3. Sularso dan Kiyokatsu Suga, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Pradnya Paramita: Jakarta, 1994

4. Timoshenko,S. Dasar-dasar Perhitungan Kekuatan Bahan, Penerbit Restu Agung.

5. Artikel Departement Kesehatan Republik Indonesia, 2007 6. Artikel Kimia@net Portal Kimia Indonesia ,2007


(70)

LAMPIRAN

Lampiran A-1 tegangan lentur yang diizinkan σba (kg/mm2) Bahan roda gigi cacing Pembebanan satu

arah

Pembebanan dua arah

Besi cor 8,5 5,5

Perunggu untuk roda gigi 17 11

Perunggu antimon 10,5 7

Damar sintetis 3 2

(Sularso;elemen mesin;hal279)

Lampiran A-2 Faktor bentuk roda gigi cacing (Y) Sudut tekanan nominal Faktor bentuk (Y)

14,5º 0,100

20 º 0,125

25 º 0,150

30 º 0,175

(Sularso;elemen mesin;hal279)

Lampiran A-3 faktot tahan aus (Kc)

cacing Roda gigi cacing Kc (kg/mm2)

Baja (kekerasan HB 250) Perunggu forfor 0,042

Baja celup dingin Besi cor 0,035

Baja celup dingin Perunggu fosfor 0,056

Baja celup dingin Perunggu fosfor yang dicil 0,085

Baja celup dingin Perunggu antimon 0,085

Baja celup dingin Damar sintetis 0,087

Besi cor Perunggu fosfor 0,106


(71)

Lampiran A-4 faktot sudut kisar ()

Sudut kisar Kγ

 10 < γ 1   25 10 − = γ 1,25  25 > γ 1,50

(Sularso;elemen mesin;hal279)

Lampiran A-5 Tegangan lentur dan tegangan kontak yang diizinkan (roda gigi

kerucut)

Bahan Perlakuan panas

Kekerasan permukaan minimum

Tegangan lentur yang diizinkan(kg/

mm2)

Tegangan kontak yang diizinkan(kg

/mm2)

HB HRC

Baja

Celup dingin sementasi Celup dingin sementasi Celup dingin frekuensi tinggi Celup dingin dan temper Celup dingin dan temper Celup dingin dan temper

625 575 500 440 300 180 60 55 50 22,7 22,7 10,2 18,9 14,4 10,2 189 151 144 144 102 92 Besi cor Pengecoran Pengecoran Pengecoran 200 175 - 5,3 3,1 2,0 49 38 23

(Sularso;elemen mesin;hal271)

Lampiran A-6 faktor dinamis roda gigi kerucut Kecepatan keliling

(v) m/s

Faktor dinamis (Kv, Cy) 5-10

10-15 Roda gigi kerucut dengan

ketelitian tinggi

0,866-0,800 0,800-0,784 Roda gigi kerucut dengan

ketelitian rendah

5-10 10-15

0,666-0,552 0,552-0,480 (Sularso;elemen mesin;hal271)


(72)

Lampiran A-7 faktor beban lebih Ko, Co

Sisi penggerak Sisi yang digerakan

Tanpa tumbukan Tumbukan sedang Tumbukan berat

Tanpa tumbukan 1,00 1,25 1,75

Tumbukan sedang 1,25 1,50 2,00

Tumbukan berat 1,50 1,75 2,25

(Sularso;elemen mesin;hal271)

Lampiran A-8 Koefesien geometri (J) untuk roda gigi kerucut lurus dengan sudut tekan 20º dan sudut poros 90º

Jumlah gigi dari roda gigi yang akan ditentukan faktor gemetrinya

Jumlah gigi dari roda-roda gigi yang berpasangan

Faktor geometri (J)

16 10 0,172

10 16 0,168

(Sularso;elemen mesin;hal272)

Lampiran A-9 faktor pembagi beban Km, Cm

Pinion dan roda gigi kedua-duanya memakai bantalan

dua ujung

Salah satu dari pinion atau roda gigi memakai bantalan satu

ujung

Pinion dan roda gigi kedua-duanya memakai bantalan

satu ujung

Roda gigi reduksi umum 1,00-1,10 1,10-1,25 1,25-1,40

Otomobil 1,00-1,10 1,10-1,25 ---

Kapal terbang 1,00-1,25 1,10-1,40 1,25-1,50


(73)

Lampiran A-10 koefesien elastis Cp

Bahan roda gigi

Bahan pinion

Baja

E = 2,27 × 10-4 (kg/mm2)

Besi Cor

E = 1,44 × 10-4 (kg/mm2)

Baja 74,2 64,9

Besi cor 64,2 59,6

(Sularso;elemen mesin;hal272)

Lampiran A-11 faktor geometri (I)

Jumlah gigi pinion Jumlah gigi roda gigi Faktor geometri (I)

10

10 0,050

15 0,055

20 0,060

20

10 0,048

15 0,056

20 0,062


(1)

Lampiran A-4 faktot sudut kisar ()

Sudut kisar Kγ

 10 < γ 1   25 10 − = γ 1,25  25 > γ 1,50

(Sularso;elemen mesin;hal279)

Lampiran A-5 Tegangan lentur dan tegangan kontak yang diizinkan (roda gigi kerucut)

Bahan Perlakuan panas

Kekerasan permukaan minimum

Tegangan lentur yang diizinkan(kg/

mm2)

Tegangan kontak yang diizinkan(kg

/mm2)

HB HRC

Baja

Celup dingin sementasi Celup dingin sementasi Celup dingin frekuensi tinggi Celup dingin dan temper Celup dingin dan temper Celup dingin dan temper

625 575 500 440 300 180 60 55 50 22,7 22,7 10,2 18,9 14,4 10,2 189 151 144 144 102 92 Besi cor Pengecoran Pengecoran Pengecoran 200 175 - 5,3 3,1 2,0 49 38 23

(Sularso;elemen mesin;hal271)

Lampiran A-6 faktor dinamis roda gigi kerucut Kecepatan keliling

(v) m/s

Faktor dinamis (Kv, Cy)

5-10 10-15 Roda gigi kerucut dengan

ketelitian tinggi

0,866-0,800 0,800-0,784 Roda gigi kerucut dengan

ketelitian rendah

5-10 10-15

0,666-0,552 0,552-0,480 (Sularso;elemen mesin;hal271)


(2)

Lampiran A-7 faktor beban lebih Ko, Co

Sisi penggerak Sisi yang digerakan

Tanpa tumbukan Tumbukan sedang Tumbukan berat

Tanpa tumbukan 1,00 1,25 1,75

Tumbukan sedang 1,25 1,50 2,00

Tumbukan berat 1,50 1,75 2,25

(Sularso;elemen mesin;hal271)

Lampiran A-8 Koefesien geometri (J) untuk roda gigi kerucut lurus dengan sudut tekan 20º dan sudut poros 90º

Jumlah gigi dari roda gigi yang akan ditentukan faktor gemetrinya

Jumlah gigi dari roda-roda gigi yang berpasangan

Faktor geometri (J)

16 10 0,172

10 16 0,168

(Sularso;elemen mesin;hal272)

Lampiran A-9 faktor pembagi beban Km, Cm

Pinion dan roda gigi kedua-duanya memakai bantalan

dua ujung

Salah satu dari pinion atau roda gigi memakai bantalan satu

ujung

Pinion dan roda gigi kedua-duanya memakai bantalan

satu ujung Roda gigi reduksi umum 1,00-1,10 1,10-1,25 1,25-1,40

Otomobil 1,00-1,10 1,10-1,25 ---

Kapal terbang 1,00-1,25 1,10-1,40 1,25-1,50


(3)

Lampiran A-10 koefesien elastis Cp

Bahan roda gigi

Bahan pinion

Baja

E = 2,27 × 10-4 (kg/mm2)

Besi Cor

E = 1,44 × 10-4 (kg/mm2)

Baja 74,2 64,9

Besi cor 64,2 59,6

(Sularso;elemen mesin;hal272)

Lampiran A-11 faktor geometri (I)

Jumlah gigi pinion Jumlah gigi roda gigi Faktor geometri (I)

10

10 0,050

15 0,055

20 0,060

20

10 0,048

15 0,056

20 0,062

(Sularso;elemen mesin;hal273)


(4)

Lampiran A-12 Ukuran ulir Withworth


(5)

Lampiran A-13 Tegangan lentur yang diizinkan σa pada bahan roda gigi Kelompok bahan Lambang bahan Kekuatan tarik

σb (kg/mm2)

Kekerasan [Brinil] HB Tegangan lentur yang diizinkan

σa (kg/mm2)

Besi cor FC 15 FC 20 FC 25 FC 30 15 20 25 30 140-160 160-180 180-240 190-240 7 9 11 13 Baja cor SC 42 SC 46 SC 49 42 46 49 140 160 190 12 19 20 Baja karbon untuk konstruksi mesin

S 25 C S 35 C S 45 C

45 52 58 123-183 149-207 167-229 21 26 30 Baja paduan dengan pengerasan kulit

S 15 CK 50 400[dicelup

dingin dalam minyak] 30 SNC 21 SNC 22 80 100 600[dicelup dingin dalam minyak] 35-40 40-45 Baja khrom nikel SNC 1 SNC 2 SNC 3 75 85 95 212-255 248-302 269-321 35-40 40-60 40-60 Perunggu Logam delta Perunggu fosfor [coran] Perunggu nikel [coran] 18 35-60 19-30 64-90 85 - 80-100 180-260 5 10-20 5-7 20-30 Damar phenol,dll

- 3-5

(Sularso;elemen mesin;hal241)


(6)

Lampiran A-14 Konversi satuan AS yang umum ke satuan SI

(Joseph E. Shigley : Perencanaan Teknik Mesin : hal : 373)

Lampiran A-15 Konversi satuan SI ke satuan AS yang umum