bab ii tinjauan pustakaeprints.umm.ac.id/38985/3/bab ii.pdf · 2.2 tabung tabung merupakan bangun...
TRANSCRIPT
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Diapers
Diapers adalah popok sekali pakai berdaya serap tinggi, terbuat dari plastik
serta campuran bahan kimia untuk menampung sisa-sisa metabolisme seperti air
seni dan feses (Diena,2009).
Susunan dari popok sekali pakai antara lain bagian penyerap yang terletak
di antara dua lembar kain bukan tenunan. Bagian ini dirancang untuk menyerap
dan mempertahankan cairan, dan kain bukan tenunan membuat popok menjadi
nyaman dan membantu mencegah kebocoran. (A.M. Cottenden, 1998)
Saat ini popok sekali pakai dibuang begitu saja dan tidak dimanfaatkan.
Padahal dari teknologi dan ekonomi popok bisa dimanfaatkan dan digunakan.
Popok sekali pakai (diapers) tidak mudah terurai karena terbuat dari molekul
sodium polyacrylate. Sodium Polyacrylate adalah suatu polymer yang secara luas
yang digunakan pada berbagai produk Senyawa polimer tersebut mempunyai
kemampuan untuk menyerap sebanyak 200 – 300 kali massa nya di dalam air.
Acrylate polymers biasanya digunakan untuk reaksi yang bersifat anionic (Sri,
2010)
Gambar 2.1 Popok sekali pakai (Diapers)
6
2.2 Tabung
Tabung merupakan bangun ruang yang mempunyai dua sisi yang
kongruen dan sejajar yang berbentuk lingkaran serta sebuah sisi lengkung.
Gambar 2.2 Tabung
Keterangan :
r = jari-jari tutup / alas tabung
t = tinggi tabung
Rumus pada tabung
Volume tabung =
Luas alas =
Luas permukaan tabung =
2.3 Perhitungan Momen Inersia Tabung
Besarnya daya untuk momen inersia dapat dihitung dengan persamaan :
Dimana :
m = massa
R = Jari-jari tabung
I = Momen inersia (kg.m2)
2.4 Teori Dasar Tegangan
Hukum Hooke merupakan dasar dari perhitungan tegangan suatu benda
atau material. Hukum Hooke memiliki rumus sebagai berikut :
Tegangan = Modulus Elastisitas x Regangan
7
σ = ε x E…...
dimana :
σ = tegangan (Pa)
ε = modulus elastisitas / modulus young (Pa)
E = regangan
Gambar 2.3 Contoh Bentuk Regangan
dimana:
lf = panjang akhir material (m)
lo = panjang awal material sebelum diberi beban (m)
2.4.1 Tegangan Dalam Pipa
Tegangan dalam pipa arahnya bergerak mengikuti arah sumbu dengan
prinsip sebagai berikut:
• Tegangan longitudinal
Tegangan longitudinal (SL) atau tegangan aksial ialah tegangan yang arahnya
sejajar dengan sumbu longitudinal. Hasil tegangan ini dinyatakan positif ketika
tegangan yang terjadi ialah tegangan tarik negative. Gaya yang disebabkan oleh
tegangan longitudinal ialah gaya aksial dan bending.
• Akibat gaya aksial :
…………..(Ap- Greid & Gas Design Course, hal.15)
Dimana :
Fax = Gaya aksial (N)
Am = Luas penampang material dimana π.dm.t (m2)
dm = Diameter rata rata pipa dimana (m)
8
d0 = Diameter luar pipa (m)
d1 = Diameter dalam pipa (m)
• Akibat gaya tekanan pipa
…………..(Ap- Greid & Gas Design Course, hal.15)
Dimana :
P = Tekanan dalam aksial
Ai = Luas penampang pipa
• Akibat momen lendutan (momen bending)
…………..(Ap- Greid & Gas Design Course, hal.16)
Dimana :
C = Jarak seumbu netral ke titik yang diamati (m)
Ɩ = Momen inersia dari penampang pipa (m)
Mb = momen lendutan pada sebuah penampang (kg/mm2)
Tegangan ini disebut juga tegangan lendutan
Tegangan ini paling besar jika, C = Ro, yaitu :
Dimana :
Ro = Radius luar pipa (m)
Z = modulus luar permukaan (kg/mm2)
Jadi total keseluruhan tegangan longitudinal
σSL = …..(Ap- Greid & Gas Design Course, hal.17)
9
• Tegangan sirkumferensial
Tegangan ini terjadi apabila arahnya sejajar dengan sumbu sirkum, nama
lain tegangan sirkum ini adalah tegangan hoop atau tegangan tangsial (SH).
Tegangan ini cenderung positif sehingga ada kemungkinan untuk
membelah pipa menjadi dua. Tegangan ini dihitung dengan menggunakan
persamaan lame :
SH = …………..(Ap- Greid & Gas Design Course, hal.18)
Dimana :
R0 = radius luar pipa (m)
R1 = radius dalam pipa (m)
R = jarak radius titik yang sedang diperhatikan
Secara sederhana apabila penggunaan pipa tipis dilakukan penyederhanaan
rumus tegangan pipa tangensial yang bekerja di dalam pipa, yaitu :
• Akibat tekanan sepanjang pipa (F = P.di , Z ditahan oleh pipa seluas
Am = 2t )
SH = …………..(Ap- Greid & Gas Design Course, hal.18)
Lebih sederhana lagi menjadi :
SH =
Gambar 2.4 Tegangan Hoop pada Pipa
10
2.5 Menentukan Torsi
Torsi yang dialami oleh konveyor ulir dengan gerak searah dengan
jarum jam
Gambar 2.5 gaya yang terjadi pada poros ulir
Untuk menentukan torsi pada poros screw, maka akan dihitung
dengan rumus hukum Dinamika Rotasi
T = 𝝆 x r x Q
Dimana :
𝝆 = massa jenis
r = Radius poros
Q = Kapasitas Tabung
2.6 Kecepatan Putar Poros Tabung
ϑ =
Keterangan :
L = Panjang poros tabung
t = Waktu yang dibutuhkan
2.7 Menghitung Kecepatan Sudut
ω =
Dimana :
Ɵ
R
S
11
ϑ = Kecepatan putar poros
R = Jari-jari poros
2.8 Poros
Poros ialah salah satu Elemen Mesin yang berbentuk silindris memanjang
dengan penampang yang berbentuk lingkaran yang mempunyai fungsi
menyalurkan daya atau tenaga melalui putaran sehingga poros ikut berputar. Jadi,
poros bisa dikatakan transmisi atau penghubung dari sebuah elemen mesin yang
bergerak ke sebuah elemen mesin yang akan digerakan. Ada berbagai macam
penamaan poros, mulai dari shaft maupun axis ada juga yang menyebut poros
sebagai as namun disini as lebih berperan sebagai poros yang statis dan tidak ikut
berputar sebagai penyalur daya atau tenaga.
➢ Jenis – jenis Poros Pada Elemen Mesin
Ada beberapa jenis atau macam – macam poros bila ditinjau dari
spesifikasi masing – masing antara lain:
Jenis poros berdasarkan pembebanannya:
1. Poros Transmisi
Poros transmisi merupakan poros yang mengalami pembebabanan faktor
(torsi), pembebanan lentur murni, maupun kombinasi dari pembebanan
torsi lentur.
2. Spindel
Spindel merupakan poros transmisi yang memiliki dimensi lebih pendek
dengan pembebanan faktor saja. Contohnya : poros pada mesin perkakas.
3. Gandar
Gandar atau disebut juga poros roda yang biasa dijumpai pada roda
kereta api dan biasanya disebut dengan as.
➢ Jenis Poros Berdasarkan Bentuknya
1. Poros Lurus
2. Poros Engkol
3. Poros Luwes (Untuk trasmisi daya kecil)
Setelah kita mengetahui jenis – jenis serta penggunaan poros,
sekarang kita harus mengetahui bagaimana cara merancang poros yang
12
baik dan benar. Tetapi sebelum itu kita bahas dulu hal – hal penting yang
harus diperhatikan jika kita hendak merancang poros.
➢ 5 Hal Penting Yang Harus Diperhatikan Dalam Merancang
1. Kekuatan Poros
Kekuatan poros sangat penting dalam menentukan dan merancang
poros yang baik serta aman digunakan. Dengan melihat pembebanan
yang terjadi pada poros seperti beban 12actor, beban lentur, baban 12acto
kita dapat menentukan kekuatan poros yang sesuai. Selain itu kita harus
memerhatikan factor lainnya seperti kelelahan (fatigue), tumbukan, dan
kosentrasi tegangan.
2. Putaran Kritis Poros
Poros harus dirancang sedemikian rupa sehingga putaran kerja
yang dibutuhkan harus menjauhi putaran kritis dari poros itu sendiri.
Poros dapat dibuat bekerja di bawah putaran kritisnya ataupun di atas
putaran kritisnya untuk menghindari kegagalan.
3. Bahan Poros
Dari sisi teknis pemilihan bahan untuk pembuatan poros harus
memerhatikan ketersiaan bahan, biaya produksinya, serta
manufactureability atau kemampuan proses manufacturnya. Poros yang
berasal dari bahan yang langka di daerah kita serta membutuhkan
pekerjaan yang khusus akan menaikan harga produksi, oleh karena itu
perhatikan ketersediaan bahan poros di daerah sekitar.
4. Faktor Korosi
Penggunaan dan penempatan poros akan menentukan nilai korosi
pada poros. Oleh karena itu perhatikan penempatan poros agar 12actor
dapat dikurangi. Misal poros digunakan pada pompa mesin pompa air
laut maka poros tersebut harus lebih tahan korosi jika dibandingkan
dengan poros pada pompa air tawar. (Sularso,1991)
13
Tabel 2.1 Tabel baja karbon yang digunakan untuk konstruksi mesin dan baja
batang yang difinis dingin untuk poros.
Standar dan
macam
Lambang Perlakuan
panas
Kekuatan
Tarik
(kg/mm2)
Keterangn
Baja karbon
konstruksi
mesin (JIS G
4501)
S30C
S35C
S40C
S45C
S50C
S55C
Penormalan
Penormalan
Penormalan
Penormalan
Penormalan
Penormalan
48
52
55
58
62
66
Batang baja
yang difinis
dingin
S35C-D
S45C-D
S55C-D
-
-
-
53
60
72
Ditarik dingin,
digerinda,
dibubut, atau
gabungan antara
hal-hal tersebut
( Sularso, Dasar – dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin,
Pradya Pramita, Jakarta 1997 ).
Tabel 2.2 Jenis-jenis faktor koreksi berdasarkan data yang akan
ditransmisikan, fc.
Data yang ditransmisikan fc
Daya rata – rata yang diperlukan 1,2 – 2,0
Daya maksimum yang diperlukan 0,8 – 1,2
Daya normal 1,0 – 1,5
( Sularso, Dasar – dasar Perancangan dan Pemilihan Elemen Mesin,
Pradya Pramita, Jakarta 1997 ).
Pada perhitungan poros, yang akan dihitung adalah bahan dan diameternya.
Pertama harus diketahui Daya Motor (P) dan Putaran Motor yang
14
diinginkan, setelah itu tentukan bahan yang akan digunakan lihat tabel 1.1 ,
selanjutnya tentukan daya rencana dengan rumus
Pd = Fc × P
Keterangan :
Pd = Daya rencana (Kw)
Fc = Faktor koreksi
P = Daya (Kw)
Setelah mengetahui daya rencana selanjutnya menentukan momen 14actor atau
momen rencana
T = 9,74 × 105 ×
Tegangan izin dicari dengan menggunakan persamaan
τα =
Keterangan :
σB = kekuatan tarik izin
Sf1 = kekuatan keamanan dari bahan S-C dengan pengaruh masa
Sf2 = pengaruh kekasaran permukaan poros
Faktor koreksi untuk momen faktor Kt dan Faktor lenturan Cb / Km
Tabel 2.3 Menentukan nilai Km / Cb dan Kt
Jenis Pembebanan
1.1 Poros Tetap
a. Beban perlahan
b. Beban tiba – tiba
1.2 Poros yang berputar
a. Beban perlahan ataupun
tetap
Km / Cb
1.0
1.5 – 2.0
1.5
1.5 – 2.0
Kt
1.0
1.5 – 2.0
1.0
1.5 – 2.0
15
b. Beban tiba–tiba – kejutan
ringan
c. Beban tiba–tiba – kejutan
berat
2.0 – 3.0 1.5 – 3.0
Sumber : R.S., Khurmi dan Gupta J.K., 1982
Mencari diameter poros
Ds = 1/3
Poros dengan beban faktor
Mt = 71620
Dimana : N = daya yang ditransmisikan
Mt = momen torsi
n = putaran poros
Kekakuan Poros
Ɵ = 584
Dimana : ds = diameter poros
Ɵ = sudut defleksi (deg)
L = panjang
Mt = momen 15actor
izin = modulus geser
Gambar 2.6 Poros
16
2.9 Bantalan
Bantalan adalah bagian dari hal terpenting dalam perancangan.
Penggunaanya yang ditempatkan untuk menumpu poros dengan putaran atau
gerakan bolak baliknya dapat bekerja secara halus, aman dan ketahanan
umurnya. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi kinerja
mesin akan menurun drastis sehingga jauh dari kata optimal.
Bantalan yang dipakai adalah bantakan jenis gelinding. Untuk bantalan
ini akan terjadi gesekan poros yang berputar dengan bagian gelinding dalam
bantalan, yaitu bola (peluru).
1. Faktor kecepatan (fn)
fn = (sularso dan K Suga 1991)
2. Faktor umur (fh)
fh = fn . (Sularso dan Suga (1991 ; Hal 143)
Keterangan :
fh = Faktor umur bantalan
fn = Faktor kecepatan
C = Kapasitas nominal statis
P = Gaya yang bekerja pada
3. Umur nominal bantalan (Lh)
Lh = 500 . fh3 (sularso dan K Suga, 1991)
17
Gambar 2.7 Bantalan
2.10 Pulley
Pulley adalah bagian atau bagian terpenting dalam suatu rancangan
mesin. Berfungsi sebagai media Transmisi atau meneruskan tenaga dari
poros satu ke poros lain dengan menggunakan sabuk v-belt.
Pulley bisa dibuat dari bes cor, atau baja cor. Pulley dapat dibagi dalam
beberapa jenis diantaranya:
- Sheaves/V-Pulley, pulley ini sering sekali digunakan karena
kemudahan dalam sistem operasinya digerakan oleh v-belt.
- Variable Speed Pulley, pulley ini hanya digunakan untuk mengontrol
kecepatan mesin. Dengan Variasi kecepatan dari drive yang
memungkinkan menghemat tenaga dibandingkan dengan Teknik
kontrol aliran.
- Mi–Lock Pulleys, pulley ini biasanya digunakan untuk pegas rem
dengan keamanan operasional yang sangat tinggi, dapat diandalkan
ketika ada rem kejut atau pengeram secara tiba-tiba. Secara garis besar
fungsinya menahan kegagalan kinerja mesin.
18
- Timing Pulley, pulley yang di aplikasikan seperti katrol dimana sangat
membutuhkan gaya Tarik untuk material yang mempunyai kebutuhan
lebih spesifik.
Diameter pulley yang digerakkan:
D2 =
Dimana:
D2 = Diameter pulley yang digerakkan (mm)
D1 = Diameter pulley penggerak (mm)
n1 = Putaran pulley penggerak (rpm)
n2 = Putaran pulley yang digerakkan (rpm)
2.11 Sabuk V-Belt
Sabuk “V”pada umumnya terbuat dari karet serta mempunyai penampang
trapesium. Sabuk “V” dibelitkan di keliling alur puli yang berbentuk V pula.
Sabuk ini sering digunakan karena harga yang murah dan mudah penanganannya
serta dapat mentransmisikan daya yang besar pada tegangan yang relative rendah.
Faktor – faktor yang mempengaruhi perhitungan besarnya daya yang akan di
transmisikan ialah :
1. Kecepatan linier sabuk
2. Tegangan sabuk yang terjadi
3. Bentuk sisi kontak sabuk dan pulley
4. Kondisi sabuk yang dipakai
Bahan V – Belt:
1. Kulit
2. Anyaman benang
3. Karet
Jenis – jenis V – Belt:
a. Tipe standart; ditandai huruf A, B, C, D, & E
b. Tipe sempit; ditandai simbol 3V, 5V & 8V
c. Tipe untuk beban ringan ; ditandai dengan 3L, 4L, & 5L.
19
Gambar 2.8 Belt dan Pulley
Gambar 2.9 Bagian-bagian V – Belt
Gambar 2.10 Jenis – jenis sabuk V
Gambar 2.11 Tegangan pada pulley
20
a. Mencari panjang sabuk :
Dimana :
L = panjang sabuk (mm)
x = jarak sumbu poros (mm)
r1 = jari-jari poros kecil (mm)
r2 = jari-jari poros besar (mm)
b. Kecepatan sabuk :
Dimana:
V = Kecepatan sabuk (m/s)
Dp = Diameter puli penggerak (mm)
n = Putaran Puli penggerak (rpm)
2.12 Menghitung Kapasitas Pencacahan
• Volume Pemotongan 1 kali putaran
V = P x L x T
Dimana :
P = Panjang pisau tetap
L = Jarak antar pisau tetap
T = Lebar pisau tetap
• Kecepatan Kelling
Kecepatan keliling (Vp) = π x Dp x n
Dimana :
Dp = Diameter poros
n = Putaran poros
21
• Kapasitas Pencacahan secara teortis
• Kapasitas pencacahan secara teoritis
=Vp x (Tebal mata pisau potong x ∑mata pisau potong) x tebal diapers x
koefisien pemakanan x massa jenis