21 IV. PENDEKATAN RANCANGAN dan ANALISIS TEKNIK 4.1

IV. PENDEKATAN RANCANGAN dan ANALISIS TEKNIK
4.1. Rancangan Fungsional
Rancangan fungsional merupakan penjelasan mengenai fungsi-fungsi yang
ada, yang dilakukan oleh sistem atau dalam model pemisah ini merupakan
komponen penyusunnya. Dalam menentukan rancangan fungsional biasanya
dinyatakan dalam daftar fungsi kerja. Fungsi kerja merupakan rangkaian tahapantahapan proses/komponen hingga terpisahkannya bahan plastik, gambar 16.
Hopper
Lempeng Panas
Pendisribusian Tenaga
Scrubber
Media Penampung Akhir
Gambar 16. Diagram Rancangan Fungsional
Proses pemisahan dengan model alat ini diawali dengan proses
penampungan bahan plastik dan bahan organik ke dalam media penampung.
Selanjutnya bahan-bahan tersebut akan mengalir menuju silinder panas, yang
sedang berputar oleh putaran engkol.
Putaran dari silinder panas membantu
dalam pengaliran bahan-bahan yang ada dalam hopper. Panas yang ada pada
silinder diharapkan mampu membuat bahan plastik terekatkan dan mengikuti
putaran dari silinder panas tersebut dengan suhu terkontrol tertentu. Sedangkan
untuk bahan organik akan mengalir langsung menuju pada media penampungan
akhir bahan organik tepat diawal pergerakan dari silinder panas. Bahan plastik
akan terlepas kembali dengan adanya pemisah bahan plastik terhadap silinder
panas (scrubber). Bahan plastik yang telah terpisahkan dari silinder panas akan
jatuh kepada media penampung akhir bahan plastik.
21
4.1.1. Hopper
Hopper merupakan bagian dari komponen model pemisah bahan plastik
dan bahan organik, yang berfungsi sebagai kotak penampung bahan sebelum
disalurkan menuju proses pemisahan oleh silinder panas. Pada tahap ini bahan
plastik dan bahan organik masih tercampurkan. Hopper mempunyai peranan
penting dalam proses berjalannya bahan.
Desain hopper yang tidak sesuai
membuat terjadi penumpukan bahan dan mengganggu proses pemisahan
dikarenakan penumpukan tersebut membuat panas yang digunakan untuk
pemisahan tidak mengenai bahan plastik tersebut.
Gambar 17. Hopper
4.1.2. Silinder Panas
Silinder panas merupakan komponen utama dari model pemisah penelitian
ini. Silinder panas, tersusun oleh tiga buah komponen yakni silinder, heater dan
poros ass. Silinder berfungsi untuk menyerap aliran panas yang berasal dari
heater. Pada perancangannya heater yang digunakan adalah heater pelat agar
didapat perambatan panas yang merata terhadap silinder. Beban keseluruhan
silinder dan heater akan ditopang oleh poros ass yang terhubung terhadap rangka.
Untuk membantu perputaran silinder digunakan pillow block untuk kemudahan
perputaran silinder panas tersebut.
22
Gambar 18. Komponen Silinder Panas
Suhu permukaan silinder dikontrol dengan menggunakan thermokontrol
yang dirangkaikan dengan kontaktor sebagai penyelaras (relay) tegangan arus
besar.
Pengkontrolan suhu terkontrol yang dilakukan oleh thermokontrol,
dilakukan dengan menghidup-matikan kinerja heater atas pembacaan suhu yang
dilakukan. Pembacaan suhu yang dilakukan oleh thermokontrol didapat dari
pembacaan suhu thermocouple pada permukaan silinder. Dalam piranti
pengkontrolan ini juga menggunakan lampu indikator dan saklar sebagai pemutus
dan penyambung arus listrik pada sistem. Keseluruhan piranti tersebut diletakkan
pada kotak kerja untuk menjaga keselamatan kerja.
Gambar 19. Priranti Pengkontrolan Suhu.
23
4.1.3. Engkol
Engkol merupakan komponen yang digunakan untuk untuk membantu
memutarkan silinder panas. Engkol terhubung dengan poros ass pada silinder
panas. Pemutaran engkol akan membuat poros ass berputar, begitu juga dengan
silinder panas.
Gambar 20. Engkol
4.1.4. Pemisahan Plastik Terhadap Silinder Panas (Scrubber)
Scrubber merupakan komponen yang berfungsi untuk memisahkan/
melepaskan kembali plastik yang terekatkan pada silinder panas. Scrubber dalam
rancangan diletakkan pada bagian terdekat terhadap silinder panas dan berlawanan
terhadap arah jatuhnya bahan. Scrubber dirancangkan memiliki pengaturan jarak
antara scrubber dan permukaan silinder.
Gambar 21. Scrubber
24
4.1.5. Media Penampungan Akhir
Media penampungan akhir merupakan media penampung bahan plastik
dan bahan organik setelah proses pemisahan.
Terdapat dua buah media
penampung akhir yang terpisahkan, salah satu untuk bahan organik dan lainnya
untuk bahan jenis plastik. Media yang digunakan adalah wadah plastik (ember)
sederhana dikarenakan kapasitasnya yang masih bentuk model.
Gambar 22. Media Penampung Akhir
4.2. Rancangan Struktural
Rancangan struktural merupakan salah satu bagian dari keseluruhan proses
perancangan model penelitian ini. Proses perancangan struktural dapat dibedakan
dalam dua tahap.
Tahap prtama adalah desain umum, yaitu pemilihan tipe
struktur dari berbagai alternatif yang memungkinkan seperti tata letak struktur,
geometri atau bentuk, dan material yang digunakan secara tentatif. Tahap kedua
adalah desain terinci, yaitu penentuan dimensi keseluruhan dan elemen struktur
lainnya.
4.2.1. Rangka
Rangka adalah komponen yang berfungsi untuk menopang beban
keseluruhan model alat ini. Perakitan rangka ini dituntut dapat menopang beban
keselurahan dari model pemisah ini dan juga beban kerja saat proses pemisahan.
Dalam perakitannya rangka akan dibuat dengan menggunakan bahan besi siku 4
cm x 4 cm x 4 mm yang dirangkai seperti pada lampiran 3.
25
4.2.2. Hopper
Hopper yang berfungsi untuk menampung bahan tahap awal, dalam
rancangan strukturalnya akan dibuat dengan menggunakan bahan pelat besi dua
mm, yang akan dibentuk seperti gambar yang disajikan pada lampiran 4. Sifat
bahan plastik dan bahan organik yang ringan, membutuhkan kemiringan yang
besar agar bahan-bahan tersebut dapat teralirkan dengan baik.
4.2.3. Silinder Panas
Seperti yang telah disebutkan pada rancangan fungsional, silinder panas
merupakan komponen terpenting dari model pemisahan penelitian kali ini.
Silinder panas tersusun oleh tiga komponen penting yakni silinder, heater dan
poros ass. Pada rancangan struktural silinder ini, permukaan silinder akan dibuat
dengan menggunakan bahan pelat besi dengan ketebalan dua mm. Pelat besi
tersebut akan dibentuk menjadi sebuah silinder dengan dimensi; diameter 318.5
mm dan tinggi 365 mm. Ukuran dari silinder merupakan penyesuaian terhadapan
ukuran dari heater yang digunakan agar didapat perambatan panas yang baik.
Adapun heater yang digunakan adalah heater pelat 2000 watt dengan dimensi 1 m
x 355 mm. Heater ini diletakan pada bagian dalam dari silinder dan diletakan
menempel pada permukaan silinder. Tutup dari silinder dibuat dengan bahan yang
berbeda dari permukaan silinder, bahan yang digunakan adalah besi pelat lima
mm. Bahan tutup silinder dibuat dengan menggunakan bahan lebih tebal
dikarenakan untuk mengurangi terjadinya pemuaian akibat proses penglasan pada
penyambungan permukaan silinder dan tutup silinder.
Gambar 23. Heater Pelat
26
Pada bagian silinder panas ini, beban dari sillinder dan beban kerja proses
yang ada pada silinder akan ditopang dengan menggunakan poros ass satu inchi.
Poros ass pada pergerakan silinder ini juga dibantu oleh pilow block satu inchi
dengan diameter bantalan 50 mm. Ukuran dari bahan poros ass dan bantalan
merupakan hasil perhitungan yang dapat dilihat pada bagian analisis teknik.
Rancangan struktural dan dimensi keseluruhan dari komponen silinder panas
dapat dilihat pada lampiran 5.
Dalam perangkaian heater dan silinder, heater yang berada pada bagian
dalam silinder membuat dibutuhkannya pengantar arus listrik khusus. Silinder
dan heater yang berputar, membutuhkan pengantar arus listrik yang tidak
menyebabkan kabel listrik terhadap heater tidak terlilit akibat putaran silinder
tersebut. Pengantar arus listrik ini dimaksudkan untuk menghindari adanya aliran
listrik pada permukaan dan badan dari silinder, gambar 24.
Gambar 24. Metode Pengantaran Arus Listrik Pada Heater
Prinsip dari pengaliran arus lisrik ini adalah adanya dua pasang cincin
yang bergesekan dimana sepasang cincin berputar seiring putaran silinder dan
yang cicin lain diam yang terhubung terhadap arus listrik masuk. Kedua cincin
yang bergesekan menyebabkan pengaliran listrik tetap bisa dilakukan.
Penggunaan teflon (bagian berwarna putih pada gambar 24), digunakan sebagai
isolator terhadap arus positif dan negatif yang mengalir menuju heater. Selain itu
dalam perangkaiannya juga menggunakan penghubung listrik dari keramik antar
kabel heater dan kabel listrik penghubung lainnya. Penghubung dari keramik ini
digunakan untuk menghindari adanya aliran panas yang mengalir terhadap kabel
pengantar yang membuat lelehnya pelindung yang ada pada kabel pengantar.
27
Pada silinder panas ini, suhu permukaan silinder akan dikontrol dengan
menggunakan thermokontrol tipe Omron e5cwt, dalam menghidup dan
mematikan heater. Thermokontrol tipe ini terdiri dari sepuluh buah port yang
memiliki fungsi yang berbeda. Skema mengenai thermokontrol ini dapat dilihat
pada gambar 25.
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
+
-
Not
Used
Gambar 25. Skema Port Thermokontrol
Masukan data suhu pada thermokontrol adalah pembacaan yang dilakukan
oleh thermocouple terhadap permukaan silinder. Pada model alat ini peletakan
thermocouple juga membutuhkan suatu metode peletakan khusus agar
thermocouple dapat selalu membaca permukaan silinder tersebut.
Pada
peletakannya membutuhkan suatu kerja per pegas agar ujung permukaan
thermocouple dapat selalu menempel pada permukaan silinder, gambar 26.
Thermocouple
Dudukan Pegas
Pegas
Dudukan scrubbing
Gambar 26. Keterangan Peletakan Akan Thermocouple
Pada silinder panas ini, perangkaian thermokontrol dan heater akan
dihubungkan dengan kontaktor sebagai relay antara kedua komponen tersebut.
Kontaktor yang digunakan adalah tipe Mitsubishi S-N20, 32 ampere. Perangkaian
ketiga komponen ini dapat dilihat pada gambar 27 dibawah ini.
28
+
LAMPU
+
SAKLAR
A1
1
A2
2
3
KONTAKTOR
4 5 6
6
7
8
10
1 2 3 4 5
TERMOKONTROL
+
+
PORT PENGHUBUNG
+
HOME
9
+
TERMOCOUPLE
+
HEATER
Gambar 27. Rangkaian Piranti Kontrol Suhu.
4.2.4. Engkol
Engkol diperlukan untuk memutarkan silinder panas ketika proses
pemisahan. Fungsinya yang digunakan untuk untuk memutakan silinder panas,
dalam perakitannya engkol akan dirangkaikan pada poros ass silinder panas.
Bahan yang digunakan pada komponen engkol mengikuti bahan poros ass yakni
besi ass satu inchi. Dimensi perancangan engkol dapat dilihat pada lampiran 6.
4.2.5. Pemisah Plastik dari Silinder Panas (Scrubber)
Scrubber berfungsi untuk mengangkat bahan plastik yang terekatkan pada
permukaan silinder setelah proses pemisahan. Dalam perancangannya bahan yang
digunakan adalah besi siku yang ditambahkan dengan sebuah pelat besi yang telah
dilapisi lembaran teflon. Jarak antar besi siku dan permukaan silinder dapat diatur
agar proses pengangkatan bahan plastik pada silinder dapat dilakukan dengan baik
dengan penyesuaian jarak tersebut. Penambahan lembaran teflon pada pelat besi
dalam scrubber ini, agar proses pemisahan dapat dilakukan lebih baik. Sifatnya
yang elastis, dapat berfungsi sebagai sapu terhadap permukaan silinder yang telah
terekatkan oleh plastik.
29
4.2.6. Media Penampung Akhir
Media penampung akhir adalah komponen yang berfungsi untuk
menampung bahan plastik dan bahan organik setelah proses pemisahan. Pada
model pemisah ini, media penampung terdiri dari dua buah wadah yang
terpisahkan. Peletakan media penampung ini, diletakan pada bagian bawah dari
silinder panas tersebut. Media penampung untuk bahan organik diletakkan pada
bagian awal dari putaran silinder. Media penampung bahan plastik diletakkan
pada setengah bagian sisi lain dari silinder.
4.3. Analisis Teknik
Perhitungan/analisis teknik dalam proses rancang bangun merupakan
perhitungan terhadap penggunaan bahan yang baik digunakan, dan juga
komponen penting yang diperlukan pada proses rancang bangun itu sendiri.
Dalam penelitian ini, analisis teknik diperlukan sebagai pengukuran kebutuhan
tenaga yang diperlukan dalam proses dan juga ukuran bahan yang diperlukan pada
kompen terpenting yakni batang poros ass. Poros ass pada silinder yang berfungsi
menopang beban dari silinder dan beban proses memerlukan perhitungan dengan
baik pada penentuan bahannya agar tidak menimbulkan masalah ketika proses
pemisahannya.
Hasil dari perhitungan analisis teknik digunakan sebagai
pertimbangan perlu tidaknya penggunaan motor listrik dalam penggunaan alat dan
juga ukuran poros yang sesuai. Perhitungan mengenai kebutuhan dan jenis bahan
lain tidak dilakukan dikarenakan bahan disesuaikan dengan ketersedian bahan dan
fungsional alat dalam proses pabrikasi.
Diketahui :
a. Rpm
: 30 rpm (putaran konstan)
b. Berat heater
: 3.6 Kg
c. Kemampuan hopper
: 0.5 Kg (assumsi awal)
d. Persamaan Konfersi
: P (m) x 0.0785 x L (mm) x T (cm)
e. Berat pelat silinder
: 1 m x 0.0785 x 365 mm x 0.2 cm = 5.73 Kg
f. Beban tutup siinder
: π x 0.159 m x 159 mm x 0.0785 x 0.5 cm
: 3. 123 Kg.
Perhitungan :
g. Beban total poros
: 3. 123+5.73+3.6 = 12.95 Kg ≈ 13 Kg
a. Kecepatan Silinder (v)
: 2xπxRxN
: 2 x π x0.159 m x 1 rps
: 0.499m/s≈0.5m/s
30
b. Daya yang dibutuhkan (P)
: Fxv
: (13 Kg x 9.8 N/Kg) N x 0.5m/s
: 63.7 watt = 0.0637 Kw = 0.085 Hp (Alasan
mengapa
hanya
menggunakan
tenaga
manusia).
c. Faktor koreksi (Fc)
: 1.5
(Karena
dibutuhkan
menggunakan
dan
daya
perkiraan
yang
adanya
pembebanan akibat faktor gesekan yang ada
pada alat).
d. Daya rencana (Pd)
: P x Fc
: 0.0637 Kw x1.5 = 0.0955 Kw = 0.128 Hp
e. Momen putir rencana (T)
:
:
: 3100.57 Kg.mm ≈ 3101 Kg.mm
f. Assumsi bahan poros
: S35C
: σb = 52 (Dasar Perencanaan dan Pemilihan
Elemen Mesin, hal 3).
: F1 = 6 (Dipilih karena bahan S-C).
: SF2 = 1.5 (Karena bahan tidak halus dan tidak
ada faktor bertangga).
g. Tegangan Geser (τa)
: σb / (SF1 x SF2 ).
: τa = 52 / (6 x 1.5) = 5.78 Kg/mm2.
h. Assumsi (Kt)
: 1.5 (faktor kejutan/ tumbukan).
i. Assumsi (Cb)
: 1 (Tidak adanya faktur lenturan).
j. Diameter Poros (ds)
:
:
= 6.01 mm
: Diameter yang digunakan 25.4 mm = 1 inchi
k. Assumsi Bantalan
: 50 mm
l. Assumsi Alur Pasak
: 5 x 3 x 0.25 (fillet = C)
m. Jari-jari fillet
: (50-25.4)/2 = 1.96 mm
Faktor Koreksi: a. Nilai (α)
: 0.25 / 25.4 = 0.0098
: α = 3.15 (Grafik faktor konsentrasi tegangan
α, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin, hal 9).
31
b. Nilai (β)
: 1.96 / 25.4 = 0.0077
: 50 / 25.4 = 1.9
: β = 3.15 (Grafik faktor konsentrasi tegangan
β, Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen
Mesin, hal 11).
:α>β
c. Tegangan Geser (τ)
: 5.1 T / ds1/3
: 5.1 x 3101 / 25.41/3
: 0.965 Kg / mm2
d. τa x (SF2/ α atau β)..(1)
: 5.78 Kg / mm2 x ( 1.5/ 3.15) = 2.752 Kg /
mm2
e. τ x Cb x Kt… (2)
: 0.965 x 1 x 1.5 = 1.4475 Kg / mm2
Analisis Bahan Mencukupi Karena (1) > (2)
Kesimpulan :
a. Bahan Poros
: Besi Baja SC35.
b. Diameter Poros
: 25.4 mm = 1 inchi.
c. Diameter Bantalan
: 50 mm.
d. Sumber Tenaga
: Manusia.
32