BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1
Mesin Pemotong Rumput
Alat pemotong rumput adalah mesin yang digunakan untuk memotong rumput
atau tanaman. Mesin ini biasa digunakan untuk merapikan taman dan juga untuk
membersihkan ladang dari rumput ilalang atau rumput jenis lainya.(Nofriady. H,
2013). Alat ini diperlukan untuk membantu melakukan perawatan terhadap lingkungan
sekitar yang ingin dikelola. Pada perancangan ini, penulis melakukan pemilihan
terhadap jenis-jenis mesin potong yang akan digunakan. Dan memiliki kriteria yang
dapat diputarkan menggunakan motor elektrik, penggerak dihubungkan secara
langsung dengan pisau potong sehingga tidak memerlukan transmisi dan putaran yang
dihasilkan tergantung spesifikasi morotor yang digunakan. Selanjutnya pisau
pemotong harus menggunakan material yang kuat dan tahan benturan.
Beberapa jenis alat potong rumput yang sudah banyak digunakan dikehidupan
kita dan tersedia dipasaran.
6
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
7
No
1
Tabel 2.1 Mesin potong rumput yang banyak digunakan
Tipe
Deskripsi
Model dorong
Mesin potong jenis ini hanya digunakan dalam bidang
permukaan tanah yang rata Mesin tersebut dapat
(Gambar 2.3)
memotong rumput sampai pinggir sesuai jalur roda
Pemotong rumput model dorong hanya memiliki satu
model pisau pemotong berupa blade (piringan) yang
berbentuk segi empat. Satu mesin model dorong punya
dua piringan itu.
2
Model gendong
Mesin tipe ini cocok untuk lapangan ataupun halaman
(Gambar 2.1 dan
Gambar 2.2 )
yang berpermukaan tanah bergelombang dan tak rata.
Mesin tersebut memiliki gagang besi yang panjang
dan alat pemotong yang tajam. Untuk mesin
pemotong rumput model gendong, ada tiga macam
pisau yaitu model palang, bulat bergigi delapan, dan
bulat bergigi 80. Model palang digunakan untuk
memotong rumput besar seperti alang-alang, rumput
gajah, dan lain-lain. Model bulat bergigi delapan bisa
untuk memangkas semak-belukar. Model bulat
bergigi 80 dipakai untuk memotong tumbuhan yang
lebih besar.
Gambar 2.1 Mesin potong rumput gendong listrik ("Mesin Potong
Rumput Gendong," 2016)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
8
Gambar 2.2 Mesin potong rumput gendong("Mesin Potong Rumput Gendong," 2016)
Gambar 2.3 Mesin potong rumput dorong ("Mesin Potong Rumput Dorong," 2016)
Dalam perancangan Alat Pemotong rumput ini perlu dilakukan penghitungan
beban yang bekerja pada komponen-komponen utama pembentuknya antara lain :
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
9
Perhitungan yang digunakan dalam merancang poros utama yang mengalami
beban puntir dan beban lentur antara lain:
2.1.1
Torsi Mesin
Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi
adalah suatu energi. Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan
untuk menghitung energi yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya.
Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F,
benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar r, maka besar torsi adalah:
T = torsi (N.m)
𝑇=𝐹𝑥𝑟
(2.1)
F = gaya (N)
r = jari-jari pisau potong (m)
Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap
porosnya dan benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar
yang sama dan arah yang berlawanan.
2.1.2
Daya Motor (Power)
Untuk menghitung daya yang bekerja pada motor listrik yang digunakan sebagai
penggerak utama mesin potong listrik tenaka surya ini adalah dengan perhitungan
sebagai berikut :
𝑃=𝑇𝑥𝜔
(2.2)
𝜔 = 2𝜋. 𝑁/60
(2.3)
dengan:
P = daya transmisi (watt)
N = putaran mesin (rpm)
T = torsi (N.m)
ω = kecepatan sudut (rad/s)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
2.1.3
10
Kekuatan Poros Pisau
Untuk menentukan kekuatan poros pisau, dapat ditentukan dengan pesamaan
sebagai berikut :
𝑇. 𝑒
𝑙𝑝
(2.4)
𝑇. 𝑑/2
𝜋𝑑 4 /32
(2.5)
𝜏𝑝 =
𝜏𝑝 =
𝜏𝑝 =
16. 𝑇
𝜋𝑑 3
Dimana :
𝜏𝑝 = Tegangan puntir (N/mm2)
T
= Torsi / Momen puntir (Nmm)
e
= Jari- jari poros (mm)
𝐼𝑝 = Momen inersia polar (mm4)
d
2.2
= Diameter poros (mm)
Komponen Elektrik
2.2.1 Sel Surya (photovoltaic)
Photovoltaik (PV) adalah perangkat yang mengkonversi energi matahari langsung
ke listrik. Sandwich silikon, didoping dengan pengotor untuk membantu aliran elektron
(listrik). Jenis n didoping dengan arsenik, antimon atau fosfor, ini menambah elektron
ekstra. Jenis p didoping dengan boron, aluminium atau iridium, ini mengambil elektron.
Sinar matahari menyediakan energi untuk membuat aliran arus dari sisi jenis n ke sisi
jenis p. Setiap sandwich hanya menghasilkan sejumlah kecil listrik, sekitar 0,5 volt.
Kelompok 40 atau 50 sandwich untuk membuat sel surya dari 20 sampai 25
volt.(Wibowo, 2015)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
11
Gambar 2.4 Cara kerja Photovoltaic (Wibowo, 2015)
Teknologi photovoltaik (PV) merupakan suatu teknologi konversi yang mengubah
cahaya (photo) menjadi listrik (volt) secara langsung (direct conversion). Peristiwa ini
dikenal sebagai efek photolistrik (photovoltaic affect). Didalam proses konversi cahayalistrik tidak ada bagian yang bergerak, sehingga produk teknologi photovoltaik memiliki
umur teknis yang panjang lebih dari 25 tahun(Tundawan, 2002).
Gambar 2.5 Photovoltaic("Konsep Kerja Sistem PLTS," 2011)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
12
Pemilihan sistem penggerak elektrik memungkinkan untuk menambahkan fungsi
tambahan pada alat ini, salah satunya menambahkan komponen yang berfungsi sebagai
komponen yang dapat melakukan pengisian kembali energy dari alam. Hal tersebut
dewasa ini dapat dilakukan dengan menambahkan komponen tambahan berupa alat
pengkonversi energy dari energy panas menjadi energy listrik dengan menggunakan
solar sell atau yang lebih banyak dikenal dengan photovoltaic (PV). Pemilihan PV dapat
disesuaikan dengan kubutuhan penggunaka, karena ksudah banyak penelitian-penelitian
yang dilakukan terhadap teknologi ini, seperti dapat dilihat pada Gambar 2.6
.
Gambar 2.6 Photovoltaic
Photovoltaic bekerja dengan prinsip yaitu dengan mengubah sinar matahari
menjadi suatu bentuk energy listrik dimana menggunakan prinsip semikonduktansi (pn
junction). Jika intensitas sinar matahari meningkat, maka nilai arus yang keluar akan
semakin meningkat pula (Setiono, 2011).
Untuk menentukan besarnya daya (P) dapat digunakan rumus sebagai berikut :
𝑃=𝐼𝑥𝑉
Dimana :
P = Daya yang dihasilkan (Watt)
I = Arus yang diperoleh (A)
V= Tegangan yang diperoleh (Volt)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
(2.6)
13
Sehingga dengan penambahan komponen ini akan menambah endurance alat ini
ketika digunakan disiang hari karena memanfaatkan energy yang tersedia di alam.
2.2.2 Charger Control
Rangkaian ini adalah rangkaian charger baterai yang bekerja secara otomatis
pemutus arusnya. Penggunaan relay pada rangkaian ini bertujuan supaya pada saat aki
penuh rangkaian akan benar-benar terputus dengan sumber, alasan ini merupakan
pertimbangan yang penting untuk penghematan energi, selain itu juga bertujuan untuk
proteksi terhadap baterai supaya umur pakainya lebih lama. Adapun rangkaian yang
digunakan untuk menghubungkan aliran listrik dari baterai, solar panel, dan motor dapat
dilihat pada Gambar 2.7 berikut ini.
Gambar 2.7 Rangkaian charger electric (Narimo, 2014)
2.2.3 Baterai
Perhitungan baterai berupa perencanaan baterai yang dibutuhkan oleh solar cell
dan menghitung lamanya waktu pengecasan baterai. Baterai harus memiliki kapasitas
ampere jam yang cukup untuk memasok kebutuhan listrik selama periode terpanjang
yang diperkirakan "tidak ada matahari" atau kondisi yang sangat berawan. Sebuah
baterai asam timbal harus berukuran minimal 20% lebih besar dari nilai ini. Jika ada
sumber listrik cadangan, seperti generator siaga bersama dengan pengisi baterai, ukuran
bank baterai tidak harus disediakan untuk kondisi cuaca terburuk. Ukuran bank baterai
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
14
yang diperlukan akan tergantung pada kapasitas penyimpanan yang diperlukan, tingkat
maksimum pengurasan, tingkat pengecasan maksimum, dan suhu minimum di mana
baterai akan digunakan. Dalam perencanaan, semua faktor ini dimasukkan dalam
perhitungan, dan kapasitas dibutuhkan terbesar akan menentukan ukuran baterai.
Teknologi Lithium Ion Penelitian tentang baterai Lithium telah dimulai pada saat
tahun 1912, namun butuh hingga sampai abad ke-21 untuk membuat baterai lithium
berbentuk ekonomis dan dapat digunakan untuk perangkat para konsumen. Alasa
utamanya adalah kesulitan dalam penggunaannya yang tidak stabil dalam kondisi
tertentu. Dibandingkan dengan baterai yang lebih tua, Nickel-Cadmium dan baterai isi
ulang Nikel Metal Hydride, baterai Lithium Ion lebih baik karena Li-Ion memiliki
kepadatan energi yang lebih spesifik (energi yang tersimpan per satuan volume),
memiliki tingkat self-discharge yang lebih rendah, ditambah mereka tidak memiliki
karateristik yang sama dengan baterai tua yang lainnya dan untuk menghindari siklus
"memory effect”. Baterai Lithium Ion menggunakan logam senyawa oksida pada
katoda, yaitu elektroda positif selama baterai dalam posisi discharge.(Plimbi, 2011)
Gambar 2.8 Li ion Baterai(Plimbi, 2011)
Penentuan kapasitas baterai berupa hubungan antara ampere dan persyaratan
ampere jam terhadap efek pada baterai tegangan rendah DC. Misalnya, kita memiliki
sistem nominal 24V dan inverter untuk beban 3 ampere, 120VAC, yang memiliki siklus
tugas 4 jam per hari. Kita akan memiliki 12 ampere jam beban (3A X 4 jam = 12 ah).
Namun, untuk menentukan pengurasan yang benar pada baterai, kita harus membagi
tegangan beban (120V) dengan tegangan baterai nominal (24 V) yang hasilnya adalah
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
15
5, dan kemudian kita kalikan dengan 120 VAC ampere jam (5 x 12 Ah). Jadi dalam hal
ini perhitungan akan menjadi 60 ampere jam terkuras dari baterai, bukannya 12 Ah. Cara
lain yang sederhana adalah dengan mengambil total watt-jam perangkat 120 VAC kita
dan dibagi dengan tegangan nominal sistem. Menggunakan contoh di atas; 3 ampere x
120 volt x 4 jam = 1440 watt jam dibagi dengan 24 volt DC = 60 ampere jam (Wibowo).
Dari referensi di atas, untuk menentukan kapasitas baterai dapat dilakukan dengan
rumus sebagai berikut:
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑟𝑎𝑖 𝑃(𝑡) (𝑊. ℎ)
(2.7)
= 𝐾𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 (𝐴ℎ) 𝑥 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑖 (𝑉)
Sedangkan Lama waktu pengisian dapat ditentukan dengan :
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐵𝑎𝑡𝑟𝑎𝑖 𝑃(𝑡) (𝑊. ℎ)
𝐿𝑎𝑚𝑎 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑖𝑠𝑖𝑎𝑛 (ℎ𝑜𝑢𝑟) =
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑖𝑠𝑖𝑎𝑛 (𝑊)
(2.8)
(Wibowo, 2015)
2.3
Motor
Gambar 2.9 klasifikasi jenis utama motor listrik(Permana,
2015)
2.3.1
Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang
tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
16
dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk
kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 2.10 Sebuah motor DC (Permana, 2015)
2.3.2 Kutub medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan.
Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis
magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan.
Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih
elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai
penyedia struktur medan. (Permana, 2015)
2.3.3 Dinamo
Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet.
Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan
beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika
hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
(Permana, 2015)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
17
2.3.4 Commutator
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk
membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam
transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur :

Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan
kecepatan

Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya
dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah
hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah
dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor
tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab
resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor
AC.(Permana, 2015)
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam
persamaan berikut :
Gaya elektromagnetik :
𝐸 = 𝐾ΦN
(2.9)
𝑇 = 𝐾ΦI𝑎
(2.10)
Torque :
Dimana :
E = gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
18