wangsit

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

BAB III

PERENCANAAN DAN GAMBAR

3.1 Skema Dan Prinsip Kerja Alat
Prinsip kerja mesin penepung singkong ini adalah sumber tenaga motor listrik

di transmisikan ke disk mill dan poros ayakan melalui pulley dan v-belt. Sehingga
pisau disk mill bergerak untuk menghancurkan singkong (gaplek) yang secara
otomatis turun langsung ke ayakan, lalu ayakan bergerak naik turun akibat putaran
dari poros yang terdapat noken. Sketsa mesin penepung dapat dilihat pada Gambar
3.1.

Gambar 3.1 Sketsa mesin penepung

Keterangan: 8. Pulley poros ayakan
1. Disk mill
2. Ayakan 9. Hooper
3. Pulley Disk mill
4. Rangka 10. V-belt motor ke ayakan
5. Pulley Poros Ayakan
11. Bearing UCP

12. Saringan mess 60
commit to user

12

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a1c3.id

3.2 Pengertian Alat
Mesin penepung singkong ini dirancang untuk membuat tepung dari singkong

yang sudah dikeringkan dengan menggunakan pisau yang berputar. Mesin
penepung ini merupakan mesin modifikasi dari mesin penepung yang sudah ada.
Diharapkan mesin pembuat tepung singkong yang akan dibuat dapat membantu
dalam proses produksi pembuatan tepung singkong agar lebih efisien.

3.3 Diagram Alir Proses Perancangan Konstruksi
Proses perancangan konstruksi mesin penepung singkong ini terlihat pada

Gambar 3.2.

Mulai

Survei alat yang sudah ada dipasaran
Membuat gambar sketsa rangka

Perencanaan dan pemilihan material rangka

Perhitungan kekuatan rangka dan sambungan las

Proses pembuatan

Proses perakitan Perbaikan

Evaluasi

Selesai
Gambar 3.2 Pceormenmciatntaoaunsaelrur pengerjaan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a1c4.id

3.4 Perencanaan Konstruksi
Dalam pembuatan mesin penepung singkong, rangka merupakan bagian

yang penting untuk menopang semua komponen. Oleh karena itu, rangka harus
didesain sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil konstruksi yang kuat dan
aman. Konstruksi rangka ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Konstruksi rangka

3.4.1 Perencanaan rangka bagian atas

Perhitungan perencanaan rangka bagian atas adalah sebagai berikut:

Data-data yang diketahui antara lain:

- Massa 1 buah disk mill = 12,8 kg

- Massa 1 buah pulley = 0,4 kg

Massa total = massa disk mill + massa pulley
= 12,8 kg + 0,4 kg
= 13,2 kg

(Karena pembebanan terjadi di 2 bidang besi maka massa total dibagi 2)

Beban (F) = massa total . gaya gravitasi
= 6,6 kg . 10 m/s2
= 66 N

commit to user

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a1c5.id

Konstruksi rangka bagian atas ditunjukkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Konstruksi rangka bagian atas

1. Analisa pada batang A-C
Gaya yang bekerja pada batang dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Gaya yang bekerja pada batang A-C

 ∑FX = 0
 ∑FY = 0

RAY + RCY - 66 N = 0
RAY + RCY = 66 N

 ∑MA = 0

- 66 N . 150 mm + RCY . 650 mm = 0

RCY . 650 mm = 66 N . 150 mm

RCY . 650 mm = 9900 Nmm

RCY ==us1e5r,2 3 N
commRitCtYo

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a1c6.id

 RAY + RCY = 66 N
RAY + 15,23 N = 66 N
RAY = 66 N - 15,23 N
RAY = 50,77 N

 ∑MA = 0

 ∑MB = RAY . 150 mm
= 50,77 N . 150 mm

= 7615,5 Nmm

 ∑MC = RAY . 650 mm - 66 N . 500 mm
= 50,77 N . 650 mm - 66 N . 500 mm

= 33000,5 Nmm - 33000

=0

 Diagram:

Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.6.

NFD

AB C

SFD B 15,23 N
50,77 N 7615,5 Nmm C

A
BMD

AB C

Gambar 3c.o6mNmFiDt t,oSuFsDerdan BMD

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a1c7.id

2. Tegangan pada rangka
Rangka yang ingin dipakai berupa besi profil L St 37 dengan dimensi
40 mm x 40mm x 4mm. Tipe bentuk pengelasan ditunjukkan pada Gambar
3.7.

Gambar 3.7 Tipe bentuk pengelasan.
a. Momen inersia ( I ) = 22939,2 mm4
b. Jarak titik berat ( y ) = 8,52 mm
c. Momen maksimum (Mmax) = 7615,5 Nmm
d. Faktor keamanan (Sf):

karena beban statis maka faktor keamanan = 2 (Vidosic, 1957)

e.Tegangan tarik maksimum bahan ( max bahan) = 370 N/mm2

f. Tegangan tarik ijin ( ijin)
diketahui: - max bahan = 370 N/mm2

- Sf = 2
- ketetapan = 0,36 (Khurmi & Gupta, 2001)

Maka Tegangan tarik ijin ( ijin)

= 0,36 x 370 N/mm2

= 133,2 N/mm2
=,

= 66,6 N/mm2

g. Tegangan tarik pada rangka ( tarik rangka)
= .

= , ,
,

= 2,82 N/mm2 commit to user

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a1c8.id

Perhitungan di atas dilakukan untuk menentukan kekuatan bahan.
Dari hasil perhitungan didapatkan tarik rangka < ijin, maka pemilihan rangka
dengan bahan profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk
menahan beban.

3.4.2 Perencanaan rangka bagian bawah (dudukan motor)

Perhitungan gaya yang bekerja pada rangka bagian bawah (dudukan

motor) adalah sebagai berikut:

Data-data yang diketahui yaitu:

- Massa 1 buah motor listrik = 20 kg

- Massa 1 buah pulley = 0,2 kg

Massa total = massa motor listrik + massa pulley

= 20 kg + 0,2 kg

= 20,2 kg

(Karena pembebanan terjadi di 4 bidang besi maka massa total dibagi 4)

Beban (F) = massa total . gaya gravitasi

= 5,05 kg . 10 m/s2

= 50,5 N

Rangka bagian bawah dapat dilihat pada Gambar 3.8

Gambcaorm3.m8iRt taonguksearbagian bawah

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a1c9.id

1. Analisa pada batang F-H
Gaya yang bekerja pada batang F-H ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Gaya yang bekerja pada batang F-H

 ∑FX = 0
 ∑FY = 0

RFY + RHY - 50,5 N = 0
RFY + RHY = 50,5 N

 ∑MF = 0

-50,5 N . 200 mm + RHY . 400 mm = 0

RHY . 400 mm = 50,5 N . 200 mm

RHY . 400 mm = 10100 Nmm

RHY =


RHY = 25,25 N

 RFY + RHY = 50,5 N

RFY + 25,25 N = 50,5 N

RFY = 50,5 N - 25,25 N

RFY = 25,25 N

 ∑MF = 0
 ∑MG = RFY . 200 mm

= 25,25 N . 200 mm

= 5050 Nmm

 ∑MH = RFY . 400 mm - 50,5 N . 200 mm
= 25,25 N . 400 mm - 50,5 N . 200 mm

= 10100 Nmmco-m1m01it00toNumsemr
=0

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c0.id

 Diagram:
Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.10.
NFD

F GH

SFD
25,25 N

F G 25,25 N
5050 Nmm H

BMD

F GH
Gambar 3.10 NFD, SFD dan BMD gaya vertikal
2. Tegangan pada rangka
Rangka yang ingin dipakai berupa besi profil L St 37 dengan dimensi
40mm x 40mm x 4mm. Tipe bentuk pengelasan ditunjukkan pada Gambar
3.11.

Gambar 3.1c1omTimpeitbteonutusekrpengelasan.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c1.id

a. Momen inersia ( I ) = 22939,2 mm4
b. Jarak titik berat ( y ) = 8,52 mm
c. Momen maksimum (Mmax) = 5050 Nmm
d. Faktor keamanan (Sf)

karena beban statis maka faktor keamanan = 2 (Vidosic, 1957)
e.Tegangan tarik maksimum bahan ( max bahan) = 370 N/mm2

f. Tegangan tarik ijin ( ijin)
diketahui: - max bahan = 370 N/mm2

- Sf = 2
- ketetapan = 0,36 (Khurmi & Gupta, 2001)

Maka Tegangan tarik ijin ( ijin)
= 0,36 x 370 N/mm2

= 133,2 N/mm2 (karena Sf = 2)
=,

= 66,6 N/mm2
g. Tegangan tarik pada rangka ( tarik rangka)

= .
= ,

,

= 1,87 N/mm2
Karena tarik rangka < ijin maka pemilihan rangka dengan bahan
profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk
menahan beban.

3.4.3 Perencanaan rangka bagian bawah (dudukan ayakan)

Perhitungan gaya yang bekerja pada rangka bagian bawah (dudukan
ayakan) adalah sebagai berikut. Data-data yang diketahui yaitu:

Massa 4 buah bearing = 2 kg

Massa 2 buah poros = 1,6 kg + 1,4 kg = 3 kg
commit to user

Massa 1 buah ayakan = 10,2 kg

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c2.id

Massa 1 buah pulley = 1,2 kg

Massa total 1 = massa 1 buah poros + massa 2 buah bearing + setengah
massa ayakan

= 1,4 kg + 1 kg + 5,1 kg = 7,5 kg

Massa total 2 = massa 1 buah poros + massa 2 buah bearing + setengah
massa ayakan + massa pulley

= 1,6 kg + 1 kg + 5,1 kg + 1,2 kg = 8,9 kg

(karena masing-masing pembebanan terjadi di 2 bidang besi maka masing-masing
massa total dibagi 2)

Beban (F1) = (1 2 . 7,5 kg) . gaya gravitasi
= 3,75 kg . 10 m/s2
= 37,5 N

Beban (F2) = (1 2 . 8,9 kg) . gaya gravitasi
= 4,45 kg . 10 m/s2
= 44,5 N

Dimensi rangka pada dudukan ayakan ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12 Dimensi rangka pada dudukan ayakan

1. Analisa gaya batang M - N
Gaya yang bekerja pada bactoamngmMit -toNudsieturnjukkan pada Gambar 3.13.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c3.id

37,5 N 44,5 N

110 mm 430mm 110 mm

RMX

MO PN

650 mm

RMY RNY

Gambar 3.13 Gaya yang bekerja pada batang M - N

 ∑FX = 0
 ∑FY = 0

RMY + RNY - 37,5 N - 44,5 N = 0
RMY + RNY = 37,5 N + 44,5 N

= 82 N

 ∑MM = 0

- 37,5 N . 110 mm - 44,5 N . 540 mm + RNY . 650 mm = 0

RNY . 650 mm = 37,5 N . 110 mm + 44,5 N . 540 mm

RNY . 650 mm = 4125 Nmm + 24030 Nmm

RNY =


RNY = 43,31 N

 RMY + RNY = 82 N
RMY + 43,31 N = 82 N
RMY = 82 N - 43,31 N
RMY = 38,69 N

 ∑MM = 0

 ∑MO = RMY . 110 mm

= 38,69 N . 110 mm

= 4255,9 Nmm

commit to user

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c4.id

 ∑MP = RMY . 540 mm - 37,5 N . 430 mm
= 38,69 N . 540 mm - 37,5 N . 430 mm

= 20892,6 Nmm - 16125 Nmm

= 4767,6 Nmm

 ∑MN = RMY . 650 mm - 37,5 N . 540 mm - 44,5 N . 110 mm
= 38,69 N . 650 mm - 20250 Nmm - 4895 Nmm

= 25148,5 Nmm - 20250 Nmm - 4895 Nmm

=0

 Diagram:

Diagram NFD, SFD dan BMD seperti terlihat pada Gambar 3.14.

NFD

MO PN

SFD

38,69 N

1,19 N

M O 43,31 N
BMD PN
4767,6 Nmm

4255,9 Nmm

MO PN

Gambar 3.14 NFD, SFD dan BMD
commit to user

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c5.id

2. Tegangan pada rangka
Rangka yang ingin dipakai berupa besi profil L St 37 dengan dimensi
40mm x 40mm x 4mm. Tipe bentuk pengelasan ditunjukkan pada Gambar
3.15.

Gambar 3.15 Tipe bentuk pengelasan.
a. Momen inersia ( I ) = 22939,2 mm4
b. Jarak titik berat ( y ) = 8,52 mm
c. Momen maksimum (Mmax) = 4767,6 Nmm
d. Faktor keamanan (Sf)

karena beban statis maka faktor keamanan = 2 (Vidosic, 1957)

e.Tegangan tarik maksimum bahan ( max bahan) = 370 N/mm2

f. Tegangan tarik ijin ( ijin)
diketahui: - max bahan = 370 N/mm2

- Sf = 2
- ketetapan = 0,36 (Khurmi & Gupta, 2001)

Maka Tegangan tarik ijin ( ijin)

= 0,36 x 370 N/mm2

= 133,2 N/mm2 (karena Sf = 2)
=,

= 66,6 N/mm2

g. Tegangan tarik pada rangka ( tarik rangka)
= .

= , ,
,

= 1,77 N/mm2 commit to user

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c6.id

Karena tarik rangka < ijin maka pemilihan rangka dengan bahan
profil L St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 4mm aman untuk
menahan beban.

3.5 Perencanaan pengelasan

Penggabungan konstruksi rangka mesin penepung singkong ini dilakukan
dengan proses pengelasan. Perhitungan berdasarkan tipe pengelasan
ditunjukkan pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Tipe las butt joint (single V-butt joint)

Dari data hasil perhitungan diatas diambil beban terberat untuk
dilakukan perhitungan yaitu 200 N.
Diketahui :
Beban motor listrik (P) = 20 Kg . 10 m/s = 200 N
Panjang plat = 400 mm
Tebal plat = 4 mm
Panjang las = 40 N
Tegangan (σt) = 70 Mpa (Purna Irawan, 2009)

commit to user

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c7.id

a. Menghitung gaya tarik maksimum single V pada butt joint

Ft = t . l . σ t

Ft = 4 mm . 40 mm . 70 Mpa
Ft = 11200 N

Dari perhitungan las diatas menunjukkan berat P < Ft maka las
tersebut aman.

3.6 Simulasi analisa kekuatan rangka menggunakan software solidwork
1. Faktor keamanan (Factor of safety/FOS/SF)
Factor of safety merupakan acuan utama yang digunakan dalam
menentukan kualitas suatu produk. Acuannya, jika nilai FOS minimal
kurang dari 1, maka produk tersebut kualitasnya jelek, tidak aman untuk
diproduksi. Sebaliknya jika nilai FOS lebih dari 1 maka produk tersebut
berkualitas baik. Warna merah pada hasil safety faktor menginformasikan
bahwa area tersebut dinyatakan aman. Pada rangka meja ini, berdasarkan
nilai FOS sebesar 24,415. Factor of safety ditunjukkan pada Gambar 3.17.

Gambacro3m.1m7iFt taoctuosreorf safety

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c8.id

2. Von mises
Metode Von mises memiliki keakuratan lebih besar dibanding metode lain,

karena melibatkan tegangan tiga dimensi. Von mises merupakan kriteria
kegagalan untuk meterial ulet. Untuk menentukan kriteria dari material
tersebut dinyatakan aman atau tidak, maka dapat menggunakan hasil analisis
von mises ini. Jika tegangan von mises lebih kecil dari yield strength material
yang digunakan maka kekuatan struktur tersebut aman. Nilai tegangan von
mises sebesar 25,411 N/mm2. Von mises rangka ditunjukkan pada Gambar
3.18.

Gambar 3.18 Von mises rangka

3. Perubahan bentuk (Displacement)
Displacement adalah perubahan bentuk pada benda yang dikenai gaya.

Jika beban semakin besar maka displacement yang akan dihasilkan akan
semakin besar, jika beban semakin kecil maka displacement yang
dihasilkan juga kecil. Nilai tegangan Displacement sebesar 0,004431 mm.
Displacement rangka dituncjoumkkmaint ptoaduaseGrambar 3.19.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.a2c9.id

Gambar 3.19 Displacement rangka
commit to user