Upload
others
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
4
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Plastik
Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik yang
terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga terdiri dari
zat lain untuk meningkatkan performa atau nilai ekonomis. Plastik adalah bahan yang
mempunyai derajat kekristalan lebih rendah daripada serat, dan dapat dilunakkan atau
dicetak pada suhu tertentu. Plastik dapat dicetak (dan dicetak ulang) sesuai dengan
bentuk yang diinginkan.
Plastik mempunyai ciri โ ciri sifat secara umum, yaitu:
โข Ringan, berat jenis 1,1 โ 1,6 (logam Mg=1,75).
โข Tahan kelembaban dan tahan korosi.
โข Kekuatan dielektrik yang baik.
โข Transparan atau berwarna.
โข Lebih mudah dibentuk dibandingkan logam.
โข Kekuatan lebih rendah daripada logam.
โข Tidak tahan panas dan stabilitas dimensi rendah
Syarief et al. (1989) membagi plastik menjadi dua berdasarkan sifat-sifatnya terhadap
perubahan suhu, yaitu :
1. Termoplastik
Merupakan jenis plastik yang dapat meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti
perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya.
Proses pemanasan akan membuat plastik ini kembali mengeras bila didinginkan.
Jenis plastik thermoplastik antara lain: PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT,
Polyacetal (POM), PC dan lain-lain.
2. Termoset
Plastik termoset adalah plastik yang tidak dapat mengikuti perubahan suhu dan
memiliki sifat tidak dapat balik (irreversibel) apabila telah mengalami kondisi
5
tertentu tidak dapat dicetak kembali. Jenis plastik ini tidak dapat dilunakkan
kembali, setelah proses pengerasan. Jenis-jenis plastik termoset antara lain: PU
(Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyde), MF (Melamine Formaldehyde),
polyester, epoksi dan lain-lain.
Botol dan gelas plastik kemasan air minum yang beredar dipasaran kebanyakan
terbuat dari polyethylene terephthalate atau PET didesain hanya untuk sekali pakai dan
aman dipakai 1-2 kali saja. Sehingga jumlah sampah botol plastik menjadi banyak dan
juga sampah botol plastik sulit terurai. Oleh sebab itu, diperlukan proses pengolahan
kembali sampah botol plastik dan pada proses itu diperlukan mesin pencacah sampah
plastik agar memudahkan proses tersebut.
2.2 Mesin Pencacah Plastik
Mesin pencacah plastik merupakan salah satu bagian dari mekanisme pengolahan
sampah plastik untuk di daur ulang. Dalam hal ini mesin pencacah memiliki peran
besar, dimana sampah plastik akan dicacah menjadi ukuran kecil yang kemudian
diproses kembali menjadi biji plastik sebagai bahan dasar pembuatan plastik. Mesin ini
memiliki kompone-komponen pendukung yang saling berkaitan sehingga menjadi
suatu bagian mekanisme yang kompak, namun tetap memiliki prinsip yang simpel.
Terdapat beberapa tahap proses pencacahan plastik menjadi ukuran-ukuran kecil,
dimulai dari memasukkan plastik kedalam mesin melalui corong masuk atau hopper,
lalu plastik akan jatuh ke pisau pencacah yang berputar sehingga terjadi pencacahan
menjadi ukuran kecil, yang kemudian hasil cacahan akan keluar melalui corong keluar
dan ditampung oleh bak.
Dalam bentuk sederhana mesin pencacah terdiri dari motor penggerak, puli, sabuk
dan poros. Putaran motor ditransmisikan oleh puli dan sabuk ke gearbox atau reducer
untuk memutar poros yang selanjutnya memutar pisau pencacah.
2.3 Teori Pemotongan
Pemotongan suatu bahan merupakan proses pemisahan bahan sepanjang garis
yang sudah ditentukan dengan menggunakan alat pemotong yang akan mengakibatkan
kerusakan pada permukaan bahan. Proses pemotongan terjadi dalam beberapa tahapan,
6
pertama pisau menyentuh bahan (Gambar 2.1a). Kemudian pisau masuk ke dalam
bahan sehingga terjadi peningkatan jumlah gaya sehingga bahan menjadi rusak/robek
(Gambar 2.1b). Jika tekanan pisau terus dilakukan maka akan terjadi pemisahan bahan
(Gambar 2.1c) (Perrson, 1987).
Gambar 2.1 Tahapan Proses Pemotongan Bahan
Selain itu terdapat beberapa faktor yang menentukan proses pemotongan, yaitu
tipe dan kondisi bahan yang akan dipotong, bentuk mata pisau, jari-jari dan sudut
kemiringan mata pisau, kecepatan mata pisau pada saat proses pemotongan, serta
penggunaan material mata pisau. (Perrson 1987)
Ada beberapa metode yang dapat dilakukan dalam proses pemotongan, seperti
penggunaan mata pisau tunggal atau ganda. Penggunaan ini tergantung dari kebutuhan
bahan yang akan dipotong. Salah satu metode pemotongan yang dapat dilakukan
seperti paada gambar 2.2 yang memperlihatkan proses pemotongan menggunakan dua
buah mata pisau yang saling berhadapan dan bekerja saling memotong (countermoving
blade). Contoh proses pemotongan ini seperti pada pemotongan menggunakan gunting.
Gambar 2.2 Metode Pemotongan Dengan 2 Mata Pisau
7
2.4 Komponen Utama Mesin Pencacah Plastik
Komponen-komponen utama penyusun mesin pencacah plastik ini adalah
sebagai berikut :
2.4.1 Pisau
Agar proses mencacah berjalan lancar, dibutuhkan pisau pencacah, pisau
pencacah berfungsi menghancurkan plastik menjadi potongan kecil untuk
mempermudah proses daur ulang.
Untuk menentukan kekuatan pisau atau gaya yang dihasilkan dapat
menggunakan rumus :
๐ญ = ๐๐ . ๐จ
Keterangan :
๐น = Gaya potong (kg)
๐๐ = Tegangan bahan (kg โ๐๐2)
๐ด = Luas bidang pencacah (๐๐2)
Hasil dari gaya potong tersebut digunakan untuk mencari gaya total yang
bekerja sesuai dengan jumlah pisau rotor dengan rumus :
โ๐ญ = ๐ญ . ๐p
Keterangan :
โ๐น = Gaya total pisau (N)
๐๐ = Jumlah pisau potong
Hasil gaya total pisau digunakan untuk mencari torsi yang terjadi pada pisau
dengan menggunakan rumus :
T = โF . r
Keterangan :
T = Torsi (Kg.mm)
r = panjang lengan (jari-jari pisau) (mm)
2.4.2 Daya Motor
Motor listrik merupakan elemen mesin yang mengubah energi listik menjadi
energi gerak sehingga berfungsi sebagai tenaga penggerak.
8
Untuk menghitung daya yang diperlukan untuk menggerakkan pisau
digunakan rumus :
P = โ๐ญ . ๐
๐๐
Keterangan :
P = Daya untuk menggerakkan pisau (HP)
โF = Gaya total yang bekerja (kg)
v = Kecepatan keliling (m/s)
Penggunaan motor listrik disesuaikan dengan kebutuhan daya mesin yang
diperlukan. Sehingga daya motor yang dibutuhkan dapat dihitung dengan rumus :
Nm = ๐ท
๐๐๐๐๐๐๐๐๐๐
Keterangan :
Nm = Daya Motor (HP)
ฮพtransmisi = Efisiensi transmisi
2.4.3 Puli
Puli merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk meneruskan
daya dari motor dengan memanfaatkan gaya gesekyang terjadi pada puli. Putaran
dari motor disalurkan menggunakan sabuk ke benda yang digerakkan.
Perhitungan reduksi :
i = ๐๐
๐๐
Perhitungan untuk menentukan diameter puli adalah sebagai berikut :
dp = dmin
Dp = dp x i
Keterangan :
Dp = Diameter lingkaran jarak untuk puli besar (mm)
dp = Diameter lingkaran jarak untuk puli kecil (mm)
dmin = Diameter puli minimal (mm)
i = Perbandingan reduksi
9
Tabel 2.1 Diameter puli yang dianjurkan (mm)
Penampang A B C D E
Diameter minimum
yang diijinkan 90 125 200 315 500
(Ali Saifullah, 2017)
2.4.4 Sabuk-V
Dibelitkan di keliling alur puli yang berbentuk V pula. Sabuk-V berfungsi untuk
meneruskan gerakan poros atau transmisi.
Untuk menghitung kecepatan linier sabuk-V (m/s) : (Ali Saifullah, 2017)
v = ๐ .๐ ๐.๐๐
๐๐.๐๐๐๐
Keterangan :
dp = Diameter Puli Kecil (mm)
n1 = Putaran Puli Kecil (rpm)
Untuk menghitung panjang keliling (mm) digunakan rumus : (Ali Saifullah,2017)
L = 2C + ๐
๐(dp + Dp) +
๐
๐๐ช(Dp โ dp)2
Keterangan :
C = Jarak Sumbu Poros (mm)
Untuk menghitung sudut kontak (rad) digunakan rumus : (Ali Saifullah, 2017)
ฮ = 180ยฐ - (๐ซ๐+๐ ๐)
๐ช . 60ยฐ
Untuk menghitung gaya keliling rata-rata (kg) :
Frated = ๐๐๐.๐ต๐
๐
Keterangan :
Nm = Daya Motor (kw)
Untuk menghitung jumlah sabuk-V digunakan rumus : (Ali Saifullah, 2017)
z = ๐ญ๐๐๐๐๐
๐ . ๐ญ
Keterangan :
Frated = Gaya Keliling Rata-rata (kg)
10
k = Tegangan Akibat Beban (kg/cm2)
F = Luas Penampang Sabuk (cm2)
Menghitung tegangan maksimal () menggunakan rumus : (Ali Saifullah, 2017)
ฯmak = ฯ0 + ๐ญ๐๐๐๐๐
๐.๐.๐ญ +
๐ธ .๐๐
๐๐.๐ + Eb .
๐
๐ซ๐๐๐
Keterangan :
ฯ0 = Tegangan awal (kg/cm2)
Frated = Gaya keliling rata-rata (kg)
z = Jumlah belt
F = Luas penampang sabuk (cm2)
ฮณ = Berat jenis sabuk (kg/cm2)
Eb = Modulus elastisitas sabuk (kg/cm2)
v = Kecepatan keliling (m/s)
g = Kecepetan gravitasi (m/s2)
h = Tebal sabuk (mm)
Dmin = Diameter minimum puli (mm)
Untuk menghitung umur sabuk-V (Ali Saifullah, 2017)
H = ๐ต๐๐๐๐
๐๐๐๐ .๐ . ๐ . (
๐๐๐๐
๐๐๐๐)m
Keterengan :
Nbase = Dasar fatigue test (107 siklus)
ฯfat = Fatique limit (90 kg/cm2 untuk V-belt)
ฯmax = Tegangan maksimum sabuk (kg/cm2)
u = Jumlah putaran sabuk per detik (v
L) (m/s)
x = Jumlah puli dalam sistem
m = 8 untuk sabuk-v
Nbase = Basis dari fatique tes (107)
2.4.5 Roda Gigi
Roda gigi merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk
meneruskan atau mentransmisikan daya selain dengan sabuk atau rantai. Roda gigi
11
memiliki gigi yang saling bersinggungan satu dengan yang lain. Dan pada
perancangan ini roda gigi yang digunakan adalah roda gigi lurus.
Dalam merancang roda gigi lurus, prosedur berikut dapat diikuti :
1. Beban tangensial gigi diperoleh dari hubungan berikut : (Ali Saifullah, 2017)
WT = ๐ท .๐๐๐๐
๐ฝ . Cs
Keterangan :
WT = beban tangensial gigi yang diijinkan (kg)
P = daya yang ditransmisikan (hp)
V = kecepatan keliling (m/menit)
Cs = faktor servis
Tabel 2.2 Faktor Servis
Type of load
Type of service
Intermittent or
3 hours per day
8-10 hours per
day
Continuous 24
hours per day
Steady 0,8 1,00 1,25
Light shock 1,00 1,25 1,54
Medium shock 1,25 1,54 1,80
Heavy shock 1,54 1,80 2,00
(Ali Saifullah, 2017)
Kecepatan keliling dapat dihitung dengan rumus :
V = ๐ .๐ซ.๐
๐๐๐
Keterangan :
D = pitch diameter (cm)
n = kecepatan putar (rpm)
2. Menghitung beban dinamik (WD) pada gigi dengan persamaan Buckingham :
WD = WT + ๐,๐๐ .๐ฝ (๐.๐ช + ๐พ๐)
๐,๐๐ .๐ฝ+ โ๐.๐ช+๐พ๐
Keterangan :
WT = beban tangensial (kg)
12
V = kecepatan keliling (m/menit)
b = lebar permukaan gigi (cm)
C = deformasi atau faktor dinamik (cm)
3. Mencari beban statik (Ws) yaitu kekuatan lelah gigi, dengan rumus berikut :
Ws = fe. b. ฯ m. y
Keterangan :
fe = batas ketahanan lentur (kg/cm2)
b = lebar permukaan gigi (cm)
m = modul (cm)
y = faktor bentuk gigi
Untuk keamanan dari kerusakan Ws harus lebih besar dari WD
4. Mencari beban aus gigi (Ww) dengan hubungan berikut :
Ww = DP. b. Q. K
Keterangan :
DP = pitch diameter pinion (cm)
b = lebar permukaan gigi pinion (cm)
Q = faktor rasio
K = faktor tegangan-beban
Untuk keamanan beban aus (Ww) tidak boleh lebih kecil dari WD.
2.4.6 Poros
Poros (shaft) adalah salah satu bagian penting dari elemen mesin. Biasanya
berbentuk silinder dan bertugas untuk meneruskan daya dan putaran dari secara
bersamaan. Poros yang berfungsi dalam sistem transmisi ini dapat diklasifikasikan
menurut jenis pembebanannya sebagai berikut :
1. Poros transmisi, poros yang mendapatkan beban puntir murni atau puntir dan
lentur dimana dayanya ditransmisikan oleh puli dan sabuk.
Gambar 2.3 Poros Transmisi
13
2. Spindel, poros yang relative pendek dan memiliki beban utama berupa
puntiran. Syarat dari poros ini adalah deformasinya harus kecil serta bentuk
dan ukurannya harus detail.
Gambar 2.4 Poros Spindel
3. Gandar, Poros yang dipakai diantara roda-roda kereta barang dimana hanya
menerima beban lentur saja dan tidak mendapat beban punter.
Gambar 2.5 Poros Gandar
Poros yang digunakan pada perancangan mesin pencacah ini akan mengalami
beban puntir dan beban lentur, maka poros harus di desain berdasar kedua momen
tersebut sekaligus dan perlu menggunakan material yang dapat menahan kedua
momen tersebut. Sehingga, dalam perhitungan poros berhubungan dengan
tegangan yang dimiliki material tersebut.
Diketahui bahwa : (Khurmi, 1984)
๐๐
๐ผ๐ = ฯa
๐ โฆโฆโฆ (1)
Keterangan :
Te = Torsi ekuivalen (kg.cm)
Ip = Momen inersia polar (cm4)
ฯa = Tegangan geser ijin (kg/cm2)
r = Jari-jari (cm)
= d
2 , dimana d adalah diameter poros
14
Diketahui momen ekuivalen (Te) adalah : (Khurmi, 1984)
Te = โ๐ฒ๐ . ๐ด๐ +๐ฒ๐ . ๐ป๐
Keterangan :
Km = faktor koreksi untuk momen lentur (1,5 untuk beban tetap, 1,5
-2 untuk beban ringan dan 2-3 untuk beban berat)
Kt = faktor koreksi untuk momen puntir (1 untuk beban halus, 1-
1,5 terjadi sedikit kejutan dan 1,5-3 terjadi kejutan besar)
M = momen lentur (kg.cm)
T = momen puntir (kg.cm)
Dan diketahui momen puntir atau torsi adalah : (Khurmi, 1984)
T = ๐.4500
2.๐.๐
Keterangan :
P = daya motor (HP)
n = putaran poros (rpm)
Diketahui momen inersia polar untuk poros lingkaran pejal, (Khurmi, 1984)
Ip = ๐
๐๐ d4
Sehingga persamaan (1) menjadi :
๐ป๐๐
๐๐ ๐ ๐
= ๐๐๐
๐
atau, Te =๐
๐๐๐๐ ๐ ๐
Sehingga untuk mencari diameter poros persamaannya menjadi : (Khurmi, 1984)
๐ ๐= ๐๐ .๐ป๐
๐ .๐๐
2.4.7 Bantalan
Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga
putaran atau gerakkan bolak-baliknya dapatb berlangsung secara halus, aman dan
panjang umur. (Sularso dan K Suga, 1987)
Jika C (kg) menyatakan beban beban nominal dinamis spesifik dan P (kg)
adalah beban ekuivalen dinamis, maka faktor kecepatan fn adalah :
15
๐๐ง๐ญ๐ฎ๐ค ๐๐๐ง๐ญ๐๐ฅ๐๐ง ๐๐จ๐ฅ๐, ๐๐ = (๐๐, ๐
๐)๐/๐
๐๐ง๐ญ๐ฎ๐ค ๐๐๐ง๐ญ๐๐ฅ๐๐ง ๐ซ๐จ๐ฅ, ๐๐ = (๐๐, ๐
๐)๐/๐๐
}
Faktor umur adalah : (Sularso dan K Suga, 1987)
Untuk kedua bantalan, fh = fn ๐ช
๐ท
Umur nominal Lh adalah : (Sularso dan K Suga, 1987)
๐๐ง๐ญ๐ฎ๐ค ๐๐๐ง๐ญ๐๐ฅ๐๐ง ๐๐จ๐ฅ๐, ๐ณ = ๐๐๐๐๐๐
๐๐ง๐ญ๐ฎ๐ค ๐๐๐ง๐ญ๐๐ฅ๐๐ง ๐ซ๐จ๐ฅ, ๐ณ = ๐๐๐๐๐๐๐/๐}