6

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Ampas Tahu

Ampas tahu merupakan limbah dalam bentuk padatan dari bubur kedelai

yang diperas dan tidak berguna lagi dalam pembuatan tahu dan cukup potensial

dipakai sebagai bahan makanan karena ampas tahu masih mengandung gizi yang

baik. Penggunaan ampas tahu masih sangat terbatas bahkan sering sekali menjadi

limbah yang tidak termanfaatkan sama sekali (Winarno, 2003).

Gambar 2.1 Ampas Tahu Kering dan Ampas Tahu Basah

Tabel 2.1 Komposisi Zat Gizi Ampas Tahu dalam 100 gram

Sumber: Arbaiyah (2003)

Kandungan zat gizi ampas tahu yang masih cukup tinggi dan terdapat dalam jumlah

yang banyak memberikan peluang yang sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai

substituent dalam pengolahan makanan seperti kue kering.

7

Menurut Rahayu (2012) yang dikutip oleh Wati (2013) ampas tahu basah

dalam per 100 gram mengandung Karbohidrat 11,07%, Protein 4,71%, Lemak

1,94% dan Abu 0,08%. Oleh karena itu ampas tahu perlu dioptimalkan

pemanfaatanya sebagai bahan pangan campuran/subtitusi pada bahan pangan dasar

pada olahan makanan. Akan tetapi ampas tahu basah mudah mengalami kerusakan

dan pembusukan sehingga perlu penanganan lebih lanjut untuk meningkatkan umur

simpan ampas tahu serta lebih fleksibel dalam penggunaan.

2.2. Daya Motor

Pada alat ini biasanya digerakkan oleh sebuah tenaga motor dengan

menggunakan listrik sebagai sumber tenaganya.

Daya dan putaran yang dibutuhkan pada alat ini adalah:

P =2𝜋.𝑛.𝑇

60 (Sularso & Suga, 1983 : 7)

T = f.r (Sularso & Suga,1983 :45)

Dimana :

N= putaran permenit (rpm)

T= Torsi (kg.mm)

P = daya (Watt)

F = gaya (N)

r = jari-jari (mm)

2.3. Poros (shaft)

Poros merupakan batang logam yang memiliki penampang berupa silinder

yang digunakan untuk meneruskan putaran atau daya, serta sebagai sarana

pendukung. Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap

mesin untuk meneruskan putaran. Bagian-bagian mesin yang sudah dirakit tidak

8

dapat dipisahkan dari poros. Peranan utama poros adalah untuk transmisikan

daya dan putaran (Sularso, 2004:1).

Poros ini harus mampu menahan getaran yang timbul dan gaya yang

timbul akibat putaran yang tinggi. Dengan demikian tenaga yang terjadi

diusahakan sekecil mungkin sesuai dengan konstruksi mesin.

Berdasarkan pembebanannya, poros digolongkan menjadi tiga, yaitu:

a. Poros transmisi

Poros ini mendapat beban puntir dan lentur dari daya yang ditransmisikan

melalui komponen mesin yang lain, seperti sabuk, kopling, roda gigi, dan

lain-lain.

b. Spindel

Spindel adalah poros transmisi yang relatif pendek, karena beban utamanya

adalah puntiran, sehingga deformasinya harus kecil.

c. Gandar

Poros ini dipasang di antara roda-roda kereta barang yang hanya mendapat

beban lentur saja, tetapi jika digerakkan oleh penggerak mula akan

mengalami beban puntir juga.

Poros pada umumya meneruskan daya, baik melalui sabuk, rantai maupun

roda gigi. Daya yang direncanakan (Pd) dalam perhitungan adalah hasil kali

daya nominal out put dari motor penggerak (P) dikalikan dengan faktor

koreksi (fc):

Pd = fc . P (kW) (Sularso & Suga, 1997:244)

Jika momen puntir (momen rencana) adalah T (kg.mm), maka:

Pd = (Sularso dan Suga, 1997:244)

maka:

T = 9,74 x 105 (Sularso dan Suga, 1997:244)

Apabila momen rencana tersebut dibebankan pada suatu diameter poros ds

(mm) maka tegangan geser () yang terjadi adalah:

102

60

2

1000

nT

n

Pd

9

= = (Sularso dan Suga, 1997:7)

Tegangan geser maksimum (maks) yang terjadi harus lebih kecil dari tegangan

geser yang diijinkan ( ). Persamaan yang dipakai adalah sebagai berikut:

= (Sularso dan Suga, 1997:18)

Besarnya Km untuk beban dengan tumbukan ringan adalah 1,5 – 2,0 (Sularso

dan Suga, 1997:17), sedangkan besarnya Kt adalah 1,0 – 1,5 C.

dihitung berdasar batas kelelahan puntir yang besarnya 45% dari kekuatan

tarik. Besar harga Sf1 adalah 6,0 dan besarnya harga Sf2 adalah 1,3 - 3,0.

= (Sularso dan Suga, 1997:8)

Perhitungan diameter poros dengan beban puntir:

ds = (Sularso dan Suga, 1997:8)

Poros dengan beban puntir dan lentur:

ds (Sularso dan Suga, 1997:18)

Dimana:

ds = Diameter poros (mm)

= Tegangan geser ijin bahan poros (kg/mm2)

Km = Faktor koreksi momen lentur (1,5 – 2,0)

M = Momen lentur yang bekerja pada poros (kg.mm)

Kt = Faktor koreksi momen puntir (1,0 – 1,5)

T = Momen puntir (kg.mm)

Besarnya defleksi puntiran dihitung berdasarkan rumus:

θ = 584 𝑇 . 𝑙

𝐺 .𝑑𝑠4 (Sularso dan Suga, 1997:18)

di mana :

θ : Defleksi puntiran (o)

T : Momen puntiran (Kg.mm)

16

3ds

T

2

1,5

ds

T

a

maks 22

3).().(

1,5TKtMKm

ds

a

a 21.SfSf

B

3/11,5

xKtxCbxT

a

2)..(1,5

TKtMKma

a

10

l : Panjang poros (mm)

G : Modulus geser (Kg/mm2)

Selain itu juga harus ditetukan kekuatan tarik (σt) dari bahan pasak, sehingga

tegangan geser ijin ( a ) dapat dihitung dengan :

a = 𝜎𝐵

𝑆𝑓1 . 𝑆𝑓2 (Sularso, 1997: 8)

Dimana:

a = Tegangan Geser yang Diijinkan(Kg/mm2)

σB = Kekuatan bending (Kg/mm2)

Sf1 = Faktor Keamanan Yang diambil harga 6

Sf2 = Faktor Keamanan Yang Diambil Harga Sebesar 1 – 1,5 bila beban

dikenakan perlahan-lahan.

2.4. Puli (Pulley)

Puli (pulley) adalah suatu elemen mesin yang digunakan untuk

mentransmisikan atau memindahkan daya dengan perantara sabuk (belt), yang

terbuat dari bahan besi cor atau baja cor. Pada puli dengan diameter 200 mm tidak

mempunyai lengan. Ketebalan piringan sama dengan lebar rim. Untuk mengetahui

jumlah lengan pada diameter besar dapat dilihat pada (Lampiran 12: Khurmi, 1984:

692).

11

Gambar 2.2. Groove Pulley

Sumber : http://www.roymech.co.uk

Keterangan gambar :

lp = Lebar pitch (pitch width)

b = Tinggi minimum groove di atas pitch line (minimum height of groove above

the pitch line)

h = Kedalaman minimum groove di bawah pitch line (minimum depth of groove

below the pitch line)

α = groove angle (Sudut groove)

dp = pitch diameter

e = Jarak antara titik tengah 2 groove (distance between the axes of the sections

of two grooves)

f = Jarak antara titik tengah groove dengan bagian tepi pulley (distance between

the axis of the section of the outer groove and the rim of the pulley).

Dimensi dan daya:

Lebar puli = B (mm)

Lebar puli dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

B = 1,25.b (mm) (Khurmi, 1984:695)

Dimana :

b = lebar sabuk (mm)

12

Diameter hubungan puli

Diameter hubungan puli dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

dh = 1,5 ds + 25 (mm) (Khurmi, 1984:695)

dimana :

ds = diameter poros (mm)

Diameter Puli

Diameter puli dapat dihitung dengan menggunakan rumusan:

𝐷 =60.𝑉

𝜋.𝑛(𝑚𝑚) (Khurmi, 1984:695)

Dimana :

V = kecepatan puli (cm/s)

n = putaran puli (rpm)

Tebalan rim pulley

Tebal rim puli dapat dihitung dengan menggunakan rumusan:

𝑇 =𝑑

200+ 3(𝑚𝑚) (Khurmi,1984:695)

Beban tangensial tiap lengan

Beban tangensial tiap lengan pada puli dapat ihitung dengan menggunakan

rumusan:

τ =2.𝑇

𝑅.𝑥(𝑘𝑔) (Khurmi, 1984:696)

Dimana :

T = torsi (kg.mm)

R = jari – jari puli (mm)

X = jumlah lengan

13

2.5 Transmisi Sabuk (Belt)

Sabuk merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan

daya dengan putaran dari motor melalui puli, antara poros satu dengan yang lain

dengan jarak yang jauh. Sabuk dibedakan menjadi tiga kelompok, yaitu:

a. Sabuk rata (Flat Belt)

Sabuk jenis ini biasanya dipasang pada pully silinder dan meneruskan momen

antara dua poros. Sabuk ini umumnya tidak menimbulkan suara (tidak

berisik), efisien pada putaran tinggi, dan dapat mentransmisikan daya besar

dengan jarak yang panjang.

b. Sabuk dengan gigi (Timing Belt)

Sabuk jenis ini biasanya dipasang secara berpasangan dengan jenis pulley,

untuk meneruskan putaran secara tepat. Sabuk jenis ini memiliki

kecenderungan selip yang kecil, daya yang ditransmisikan konstan dan

dengan adanya gigi memungkinkan untuk mendapatkan putaran rendah atau

tinggi.

c. Sabuk-V (V-Belt)

Sabuk ini biasanya dipasang dengan cara membelitkannya dikeliling alur

pully berbentuk V dan meneruskan putaran dua poros. Sabuk jenis ini

biasanya digunakan pada jarak pendek dan daya yang dihasilkan besar pada

tegangan yang relatif rendah serta tidak ada sambungan pada sabuknya.

Faktor-faktor yang mempengaruhi dalam transmisi sabuk adalah:

1. Tegangan Sabuk.

2. Kecepatan Pulley.

3. Sudut Kontak antara sabuk dengan Pulley yang terjadi.

4. Kondisi dimana sabuk digunakan.

Dalam pemilihan sabuk berlaku rumusan-rumusan sebagai berikut:

14

Gambar 2.3. Keterangan Rumus Perhitungan V-Belt

Keterangan :

C : jarak sumbu poros

d2 : diameter luar pulley yang digerakkan

d1 : diameter luar pulley penggerak

Kecepatan linear sabuk v (m/s).

v = (Sularso dan suga, 1997:166)

Dimana:

v : Kecepatan Keliling Sabuk (m/s).

dp : Diameter Pulley Mesin (mm)

n : Putaran Pulley Mesin(rpm)

Antara poros penggerak dengan poros yang digerakan ada jarak, maka

panjang keliling sabuk L (mm) harus dihitung, dimana masing-masing adalah dp

(mm) dan Dp (mm) serta perbandingan putaran dinyatakan atau . Jarak

sumbu poros dan keliling sabuk berturut-turut adalah C dan L, maka:

L = 2C + (dp + Dp) + (Dp dp)2 (Sularso, 1997: 170)

Dimana:

L = Panjang Sabuk (mm)

C = Jarak Sumbu Poros (mm)

Dalam mendapatkan sabuk yang panjangnya sama maka perhitungan

menggunakan jarak antara kedua poros dengan rumus sebagai berikut:

1000x60

ndπ p

2n

1n

Dp

dp

2

π

C4

1

15

C = (Sularso, 1997: 170)

Dimana:

b = 2L 3,14 (Dp dp) (Sularso, 1997: 170)

Dan untuk menentukan sudut antara kedua sumbu pulley (θ)

θ = 1800 57 (𝐷𝑝− 𝑑𝑝)

𝐶 (Sularso, 1997: 170)

Dimana:

θ = Sudut Kontak Antara Kedua Pulley (Radian)

C = Jarak Kedua Sumbu Poros (mm)

Jumlah sabuk yang diperlukan dapat diperoleh dengan rumusan :

N = 𝑃𝑑

𝑃𝑜. 𝐾𝜃 (Sularso, 1983:173)

Di mana :

N : Jumlah sabuk yang diperlukan

Pd : Daya motor (Watt)

Po : Daya yang ditransmisikan sabuk (Watt)

Kθ : Faktor koreksi sabuk

Gambar 2.4. : Konstruksi dan Tipe Sabuk V

(Sularso, 1983: 164)

2.6. Pasak (spline)

Pasak adalah elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian

mesin seperti roda gigi, sproket, puli, kopling dan sebagainya pada poros

(Sularso, 2004:23). Fungsi pasak dalam perancangan mesin adalah untuk

menghubungkan antara dua elemen mesin (umumnya poros dan naf), sehingga

terjadi pengaluran momen antara dua komponen tersebut. Pasak memiliki sifat

sederhana, dapat diandalkan, mudah digunakan (dipasang dan dibongkar) dan

8

dD(8b+b pp2

16

murah pembuatannya.

Menurut Sularso (2004:24), berdasarkan letak pada poros, pasak

dibedakan menjadi empat, yaitu pasak pelana, pasak rata, pasak benam dan

pasak singgung yang umumnya berpenampang segi empat. Sedangkan

berdasarkan bentuknya, pasak dibedakan menjadi dua, yaitu pasak tembereng

dan pasak jarum. Adapun keterangan lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar

di bawah ini.

Gambar 2.5 : Jenis-jenis Pasak Berdasarkan Letak Poros

Sumber: Sularso, 1979:24

Pasak yang digunakan pada perencanaan mesin pemilah limbah sagu ini

adalah jenis pasak benam yang berfungsi untuk mengikat poros dengan puli.

Pemilihan pasak benam ini didasarkan pada pembebanan yang terjadi pada

pasak yaitu beban puntir dan meneruskan momen yang besar.

Dengan mengetahui daya rencana (Pd) yang dihitung pada perhitungan

poros serta mengetahui putaran poros (n) dan juga torsi (T) diketahui pada

perhitungan poros, maka daya tangensial pada permukaan poros (F) dapat

ditentukan dengan rumus sebagai berikut:

Ft = (Sularso, 1997: 25)

Dimana:

Ft = Gaya Tangensial (Kg)

2

d

T

s

17

T = Torsi (Kg.mm)

Ds = Diameter Poros (mm)

Gaya geser τk (Kg/mm2) yang bekerja pada penampang mendatar bxl (mm2) oleh

gaya F (kg) adalah :

τk = F / b . l (Sularso, 1983;25)

Besarnya tegangan geser yang diijinkan :

τka ≥ 𝐹

𝑏. 𝑙1 (Sularso, 1983;25)

di mana :

τka : Tegangan geser yang diijinkan (Kg/mm2)

l1 : Panjang pasak yang diperlukan (mm)

Gaya keliling F (kg) yang sama seperti tersebut di atas dikenakan pada luas

permukaan samping pasak. Kedalaman alur pasak pada poros dinyatakan dengan t1

dan kedalaman alur pasak pada naf dengan t2 sehingga tekanan permukaan p adalah

:

p = 𝐹

𝑙 𝑥 (𝑡1𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑡2) (Sularso, 1983;27)

Dari harga tekanan permukaan yang diijinkan pa (kg) maka panjang pasak yang

diperlukan dapat dihitung :

pa ≥ 𝐹

𝑙 𝑥 (𝑡1𝑎𝑡𝑎𝑢 𝑡2) (Sularso, 1983;27)

Dimensi pasak yang digunakan sesuai dengan tabel.

Table 2.2. Ukuran standart pasak

18

(Sularso;Elemen Mesin; Hal 10)

2.7. Bantalan (Bearing)

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban sehingga

putaran atau gerakan bolak – baliknya dapat berlangsung halus, aman dan berumur

panjang. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen

mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik, maka

prestasi dari seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja secara mestinya.

Menurut Soelarso (1991:170), bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros

a. Bantalan luncur. Pada bantalan ini terdapat gesekan luncur antara poros

dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan

dengan perantaraan lapisan pelumas.

b. Bantalan gelinding. Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara

bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding.

Seperti bola (peluru), rol, atau rol jarum, dan rol bulat.

2. Atas dasar arah beban terhadap poros

19

a. Bantalan aksial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak

lurus sumbu poros.

b. Bantalan radial. Arah beban ini sejajar dengan sumbu poros.

c. Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang

arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

Bantalan luncur mampu menumpu poros berputaran tinggi dengan beban

besar. Konstruksi bantalan ini sederhana dan dapat dibuat serta dipasang dengan

mudah. Sedangkan konstruksi bantalan gelinding sukar dan memerlukan ketelitian

yang lebih tinggi sehingga lebih mahal. Bantalan gelinding secara umum lebih

cocok untuk beban kecil daripada bantalan luncur. Oleh karena itu, bantalan

gelinding hanya dapat dibuat oleh pabrik – pabrik tertentu saja. Untuk menekan

biaya pembuatan serta memudahkan pemakaian, bantalan gelinding diproduksi

menurut standar dalam berbagai ukuran dan bentuk.

Dalam perancangan di digunakan bantalan gelinding beberapa kelebihan

kelakuan yaitu kemampuan membawa beban aksial, kelakuan terhadap putaran, dan

kelakuan gesekan.

Gambar 2.6. Macam – Macam Bantalan Gelinding

20

Dalam perancangan ini digunakan bantalan gelinding karena gesekannya sangat

kecil dibandingkan bantalan luncur, disamping itu adanya kemudahan dalam

pembelian , pelumasan , perawatan , dan penggantian bila mengalami kerusakan.

Dengan diketahui diameter poros dan gaya yang bekerja, maka jenis bantalan dan

ukuran bantalan akan dapat ditentukan berdasarkan perhitungan.

Beban ekivalensi dinamis P (kg ) dihitung dengan rumus sebagai berikut :

P = X . Pr + Y . Pa (sularso & Suga, 1983 : 135)

Dimana :

X = Faktor beban radial ( diambil 1,5 )

Y = Faktor beban aksial

Pr = Gaya radial pada tumpuan beban terbesar ( kg )

Pa = Gaya aksial yang bekerja pada bantalan ( kg )

Table 2.3. Faktor-faktor X,V dan Y

(Sularso;Elemen Mesin; Hal 135)

Jika C ( kg ) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P ( kg ) beban

ekivalen dinamis , maka faktor kecepatan fn adalah :

21

Faktor kecepatan (fn) untuk kecepatan

fn = (33.3

𝑛)

1/3

(sularso & Suga, 1983 : 136)

Dimana :

fn = Faktor kecepatan

n = Jumlah putaran tiap menit

Faktor umur (fh)

fh = fn 𝐶

𝑃 (sularso & Suga, 1983 : 136)

Dimana :

fh = fahktor umur

fn = faktor kecepatan

C = kapasitas dinamis ( kg)

P = beban ekivvanlen (kg)

Umur nominal (Lh)

Lh=500.f3

ℎ

Dimana :

Lh = umur nominal

fh = Faktor umur

Tabel 2.4. Beban nominal dinamik spesifik

22

(Sularso;Elemen Mesin; Hal 143)

2.8. Gaya Sentrifugal.

Gaya sentrifugal adalah gaya yang arahnya keluar dari pusat lingkaran.

23

Gambar 2.7. Arah Gaya Sentrifugal

Gaya sentrifugal itu dihitung dengan menggunakan rumusan (Bob foster, 2004) :

F = m 𝑣2

𝑟

Keterangan :

F : Gaya sentrifugal (N)

m : Massa bahan (kg)

v : Kecepatan putar (m/s)

r : Jari-jari keranjang peniris (mm)

Dan akibat dari gaya sentrifugal yang terjadi maka didapatkan tekanan (preasure)

yang menuju kesegala arah sehingga rumus tekanan yaitu (Bob foster 2004) :

P = 𝐹

𝐴

Keterangan :

P : Tekanan yang menuju kesegala arah (N/m²)

F : Gaya sentrifugal (N)

A : Luasan bidang (m²)

Dengan adanya gaya sentrifugal dan tekanan maka empengaruhi tegangan yang

terjadi pada permukaan dinding tabung pemutar, maka rumus tegangan yaitu :

σp = 𝑃 .𝐷

2 𝑇 (Romadloni, 2012)

Keterangan :

σp : Tegangan (Mpa)

P : Tekanan segala arah (N/m²)

T : Tinggi tabung pemutar (mm)

24

2.9. Material Stainless Steel

Baja Tahan Karat (Stainless Stell) Baja tahan karat termasuk dalam baja paduan

tinggi yang tahan terhadap korosi, suhu tinggi, ketangguhan dan suhu rendah.

Karena sifatnya, maka baja ini banyak digunakan dalam pembuatan turbin, mesin

jet, pesawat terbang, bejana tekan, alat rumah tangga dan lain-lainnya.

Secara garis besar baja tahan karat dapat dikelompokkan dalam tiga

jenis, yaitu : jenis austenite, ferit, dan martensit seperti yang ditunjukkan dalam

tabel 2.5.

Tabel 2.5. Klasifikasi Baja Tahan Karat

(Wiryosumarto, 2004).

a) Baja Tahan Karat (Austenitic), kelompok ini adalah yang paling

banyak ditemukan dalam aplikasi disekitar kita, contohnya: peralatan

rumah tangga, tangki, pressure vessel (bajana tekan), pipa, struktur

baik yang bersifat konstruksi maupun arsitektural. Memiliki

kandungan Ni tidak kurang dari 7% yang mengakibatkan

terbentuknya struktur austenite dan memberikan sifat ulet (ductile).

Stainless Steel 304, 304L, 316, 316L termasuk ke dalam tipe ini.

Stainless Steel austenitic bersifat non magnetic.

b) Baja Tahan Karat (Ferritic), kolompok ini memiliki sifat yang

mendekati baja umum (mild steel) tetapi memiliki ketahanan korosi

yang lebih baik. Didalam kelompok ini yang paling umum dipakai

25

adalah tipe 12% Chromium yang banyak dipakai dalam aplikasi

struktural dan tipe 17% Chromium yang banyak dipakai pada

aplikasi peralatan rumah tangga, boiler, mesin cuci dan benda-benda

arsitektural.

c) Baja Tahan Karat (Martensitic), tipe ini umumnya mengandung 11 –

13% Chromium. Tipe ini memiliki kekuatan dan kekerasan yang

tinggi, serta ketahanan terhadap korosi. Aplikasi terbanyak adalah

untuk turbine blade. Dalam peneiltian ini jenis material yang digunakan

adalah (A 240 Type 304) merupakan baja tahan karat austenit dengan kadar

karbon 0,026%. Baja tahan karat austenit memiliki sifat mampu las yang

baik, tahan terhadap korosi, dan tahan dalam keadaan suhu tinggi dan suhu

rendah. Diaplikasikan untuk pembuatan turbin, mesin jet, pesawat

terbang, bejana tekan (pressure vessel), dan alat-alat rumah tangga.

Dalam perancangan ini yang dimaksud dengan (A 240 Type 304) menurut

ASTM (American Society for Testing Material) adalah:

A = Menunjukkan Pengkodean Material Standar Amerika.

240 = Spesifikasi Number Plate Baja Tahan Karat.

Type 304 = Menujukkan material berjenis plate.