5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kotoran Sapi

Kotoran sapi merupakan sebuah limbah hasil dari pencernaan sapi.

Warna pada kotoran sapi memiliki warna yang sangat bervariasi dari kehijauan

hingga kehitaman, hal tersebut terjadi akibat makanan yang dikonsumsinya

sehingga mempengaruhi warna kotoran sapi. Warna kotoran sapi akan

cenderung lebih gelap setelah terpapar udara dan sinar matahari. Contoh

gambar kotoran sapi dapat dilihat pada gambar 4.1.

Kotoran sapi memiliki kandungan unsur hara. Unsur hara pada kotoran

sapi berguna untuk menyuburkan tanaman. Tanaman membutuhkan unsur hara

sebagai salah satu bahan fotosintesis. Unsur hara yang dihasilkan oleh kotoran

sapi sangat menguntungkan bagi tanaman.

2.1.1 Pengolahan Kotoran Sapi

Kotoran sapi pada awalnya hanya dimanfaatkan sebagai pupuk

kompos oleh peternak, tetapi seiring dengan perkembangan zaman

olahan kotoran sapi mulai dapat dikembangkan, beberapa olahan kotoran

Gambar 2. 1 Kotoran Sapi

6

sapi yang lebih bermanfaat serta memiliki sebuah nilai jual yang lebih

tinggi. Beberapa diantara hasil olahan kotoran sapi adalah sebagai

berikut.

a. Pupuk Organik

Kotoran sapi merupakan salah satu bahan yang memiliki

sebuah potensi untuk dijadikan sebagai pupuk kompos. Kotoran

sapi sendiri memiliki kandungan unsur hara yang mana terdiri dari

fosfor, nitrogen, kalium, kalsium. Kotoran sapi merupakan pupuk

kompos yang baik untuk tanaman maupun lingkungan. Disbanding

dengan pupuk kimia pupuk kompos kotoran sapi dinilai lebih ramah

lingkungan meskipun tidak memiliki dampak secara instan seperti

pupuk kimia[1].

Kotoran sapi sudah dimanfaatkan sebagai pupuk kompos

sejak dulu, tetapi pemanfaatan tersebut masih dilakukan dengan cara

tradisional. Dalam pengolahan kotoran sapi sebagai pupuk kompos

masih perlu ditingkatkan agar hasil olahan lebih baik dan waktu

pengolahan lebih singkat. Beberapa perkembangan alat yang

dilakukan juga masih dinilai standar dan belum pada tahapan

teknologi yang tinggi.

b. Biogas

Berdasarkan artikel yang ditulis oleh Yuni Erlita, S.Pt (Dinas

Peternakan & Kesehatan Hewan) kotoran sapi dapat diolah menjadi

beberapa olahan yang bermanfaat, contoh olahan kotoran sapi dapay

dimanfaatkan sebagai biogas. Dengan campuran kotoran ditambah

dengan sisa pertanian yaitu Metan, Karbon dioksida, Nitrogen,

Karbon monoksida, Oksigen, Propena, Hidrogen sulfide dengan

melalui beberapa tahap pengolehan dapat menjadi biogas yang

ramah lingkungan.

Pada proses pengolahannya, kotoran sapi melalui beberapa

tahapan pengolahan. Dengan melalui beberapa tahapan pengolahan

kotoran sapi dan limbah hasil pertanian akan menghasilkan biogas.

Hal ini tentu sangat menguntungkan dikarenakan bahan baku atau

7

sumber energi yang digunakan adalah zat sisa atau limbah dari

hewan ternak sapi. Hal yang terpenting dalam pemanfaatan kotoran

sapi sebagai biogas adalah mengurangi penggunaan minyak bumi

dimana kita ketahui Bersama bahwa minyak bumi adalah jenis

bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui.

c. Briket

Selain dimanfaatkan sebagai pupuk organik dan biogas,

kotoran sapi juga dapat dimanfaatkan sebagai briket. Kotoran sapi

yang awalnya hanya dibuang atau dijadikan sebagai pupuk organik

dengan melalui beberapa proses tahapan pengolahan dapat dijadikan

briket yang lebih memiliki nilai jual. Dalam sebuah jurnal dijelaskan

bahwa kotoran sapi yang dikeringkan dan kemudian diberi perekat

dan dipadatkan dapat menjadi briket.

Pemanfaatan briket sendiri dapat digunakan sebagai

kebutuhan rumah tangga sebagai pengganti kompos gas atau kompor

minyak tanah. Selain itu juga briket juga dapat digunakan sebagai

bahan bakar untuk proses pembakaran berbagai hal. Briket kotoran

sapi sendiri dinilai lebih menguntungkan dikarenakan berbahan baku

dari limbah hewan ternak.

2.2 Jenis-jenis Mesin Pengering

Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita temui beberapa jenis mesin

pengering diantaranya sebagai berikut :

a. Tray Dryer

Mesin pengering jenis tray dryer merupakan jenis mesin pengering

yang tersusun dari rak-rak. Rak rak tersebut tersusun dari atas sampai

bawah dan kemudian pada bagian bawah dialirkan energi panas yang

mana secara zig-zag dengan menggunakan blower/fan. Sumber energi

panas yang dihasilkan dapat berasal dari sebuah listrik. Biasanya panas

diatur pada temperature 50-70 oC seperti gambar 2.2[4].

8

Gambar 2. 2 Tray Dryer [4]

Jenis mesin pengering ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya

sebagai berikut.

1. Sederhana serta biaya instalasi yang rendah

2. Biaya operasional yang rendah

Selain kelebihan jenis mesin pengering ini juga memiliki beberapa

kekurangan diantaranya sebagai berikut.

1. Kecenderungan yang mana tray terbawah panas serta tray teratas

cenderung kurang panas

2. Terdapat Efisiensi yang Rendah

b. Spray Dryer

Prinsip kerja pada spray dryer yaitu dimana air yang terkandung

dalam sebuah butiran produk yang mana akan dikeringkan dan terjadi

perubahan menjadi partikel halus dengan melalui proses penguapan.

Kemudian partikel dalam sebuah produk akan jatuh kebawah dengan

disemprotkan serta dikontakkan melalui udara panas yang mengalir.

Selanjutnya produk akan jatuh kebawah menjadi sebuah serbuk serta

untuk pemisahan pada partikel padatan terikut dengan udara panas yang

mengalir seperti gambar 2.3[4].

9

Gambar 2. 3 Spray Dryer [4]

Jenis mesin pengering ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya

sebagai berikut.

1. Nilai ekonomis tinggi

2. Tidak terjadi kehilangan senyawa yang mudah menguap

3. Proses saat pengeringan terjadi secara cepat dan memiliki kapasitas

yang besar

4. Menghasilkan sebuah partikel yang dapat dikontrol sesuai dengan

keinginan

5. Untuk produk, tetap terjaga kualitas dan mutu

Selain kelebihan jenis mesin pengering ini terdapat pula beberapa

kekurangan pada jenis mesin pengering ini diantaranya sebagai berikut.

1. Biaya yang tergolong cukup tinggi

2. Hanya dapat diaplikasikan pada seuah produk yang cair dengan

kadar konsentrasi tertentu

c. Rotary / Drum Dryer

Prinsip kerja mesin ini yaitu dengan menggunakan sebuah drum

yang Panjang dan dipasang secara horizontal serta berputar pada poros.

Pada bagian bawah drum dirancang sedikit menurun hal ini bertujuan

agar produk akan berjalan mengikuti gravitasi putaran drum sehingga

lebih mumudahkan untuk pengambilan hasil olahan. Kemudian panas

10

dialirkan kearah salah satu sisi drum yang berasal dari pembakaran gas

atau batu bara seperti pada gambar 2.4[4].

Gambar 2. 4 Rotary/Drum Dryer [4]

Jenis mesin pengering ini terdapat beberapa kelebihan yaitu

sebagai berikut.

1. Dapat digunakan untuk mengeringkan bagian luar maupun luar

produk

2. Efisiensi yang tinggi serta instalasi yang mudah

3. Menggunakan daya listrik yang tergolong kecil

4. Pada proses pencampuran terjadi secara baik serta merata

5. Mudah saat dioperasikan

Selain kelebihan jenis mesin pengering ini juga terdapat

beberapa kekurangan yaitu sebagai berikut.

1. Karakteristik pada produk yang tidak konsiten

2. Drum dapat terjadi erosi terhadap material-material tertentu

2.3 Proses Manufaktur

Dalam pembuatan kerangka, terdapat beberapa pengerjaan manufakur yang

dilakukan. Pengerjaan tersebut merupakan bagian dari pembangunan kerangka

mesin pengering.

2.3.1 Cutting/Pemotongan

Proses pemotongan adalah proses manufaktur dengan mendapat

hasil ukuran atau bentuk sesuai dengan ukuran atau bentuk yang

diinginkan. Untuk menghasilkan potongan yang akurat diperlukan alat

yang sesuai dengan hasil potongan yang diinginkan. Sebelum melakukan

pemotongan, benda yang akan dipotong terlebih dahulu diberi tanda agar

11

mendapat hasil yang akurat. Untuk pengerjaan beberapa jenis logam

seperti proses pengerjaan, batangan baja pemotongan kawat, baja profil,

terdapat gaya yang bekerja. Gaya yang bekerja pada proses pemotongan

berupa gaya geser yang dihasilkan dari gesekan antar material yang

dipotong dengan alat potong yang digunakan dan pada material yang

dipotong akan terjadi sebuah area yang kita sebut dengan “daerah

pergeseran”. Pada material dengan ukuran yang tebal, maka gaya geser

yang dihasilkan juga besar, begitu juga jika material yang digunkan tipis,

maka gaya geser yang dihasilkan juga kecil. Untuk itu keadaan demikian

sering dinamakan dengan “ die shearing sheet metal” dan hal ini yang

sering digunakan dalam punching tool[4].

Untuk proses pemotongan dengan bentuk tertentu, seperti bentuk

siku dapat menggunakan Mesin Cut Off atau Cutting Wheel. Mesin cut

off sendiri adalah mesin perkakas potong yang di gunakan untuk

memotong bahan yang besar dan yang sulit apabila menggunakan mesin

gerinda tangan. Pada mesin cut off juga terdapat alat bantu untuk

membentuk potongan berbentuk siku. Contoh mesin cut off dapat dilihat

pada gambar 2.5.

Gambar 2. 5 Mesin Cut Off

(www.tokopedia.com)

2.3.2 Grinding

Pada umumnya mesin gerinda biasa digunakan untuk memotong

suatu logam, tetapi fungsi lain mesin gerinda dapat juga digunakan untuk

12

memperhalus sisa hasil potongan dan membuat keakuratan pada hasil

potongan. Pada aplikasinya, selain untuk memotong benda, mesin gerinda

juga dapat digunakan untuk menghaluskan permukaan, meratakan, dan

mempertajam sisi benda[4].

Pada umumnya, kecepatan putar mesin gerinda adalah 11.000 –

15.000 rpm. Pada kecepatan tersebut dengan bahan alumunium oksida

sebagai batu gerinda, maka mesin gerinda akan mampu digunakan untuk

meratakan dan memperhalus logam. Dengan kecepatan 11.000-15.000 rpm

mesin gerinda juga dapat digunakan untuk memotong logam dengan batu

gerinda yang disesuaikan.

a. Mesin Gerinda

Mesin gerinda (grinding machines) adalah alat perkakas yang

digunakan untuk proses pemotongan logam. Selain digunakan untuk

memotong logam, gerinda juga dapat digunakan untuk menghaluskan

maupun mempertajam permukaan. Mesin gerinda memotong logam

dengan prinsip secara berpotongan antara material abrasive dengan

benda kerja logam[4]. Mesin gerinda sendiri memiliki beberapa

macam. Berikut macam-macam mesin gerinda.

1. Mesin Gerinda Tangan

Mesin gerinda tangan adalah jenis mesin gerinda yang paling

umum digunakan. Jenis mesin gerinda ini biasa digunakan oleh

pekerja umum maupun seorang professional. Biasa digunakan untuk

memotong plat, besi hollow, profil L dan merapikan sisa hasil

pengelasan.

Mesin gerinda tangan dirancang untuk lebiih praktis dan

efisien digunakan pada pemotongan benda-benda yang memiliki

ketebalan rendah dan mudah untuk dibawa kesegala tempat dan

mudah dalam penggunannya. Oleh sebab itu, jenis mesin gerinda ini

banyak dimiliki oleh banyak pekerja umum. Contoh gambar mesin

gerinda tangan dapat dilihat pada gambar 2.6.

13

Gambar 2. 6 Bagian-Bagian Gerinda Tangan

Sumber : http://digilib.polban.ac.id/

2. Mesin Gerinda Duduk

Fungsi utama dari jenis mesin gerinda duduk adalah untuk

memperhalus permukaan logam. Tetapi mesin gerinda duduk

juga dapat digunakan untuk mengasah pisau, kampak dan

peralatan lainnya.

Prinsip kerja dari mesin gerinda ini adalah dengan

memutar batu gerinda kemudian benda kerja digesekkan pada

permukaan batu gerinda. Contoh gambar mesin gerinda duduk

dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2. 7 Bagian-Bagian Gerinda Duduk

Sumber : https://teknikece.com/jenis-mesin-gerinda/

b. Proses Gerinda

Pada tahapan pembuatan suatu alat diperlukan proses

penggerindaan untuk memberi hasil pengerjaan yang baik dan lebih

rapi. Pada proses penggerindaan, benda kerja digeserkan dengan batu

gerinda agar permukaan yang kasar dapat menjadi halus. Terdapat 2

14

jenis penghalus pada gerinda, yaitu bentuk piringan (grinding

wheel/disk) yang dibuat dengan campuran serbuk abrasif dan bahan

pengikat. Yang kedua adalah berbentuk batu gerinda yang dipasang

pada spindle/poros utama berputar dengan kecepatan tertentu.

Pada proses penggerindaan terdapat beberapa proses yang menjadi

ciri khusus dari proses penggerinda. Ciri-ciri tersebut adalah sebagai

berikut :

1. Untuk menghasilkan permukaan yang halus dapat dilakukan

dengan proses yang mudah.

2. Sisa hasil pengerjaan hanya sedikit, karena mesin gerinda hanya

memakan sedikit dari benda kerja untuk proses penghalusan.

3. Untuk hasil akhir dapat memiliki nilai akurasi yang baik

dikarenakan proses pemakanan benda kerja hanya sedikit demi

sedikit sehingga lebih akurat.

Manfaat penggunaan mesin gerinda untuk finishing adalah sisa

hasil pengerjaan yang sedikit sehingga limbah yang dihasilkan juga

tidak banyak. Tentu hal ini menjadi keuntungan tersendiri pada

penggunaan mesin gerinda. Hasil pengerjaannya pun juga lebih

memudahkan untuk mencapai standar dan ukuran yang diinginkan, pleh

sebab itu hasil pengerjaan menggunakan mesin gerinda akan lebih

memiliki akurasi yang baik.

Proses penggerindaan biasa dilakukan untuk tahap akhir

sebelum pengecatan. Pada tahap tersebut, mesin gerinda berperan untuk

menghaluskan permukaan dan membersihkan sisa hasil pengerjaan

agar hasil pengerjaan lebih halus dan rapih. Jenis mesin gerinda yang

digunakan juga perlu diperhatikan agar menperoleh ketepatan dan

memudahkan dalam proses pengerjaan. Beberapa jenis mesin gerinda

memiliki fungsi khusus masinng-masing sesuai dengan kebutuhan

pengerjaan yang diingkan. Oleh sebab itu, pemilihan jenis mesin

gerinda juga perlu dilakukan memperhatikan hasil pengerjaan yang

baik dan akurat.

15

2.3.3 Pengelasan

Pengelasan adalah proses manufaktur yang dilakukan untuk

mencapai pembuatan produk lebih baik dan memiliki nilai jual lebih baik

dari bahan baku. oleh sebab pada saat melakukan pengelasan perlu sangat

memperhatikan beberapa sifat pengelasan seperti sambungan pada

pengelasan untuk mendapat hasil pengelasan yang baik[6]. Kualitas

pengelasan tergantung dari pengerjaan pada saat pengelasan dan tergantung

dari persiapan sebelum pelaksanaan pengelasan. Menurut DIN pengelasan

adalah kegiatan menyambungkan logam dengan cara melehkan loga, hingga

cair. Berdasarkan definisi tersebut, pengelasan adalah sambungan paduan

logam yang kemudian dijadikan satu pada saat dalam kondisi cair. Dalam

arti pengelasan lebih lanjut, pengelasan adalah menyambung logam pada

bagian yang telah ditentukan dengan memanfaatkan energi panas[6].

Terdapat beberapa cara kerja pengelasan diantaranya adalah sebagai

berikut :

a. Pengelasan cair

Pengelasan cair adalah kegiatan mengelas logam dengan cara

sambungan dipanaskan sampai mencair dari busur listrik atau semburan

api gas yang terbakar.

b. Pengelasan tekan

Pengelasan bertekanan adalah proses pengelasan dengan cara

sambungan dipanaskan dan kemudian ditekan hingga menjadi satu.

c. Pematrian

Pengelasan pematrian adalah cara pengelasan dimana sambungan

logam disatukan tetapi induk logam tidak meleleh, hanya pada paduan

logam saja.

Las SMAW (Shield Metal Arc Welding) merupakan proses pengelasan

yang menggunakan panas untuk mencairkan material dasar atau logam

induk dan elektroda (kawat las). Panas tersebut dihasilkan oleh lompatan

ion listrik yang terjadi antara katoda dan anoda (ujung elektroda dan

16

permukaan plat yang akan dilas). Jenis las ini mampu menghasilkan panas

hingga mencapai 4000 ͦ C-4500 ͦ C.

Pada proses pengelasan, pengelas menempelkan batang elektrode ke

benda kerja, setelah keluar percikan api kemudian batang elektrode harus

diangkat sedikit untuk menciptakan lompatan ion untuk menghasilkan

panas. Panas yang dihasilkan akibat lompatan ion akan mencairkan busur

listrik dan benda kerja yang akan dilas. Logam yang mencair akan menyatu

dan akan menjadi hasil lasan akibat panas yang diterima.

Pada saat mengelas, pengelas harus tetap menjaga jarak busur las

dengan benda kerja agar mendapat hasil pengelasan yang baik. Jarak yang

umum digunakan antara benda kerja dengan busur las adalah 3 mm.

Terdapat beberapa penggolongan proses las listrik antara lain, adalah :

a. Las listrik dengan Elektroda Karbon

Las listrik dengan elektroda karbon memiliki beberapa jenis

diantaranya adalah :

1. Las listrik dengan elektroda karbon tunggal

2. Las listrik dengan elektroda karbon ganda.

b. Las Listrik dengan Elektroda Logam

1. Las listrik dengan elektroda berselaput,

Jenis las listrik ini menggunakan tambahan berupa elektroda

berselaput. Sebagai bahan dasar untuk menyatukan logam, elektroda

berselaput akan mencair yang kemudian akan menyatu dengan

benda kerja. Selaput elektroda yang mencair akan menghasilkan gas

dan dapat melindungi ujung dari busur las. Selaput tersebut juga

berfungsi sebagai pelindung akibat dampak yang dihasilkan pada

saat pengelasan sehingga akan memberi manfaat aman pada proses

pengelasan untuk batang elektroda yang digunakan.

Temperatur pada elektrode berbeda dengan benda kerja. Pada

busur elektroda temperatur yang dihasilkan adalah 3400° C,

sedangkan pada benda kerja, temperature yang dihasilkan mencapai

4000° C.

17

2. Las listrik TIG (Tungsten Inert Gas)

Las listrik TIG adalah jenis pengelasan dengan hasil kualitas

yang tinggi. Cara pengelasan jenis pengelasan ini tidak memerlukan

logam tambahan untuk proses penyambungan logamnya.

Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan pada saat

melakukan pengelasan menggunakan las listrik diantaranya adalah dengan

menyambung logam dengan kawat elektroda. Untuk menutup lubang

sambungan, biasanya pengelas akan menggunakan kawat electrode sebagai

penutup bagian yang berlubang. Cara ini cukup efisien digunakan karena

dapat menutupi pengelasan yang memiliki celah yang besar. Kawat

electrode dengan dipanaskan pada temperature tinggi, kemudian memcair

dan dapat menyatu dengan benda kerja. Hal ini juga dapat mengatasi

oksidasi akibat cacat pada pengelasan.

Gambar 2. 8 Skema Las Dengan Elektroda Terbungkus

Sumber : Dokumentasi Laboratorium Proses Manufaktur

Pesawat las dapat digolongkan kebeberapa bagian diantaranya adalah

sebagai berikut :

1. Pesawat Las Arus Bolak-Balik (AC)

Jenis pesawat ini adalah dengan cara dihubungkan dengan

transformator yang juga dihubungkan dengan jala PLN atau dengan

motor disel, atau dapat juga motor bensin. Kapasitas trafo biasanya 200-

18

500 ampere. Sedangkan voltase (tegangan) yang ke luar dari pesawat

trafo ini antara 36-70 volt, dan ini bervariasi menurut pabrik yang

mengeluarkan pesawat las trafo ini.

2. Pesawat Las Arus Searah (DC)

Jenis pesawat ini juga memanfaatkan energi yang bersumber

dari motor bensin maupun motor listrik atau dapat juga dengan motor

lsitrik (generator).

3. Pesawat Las AC-DC

Jenis pesawat ini adalah gabungan antara motor AC dan motor

DC. Jenis pesawat ini penggunaannya akan lebih banyak dimanfaatkan.

Misalnya pembangkit listrik motor diesel.

2.4 Analisis Beban Statis

Dalam membuat sebuah kerangka perlu adanya sebuah analisis. Hal

ini bertujuan agak kerangka yang dibuat aman dalam penggunaannya. Apabila

dalam analisis menunjukkan gagal, maka perlu adanya kajian literatur untuk

mencari solusi agar alat yang dibuat dapat digunaan sebagaimana mestinya.

Dalam analisis beban statis suatu material terdapat beberapa persamaan yang

digunakan menganalisis sebagai berikut :

a. Diagram Benda Bebas dan Kesetimbangan

Diagram benda bebas adalah sebuah gambar yang memiliki tujuan

untuk menggambarkan atau mengilustrikan gaya, momen, dan reaksi yang

bekerja pada suatu benda. Diagram benda bebas mengambarkan dan

mampu menunjukkan hubungan sebab akibat yang dihasikan antara benda

dengan gaya-gaya bekerja sehingga mempermudahkan dalam proses

analisanya[7].

Dalam menganalisa sebuah beam untuk menentukan gaya dan

pembebanan yang bekerja pada beam tersebut maka perlu menggambar

DBB dari beam tersebut (gambar 2.10).

19

Gambar 2. 9 Beam

Gambar 2. 10 DBB Beam

Dalam membuat sebuah kerangka perlu adanya nilai kesetimbangan

dalam kerangka tersebut agar kerangka dapat menopang beban yang

diberikan. Menurut (Ma’ruf, 2016). Apabila struktur kerangka terletak

dalam bidang x-y, maka untuk masing-masing diagram benda bebas yang

menggambarkan beban harus memenuhi syarat persamaan berikut[7] :

∑ 𝐹𝑥 = ∑ 𝐹𝑦 = ∑ 𝑀 = 0 ……………………………………(2.1)

b. Tegangan

Tegangan (𝜎) dalam suatu elemen mesin adalah besarnya gaya yang

bekerja tiap satuan luas penampang. Tegangan dapat diketahui dengan

melakukan pengujian, dan besarnya kekuatan sangat tergantung pada jenis

material yang diuji[8].

Rumus untuk mencari nilai tegangan adalah sebagai berikut :

𝜎 = 𝐹

𝐴 ………………………………………………………(2.2)

Dengan :

σ = Tegangan (N/m2)

F = Gaya yang diberikan (N)

20

A = Luas Penampang (m2)

c. Regangan

Regangan (𝜀) merupakan laju perubahan ukuran bahan akibat beban

yang dialami bahan tersebut[8]. Untuk menentukan nilai regangan rata-

rata nilai perubahan regangan dibagi dengan Panjang awal. Atau dapat

ditulis dengan persamaan berikut :

𝜀 = 𝐿

∆𝐿 …………………………………………………………(2.3)

Dengan :

𝜀 = Regangan

∆L = Perubahan Panjang Batang (m)

L1 = Akhir Panjang Batang (m)

L = Panjang Awal Batang (m)

d. Hukum Hooke

Hukum Hooke merupakan hubungan antara tegangan dan regangan

yang terjadi pada daerah elastis pada suatu bahan akibat beban yang

dialami bahan tersebut (Shigley, 2006).[8] Hukum Hooke dapat

diterjemahkan menjadi persamaan dimana tegangan berbanding lurus

dengan regangan,

Dalam persamaan dapat dituliskan sebagai berikut :

𝜎 = 𝐸 . 𝜀 atau 𝐸 = 𝜎

𝜀 ……………………………………….(2.4)

Dimana :

𝜎 = Tegangan (N/m2)

𝐸 = Modulus Elastisitas

𝜀 = Regangan

Teori tegangan geser maksimum digunkan untuk menentukan

kegagalan bahan dimulai ketika tegangan geser yang terjadi melebihi

tegangan izin maksimum dari sebuah elemen. Teori tegangan geser

21

maksimum juga disebut sebagai teori Tresca atau teori Guest[8]. Teori ini

dirumuskan dalam persamaan berikut :

𝜏max = 𝜎1− 𝜎2

2 ≥

𝑆𝑦

2 ……………………………………………(2.5)

Dimana :

𝜏max = Tegangan Gesar Maksimum (N/m2)

𝜎1 = Tegangan Utama Maksimum (N/m2)

𝜎2 = Tegangan Utama Manimum (N/m2)

Apabila nilai 𝜎1− 𝜎2

2 lebih besar daripada

𝑆𝑦

2 maka terjadi kegagalan.

Energi distorsi terjadi jika energi regangan distorsi persatuan

volume mencapai atau melebihi energi regangan distorsi persatuan volume

untuk menghasilkan tegangan dari elemen yang sama. Teori energi distorsi

berkaitan dengan teori Von Misess Stress[8]. Dalam persamaan dapat

dituliskan sebagai berikut :

𝜎′ ≥ 𝑆𝑦

[(𝜎1−𝜎2)2+(𝜎2−𝜎3)2+(𝜎3−𝜎1)2

2]

2

≥ 𝑆𝑦 …………………………(2.6)

Apabila nilai [(𝜎1−𝜎2)2+(𝜎2−𝜎3)2+(𝜎3−𝜎1)2

2]

2

lebih besar daripada 𝑆𝑦, maka

terjadi kegagalan.

e. Momen Inersia

Momen inersia suatu luasan adalah perkalian antara luasan dengan

jarak kuadrat dari titik berat luasan terhadap garis. Adapun penampang

daripada rangka utama chassis ini adalah berbentuk hollow segi empat, dan

untuk roll bar nya berbentuk hollow lingkaran.

Untuk besar momen inersia pada penampang hollow dapat

ditentukan berdasarkan gambar dan persamaan berikut.

22

Gambar 2. 11 Penampang Rangka Utama

𝐼 = 𝐼𝑋′ =1

12 𝑏ℎ3 −

1

12𝑏′ℎ′3………………………………………………………(2.7)

f. Faktor Keamanan (Safety Factor)

Menurut Achmad, 1999 Faktor keamanan n adalah faktor yang

digunakan untuk mengevaluasi keamanan dari suatu elemen mesin[9].

Penentuan faktor keamanan sangat diperlukan dalam desain suatu

alat. Hal ini menentukan keberhasilan desain dari alat tersebut. Apabila

beban yang diterima melebihi faktor keamanan yang ditentukan maka yang

akan terjadi alat yang dibangun akan mengalami kegagalan. Kegagalan

yang dialami dapat berupa alat yang dibangun mengalami deformasi plastis,

patah dan lain sebagainya. Untuk menentukan faktor keamanan diperlukan

beberapa analisis melalui persamaan berikut[10].

𝑠𝑎𝑓𝑒𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 = 𝑌𝑒𝑖𝑙𝑑 𝑃𝑜𝑖𝑛𝑡 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠

𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 ……………………….(2.8)

Faktor keamanan adalah batas aman yang ditetapkan agar desain

yang dibuat dapat berhasil. Besar nilai tegangan yang bekerja pada benda

tidak boleh lebih dari tegangan yang diizinkan pada material. Terdapat

juga beberapa pertimbangan umum yang mempengaruhi nilai faktor

keamanan, diantaranya adalah sebagai berikut :

a. Sifat dari material itu sendiri dan spesifikasi keandalannya.

b. Sifat pembebanan (sifat mampu beban).

c. Sifat ketahanan material dari korosi.

d. Kemungkinan dampak dari pengerjaan pemesinan.

23

e. Akibat kegagalan (kelelahan) material pada waktu proses

pembentukan[3].

Menurut Achmad (1999), Berikut ini adalah nilai faktor keamanan

menurut P. Vidosic (tabel 2.1).[9]

Tabel 2. 1 Faktor Keamanan Berdasarkan Tegangan luluh

NO. Nilai Keamanan, n Keterangan

1 1,25+1,5 Untuk bahan yang sesuai

dengan penggunaan pada

kondisi terkontrol dan

beban tegangan yang

bekerja dapat ditentukan

dengan pasti.

2 1,5+2,0 Untuk bahan yang sudah

diketahui dan pada

kondisi lingkungan

beban dan tegangan

yang tetap dan mudah

ditentukan dengan

mudah

3 2,0+2,5 . Untuk bahan yang

beroperasi pada

lingkungan biasa dan

beban serta tegangan

dapat ditentukan.

4 2,5+3,0 Untuk bahan getas di

bawah kondisi,

lingkungan beban dan

tegangan dapat

ditentukan.

5 3,0+3,5 Untuk bahan belum diuji

yang digunakan pada

24

kondisi lingkungan,

beban dan tegangan rata-

rata atau untuk bahan

yang sudah 5 diketahui

baik yang bekerja pada

tegangan yang tidak

pasti.

2.5 Jenis-jenis Pembebanan

Dalam analisis suatu material perlu adanya mengetahui beban yang

akan diterima material tersebut. Dalam mata kuliah elemen mesin terdapat

beberapa beban yang diterima pada suatu material.

1. Beban Lentur

Beban lentur adalah gaya yang bekerja pada sebuah material yang

mengakibatkan benda tersebut mengalami gaya momen bending. Beban

lentur juga mengakibatkan material berubah bentuk atau deformasi akibat

gaya normal.

2. Beban Lintang

Beban lintang adalah beban yang mengakibatkan gaya geser transversal

dan gaya geser longitudinal. Gaya tersebut juga mengakibatkan material

mengalami deformasi akibat beban yang diterima oleh material. Dalam

keadaan statis besar gaya transversal harus sama dengan gaya longitudinal.

3. Beban Puntir

Beban puntir adalah beban yang mengakibatkan torsi pada material

tersebut. Beban puntir juga mengakibatkan regangan geser, regangan geser

akibat torsi mangakibatkan material mengalami deformasi pada material

dengan bantuk rotasi.

2.6 Penelitian Terdahulu

Dalam penelitian ini, kami merujuk pada beberapa penelitian

terdahulu sebagai acuan dalam pelaksanaan penelitian. Hal ini kami lakukan

25

agar dalam pelaksanaan penelitian tidak terjadi kesalahan atau kegagalan

dalam penelitian yang kami lakukan. Berikut adalah penelitian terdahulu yang

dijadikan referensi (tabel 2.2).

Tabel 2. 2 Referensi Penelitian Terdahulu

No Nama Peneliti Judul

Penelitian

Variabel

Penelitian

Alat

Analisis

Hasil

Penelitian

1 Azwir Sofyan,

Jean Glusevic,

A.J. Zulfikar,

Bobby Umroh.

2019

Analisis Kekuatan

Struktur Rangka

Mesin Pengering

Bawang

Menggunakan

Perangkat Lunak

Ansys Apdl 15.0

Nilai

Safety

Factor

Perangka

t Lunak

Ansys

Apdl

15.0

[1] berat tray

= 2,32 kg,

berat bawang

= 1 kg, total

beratnya ialah

3,32 kg.

[2] ) Hasil

simulasi

pembebanan

pada tray :

defleksi

maksimum ;

0.0055mm

[3]

Berdasarkan

hasil simulasi

struktur alat

pengering

bawang dapat

dinyatakan

aman untuk

digunakan

pada beban

kerja tersebut.

2 Hery Irawan,

Bakuh

Suhayat. 2020

Analisis Desain

Kerangka Mesin

Pengering Padi

Rotary Dryer Dengan

Empat Bantalan Rol

Menggunakan

Software CAD

Nilai

Safety

Factor

Solidwor

ks

Hasil simulasi

pada kekuatan

kerangka

didapat yield

streng max

Von-Misses

1.291e+008N/

26

m2 , hasil

simulasi

Displacement

1.742e+000,

dan hasil

simulasi safety

factor 1.9

maka simulasi

dikatakan

aman.

3 Putra Akbar,

Iqbal , Wenny

Marthiana.

2015

Analisis Statis

Struktur Rangka

Mesin Pengering

Kotoran Ternak

Nilai

Safety

Factor

Solidwor

ks

Diperoleh

nilai Faktor

keamanan

pada rangka

didapat 1,28

Deformasi

akibat

perubahan

panjang

setelah

disimulasi

didapat 5,26

mm. Momen

maksimum

didapat 3,53 x

104 kgcm

4 Hafidz

Salafuddin,

2016

Desain Dan Analisis

Kekuatan Pada

Rangka Kendaraan

Jenis Prototype

Sesuai Standar Shell

Eco Marathon Asia

Nilai

Safety

Factor

Autodesk

Inventor

Diperoleh

nilai Safety

factor 1,78

saat pengujian

roll bar

menggunakan

material besi

hollow 50 x 30

x 2 mm pada

rangka

kendaraan.