rancang bangun dan penciptaan mesin semiotomatis …
TRANSCRIPT
i
TUGAS AKHIR – TM141585
RANCANG BANGUN DAN PENCIPTAAN MESIN
SEMIOTOMATIS FILLING DAN CAPPING
VITRAN BEVERAGES
LIKA DIAN FITRANTO
NRP. 02111140000166
Dosen Pembimbing
Ir. Julendra Bambang Ariatedja, MT.
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2018
i
HALAMAN JUDUL
TUGAS AKHIR – TM141585
RANCANG BANGUN DAN PENCIPTAAN MESIN
SEMIOTOMATIS FILLING DAN CAPPING
VITRAN BEVERAGES
LIKA DIAN FITRANTO
NRP. 02111140000166
Dosen Pembimbing
Ir.Julendra Bambang Ariatedja, MT.
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2018
ii
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
iii
FINAL PROJECT – TM141585
BUILDING DESIGN AND CREATION OF SEMIAUTOMATIC FILLING AND CAPPING VITRAN BEVERAGES MACHINE
LIKA DIAN FITRANTO
NRP. 02111140000166
Counselor Lecturer
Ir.Julendra Bambang Ariatedja, MT.
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
Faculty Of Industrial Technology
Sepuluh Nopember Institute Of Technology
Surabaya 2018
iv
“Halaman ini sengaja dikosongkan.
v
vi
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
vii
RANCANG BANGUN DAN PENCIPTAAN MESIN
SEMIOTOMATIS FILLING DAN CAPPING
VITRAN BEVERAGES
Nama Mahasiswa : Lika Dian Fitranto
NRP : 02111140000166
Jurusan : Teknik Mesin FTI-ITS
Dosen Pembimbing : Ir. Julendra B. Ariatedja, MT.
ABSTRAK
Vitran Beverages adalah UKM yang bergerak dibidang
industri minuman sari buah, susu, dan teh. Tetapi usaha ini
mengalami kendala atau permasalahan bahwa proses produksinya
berlangsung sangat lama atau kurang efisien . Oleh karena itu,
diperlukan suatu mesin untuk memperlancar dan mempercepat
proses produksi agar bisa menghasilkan produk yang berkualitas
dalam waktu produksi yang cepat dan tepat sesuai dengan target
perusahaan sehingga produk minuman dalam kemasan tersebut
bisa memenuhi permintaan pasar yang luas sampai kepelosok
nusantara bahkan sampai Internasional.
Dalam Industri minuman botol terdapat dua Induk Mesin,
yang pertama adalah mesin untuk mengawetkan minuman seperti
mesin pasteurisasi, mesin UHT, dan yang kedua adalah mesin
pengemas untuk mempercepat proses produksi yaitu mesin filling
minuman botol, konveyor, dan mesin cupping atau penutup botol
otomatis. Tetapi sangat disayangkan sekali bahwa harga dari
mesin pengemas tersebut sangat mahal bisa mencapai milyaran
rupiah serta memperlukan daya listrik yang sangat besar sehingga
mesin produksi tersebut sangat tidak cocok digunakan oleh
industri UKM yang sedang berkembang.
Dari hasil penetian dan eksperimen didapatkan mesin
memiliki kapasitas sebesar 600 botol/jam dengan produk berupa
minuman ringan dengan kemasal botol 400 ml. Mesin ini
menggunakan gabungan dari ganeva mechanism dan cylindrical
cam. Mesin ini memiliki daya 0,011 hp. Untuk mendapatkan
viii
kapasitas sebesar 600 botol/jam diharuskan memiliki kecepatan
putar 20 rpm dengan diameter pemegang botol 25 cm yang dapat
memegang tiga botol. Serta dari telah didapatkan ukuran
geometris masing – masing komponen mekanis yang di gunakan
dalam mesin ini, sehingga mesin ini dapat di rancang bangun
secara nyata.
Kata kunci : Mesin Pabrikasi Minuman, Mesin Filling dan
Capping Minuman Botol, Cylindrical Cam, Ganeva
Mechanism, Mesin Packaging Skala UKM.
ix
D BUILDING DESIGN AND CREATION OF
SEMIAUTOMATIC FILLING AND CAPPING
VITRAN BEVERAGES MACHINE
Name : Lika Dian Fitranto
NRP : 02111140000166
Department : Mechanical Engineering- ITS
Academic Supervisor : Ir. Julendra B. Ariatedja, MT.
ABSTRACT
Vitran Beverages is a company engaged in the industry
of fruit juice, milk, and tea. But this business has constraints or
problems that the production process lasts very long or less
efficient. Therefore, a machine is needed to accelerate and
accelerate the production process in order to produce a quality
product in the production time quickly and accurately in
accordance with the company's target so that beverage products
in the packaging can meet the market demand extending to the
archipelago even to the International.
In the bottle beverage industry there are two Mains
Machinery, the first is a machine for preserving drinks such as
pasteurization machine, UHT machine, and the second is a
packing machine to accelerate the production process of bottle
filling machine, conveyor, and cupping machine or automatic
bottle cap. But it is very unfortunate that the price of the
packaging machine is very expensive can reach billions of rupiah
and require a very large power so that the production machine is
not suitable for use by a growing company industry.
From the results of penetration and experiment obtained
the machine has a capacity of 600 bottles / hour with a product of
soft drinks with 400 ml bottle case. This machine uses a
combination of ganeva mechanism and cylindrical cam. This
machine has a power of 0.011 hp. To get a capacity of 600 bottles
/ hour required to have a rotation speed of 20 rpm with a diameter
of 25 cm bottle holder that can hold three bottles. As well as from
x
the geometric size of each - each mechanical components used in
this machine, so this machine can be in real design.
Keyword : Beverage Manufacturing Beverages Machines,
Bottle Filling and Capping Machine, Cylindrical Cam, Ganeva
Mechanism, Packaging Machine for UMKM.
xi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT
karena berkat Rahmat dan Karunia-Nya penulis dapat
menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini. Shalawat beserta
salam semoga senantiasa terlimpah curahkan kepada Nabi
Muhammad SAW, kepada keluarganya, para sahabatnya, hingga
kepada umatnya hingga akhir zaman, amin.
Penulisan Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah
satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Progam
Studi S-1 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi
Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Judul
yang penulis susun adalah ‘Rancang Bangun dan Penciptaan
Mesin Filling dan Cupping Vitran Beverages.
Dalam penyusunan dan penulisan tugas akhir ini tidak
terlepas dari bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai
pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
mengucapkan banyak terimkasih dan penghargaan yang setinggi-
tingginya kepada :
1. Ibu dan Ayah tercinta, serta semua keluarga yang senantiasa
mendukung penulis lewat doa, perhatian, dan kasih sayang.
2. Ir. Julendra B. Ariatedja, MT., selaku dosen pembimbing yang
tidak henti-hentinya memberikan arahan, dukungan, serta
motivasi sehingga penulis mampu menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bambang Pramujati, ST., M. Eng, Sc, PhD., selaku Ketua Jurusan
Teknik Mesin FTI-ITS.
4. Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA, Ir. Yusuf Kaelani, MSc. E,
Achmad Syaifudin, ST, M.Eng, PhD selaku dosen penguji Tugas
Akhir.
5. Segenap Dosen Teknik Mesin FTI – ITS, terimakasih atas semua
ilmu yang telah diberikan, semoga Allah membalasnya, Amin.
6. Teman seangkatan M54 dan juga adik angkatan Teknik Mesin
ITS senantiasa mendukung saya untuk segera menyelesaikan
studi di ITS ini.
xii
7. Serta semua pihak yang telah membantu penulis sehingga laporan
Tugas Akhir ini selesai dikerjakan.
Meskipun Tugas Akhir ini terselesaikan dalam proses
yang cukup panjang. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas
Akhir ini masih jauh dari sempurna dikarenakan terbatasnya
pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu,
penulis mengharapkan segala bentuk saran serta masukan bahkan
kritik yang membangun dari berbagai pihak. Semoga Tugas Akhir
ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan semua pihak.
Surabaya, Januari 2018
Penulis
xiii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN ........................................................ v
ABSTRAK ................................................................................. vii
ABSTRACT ................................................................................ ix
KATA PENGANTAR ................................................................ xi
DAFTAR ISI............................................................................. xiii
DAFTAR GAMBAR ............................................................... xvii
DAFTAR TABEL .................................................................... xix
BAB I PENDAHULAN .............................................................. 1
1.1 Latar Belakang ............................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................... 4
1.3 Batasan Masalah ............................................................ 4
1.4 Tujuan Perancangan ...................................................... 5
BAB II DASAR TEORI ............................................................ 7
2.1 Mesin Filling ................................................................... 7
2.1.1 Pengertian Mesin Filling Botol ............................. 7
2.1.2 Specifikasi Mesin Filling Portable yang
Digunakan ............................................................................. 8
2.2 Mesin Capping .............................................................. 10
2.2.1 Pengertian Mesin Capping Minuman.................. 10
2.2.2 Specifikasi Mesin Capping Portable yang
Dipergunakan ...................................................................... 12
2.3 Ganeva Mechanism ...................................................... 13
xiv
2.3.1 Sejarah Ganeva Mechanism ............................... 13
2.3.2 Rumus Penentuan Ukuran Geometrik Ganeva
Driven dan Ganeva Drive ................................... 14
2.3.3 Cara Kerja, Penentuan Jumlah Slot Ganeva
Mechanism, dan Pin Indexing. ........................... 15
2.4 Macam-Macam Momen Inersia. ................................ 17
2.5 Cam Mechanism .......................................................... 18
2.5.1 Cylindrical Cam .................................................. 18
2.6 Bantalan/Bearing ......................................................... 20
BAB III METODOLOGI ........................................................ 23
3.1 Tahapan-Tahapan Penelitian ..................................... 23
3.1.1 Studi Pustaka dan Lapangan ............................... 23
3.1.2 Kajian Produk Existing ....................................... 23
3.1.3 Pengembangan Mesin Filling dan Capping untuk
skala UKM .......................................................... 23
3.1.4 Pemilihan Specifikasi Komponen Mesin Filling
dan Capping yang akan Digabungkan serta
Penentuan Kapasitas Mesin, Waktu Kerja Ganeva
Mechanism dan Cylindrical Cam. ...................... 24
3.1.5 Perancangan Sistem Mekanis dan Ukuran
Geometris Ganeva Mechanism, Pemegang Botol,
Alas Botol, Ukuran Poros, dan Cylindrical Cam.24
3.1.6 Analisa dan Perancangan Daya Motor berdasarkan
Momen Inersia, Momen Gesek, dan Gaya Angkat
Sistem. ................................................................ 24
3.1.7 Pemilihan Motor yang ada di Pasaran ................ 25
xv
3.1.8 Penentuan Ukuran Geometris Detail Ganeva Drive
dan Driven, serta Perancangan dan Analisis
Kegagalan Pin ..................................................... 25
3.1.9 Perakitan Poros, Ganeva Mechanism, Cylindrical
Cam, Rangka Mesin, Pemegang Botol, Alas Botol,
dan Komponen Lain Dalam Satu Kesatuan
Utuh. .................................................................... 25
3.1.10 Evaluasi Fungsi Mesin Penggabung Komponen
Filling dan Capping dalam Satu Kesatuan. ......... 25
3.1.11 Kesimpulan dan Saran ........................................ 25
3.2 Diagram Alir Penelitian ............................................... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................. 29
4.1 Skema Rancangan Mesin Semiotomatis Filling and
Capping Vitran Beverages ............................................ 29
4.2 Penentuan Kapasitas Mesin serta Waktu Kerja
Ganeva Mechanism dan Cylindrical Cam ................. 30
4.3 Perancangan Ganeva Mechanism ............................... 31
4.4 Perancangan Pemegang Botol ..................................... 33
4.5 Perancangan Alas Botol ............................................... 33
4.6 Perancangan Cylindrical Cam .................................... 34
4.7 Perancangan Daya Motor ............................................ 35
4.8 Analisis Reduksi Motor dari 60 rpm ke 20 rpm ........ 47
4.9 Perancangan Pin Indexing ........................................... 50
4.10 Perancangan Detail Ukuran Geometris Ganeva
Mechanism .................................................................... 52
4.11 Analisis Bantalan (Bearing) untuk Poros 1 dan
Poros 2 ........................................................................... 53
xvi
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................... 57
5.1 Kesimpulan ..................................................................... 57
5.2 Saran ................................................................................ 58
DAFTAR PUSTAKA ............................................................... xxi
LAMPIRAN TABEL PROPERTIES MATERIAL ............ xxiii
LAMPIRAN GAMBAR SKEMA MESIN .......................... xxvii
LAMPIRAN GAMBAR TEKNIK TIAP KOMPONEN..... xxix
LAMPIRAN FOTO PROTOTYPE ..................................... xxxv
BIODATA PENULIS .......................................................... xxxvii
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Instalasi Mesin Filling, Conveyor dan Mesin
Capping ......................................................................................... 2 Gambar 1. 2 P Gambar Desain Rancangan Kasar Mesin
‘Semiotomatis Filling and Capping Vitran Beverages’ ................ 3 Gambar 2. 1 Mesin Filling Minuman Botol ................................ 7 Gambar 2. 2 Mesin Filling Cairan Portable ................................ 9 Gambar 2. 3 Mesin Capping Botol Otomatis ............................ 10 Gambar 2. 4 Mesin Capping Tutup Botol Portable ................... 12 Gambar 2. 5 Ganeva Mechanism .............................................. 14 Gambar 2. 6 Ganeva Driven dan Ganeva Drive ....................... 14 Gambar 2. 7 Diagram Desain Ganeva Wheel ............................ 16 Gambar 2. 8 Cylindrical Cam Mechanism ................................ 19 Gambar 2. 9 Diagram Cylindrical Cam Mechanism ................. 20 Gambar 2. 10 Bagian-Bagian Bearing ...................................... 20 Gambar 4. 1 Skema Rancangan Mesin Semiotomatis Filling and
Capping ....................................................................................... 29 Gambar 4. 2 Sudut Putaran Wheel Proper ................................ 31 Gambar 4. 3 Diagram Ganeva Wheel ........................................ 32 Gambar 4. 4 Pemegang Botol .................................................... 33 Gambar 4. 5 Alas Botol ............................................................ 33 Gambar 4. 6 Grafik Perancangan Cylindrical Cam ................... 34 Gambar 4. 7 Diagram Lingkaran Cylindrical Cam ................... 34 Gambar 4. 8 Volume Pemegang Botol ...................................... 35 Gambar 4. 9 Volume Alas Botol ............................................... 36 Gambar 4. 10 Volume Ganeva Drive ........................................ 37 Gambar 4. 11 Volume Ganeva Driven ...................................... 38 Gambar 4. 12 Free Body Diagram Poros 1 dan 2 ...................... 40 Gambar 4. 13 Volume Poros Pemutar 2 .................................... 41 Gambar 4. 14 Diagram Momen dan Diagram Geser Poros 1
dan 2 ............................................................................................ 42 Gambar 4. 15 Volume Cylindrical Cam .................................... 42
xviii
Gambar 4. 16 Free Body Diagram Torsi yang Dibutuhkan ...... 44 Gambar 4. 17 Motor DC 20 RPM, 12 V ................................... 46 Gambar 4. 18 Motor AC 60 rpm ............................................... 47 Gambar 4. 19 Pin Indexing ....................................................... 51 Gambar 4. 20 Ukuran Geometris Pin Indexing ......................... 52 Gambar 4. 21 Skema Ganeva Drive dan Ganeva Driven ......... 52 Gambar 4. 22 Analisis Bantalan Poros 1 .................................. 54
xix
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Macam – Macam Momen Inersia .......................... 17
xx
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
1
BAB I
PENDAHULAN
1.1 Latar Belakang
Vitran Beverages adalah suatu industri UMKM
minuman sari buah, teh dan susu dalam kemasan yang
didirikan oleh seorang mahasiswa S1 teknik mesin ITS yang
telah konsisten berjalan sejak tahun 2014, di tengah perjalanan
bisnisnya usaha ini mengalami kendala bahwa proses produksi
minuman dalam kemasan botol memerlukan waktu produksi
yang lama yaitu dalam kurun waktu satu menit hanya
menghasilkan satu botol minuman dalam kemasan, dan dalam
waktu satu jam menghasilkan 60 botol. Sehingga produk dari
usaha ini tidak bisa memenuhi permintaan pasar secara meluas
dan merata yang mengakitabatkan persebaran produk
minuman ini terhambat. Hal ini disebabkan karena proses
produksi pengemasan minuman masih di lakukan secara
manual dengan tenaga manusia. Hanya saja proses produksi
pengawetannya menggunakan mesin pasteurisasi.
Oleh karena itu diperlukan suatu mesin untuk
memperlancar dan mempercepat proses produksi agar bisa
menghasilkan produk yang berkualitas dalam waktu produksi
yang cepat dan tepat sesuai dengan target perusahaan.
Sehingga produk minuman dalam kemasan tersebut bisa
memenuhi permintaan pasar yang luas sampai kepelosok
nusantara bahkan sampai Internasional. Untuk mempercepat
proses pengemasan tersebut terdapat tiga buah mesin
pengemas minuman botol yang wajib dimiliki yaitu Mesin
Filling, Konveyor, dan Mesin Capping. Yang mana Mesin
Filling Minuman dalam botol berfungsi memasukkan cairan
minuman yang sudah diolah dari mesin pasteurisasi yang
menghasilkan cairan minuman sari buah dengan suhu 78oC
yang kemudian langsung dimasukkan dalam botol, kemudian
dibawa oleh Mesin Konveyor menuju ke Mesin Capping yang
berfungsi untuk menutup botol tersebut secara otomatis.
2
Tetapi sangat disayangkan sekali bahwa harga dari setiap
mesin tersebut sangat mahal bisa mencapai milyaran rupiah
dan memperlukan daya listrik yang sangat besar sehingga
mesin pengemas minuman tersebut sangat tidak cocok
digunakan oleh industry UKM yang sedang berkembang.
Gambar 1.1 Instalasi Mesin Filling, Conveyor dan Mesin
Capping.
Oleh karena itu pada tugas akhir ini Penulis berusaha
melakukan eksperimen menciptakan suatu mesin inovasi
terbaru yang cocok dipergunakan oleh Industri UKM. Mesin
ini menggabungkan ketiga fungsi dari mesin filling, conveyor,
dan mesin cupping menjadi satu kesatuan, berdaya listrik
rendah, hemat space tempat, bisa memproduksi 600 botol per
jam.
3
Penulis akan mendesain, memodelkan dan membangun
sistem mekanis yang menggabungkan kinerja dari mesin Filling,
Konveyor dan Cupping. Mesin akan melakukan proses pemegang
botol kosong yang kemudian diarahkan menuju mesin pengisi
minuman (Filling) dan penutup minuman (Cupping), yang
dikerjakan secara bersamaan. Perancangan sistem mekanis mesin
ini menggunakan gabungan Ganeva Mechanism dan Cylindrical
Cam.
Ganeva Mechanism adalah mekanisme yang umum
digunakan untuk menghasilkan gerakan putar intermiten dari
kecepatan input yang seragam. Bagian yang digerakkan, atau
roda bintang, berisi slot jarak merata di mana rol dari roda
kemudi masuk. Jumlah slot menentukan rasio antara diam
(stasioner) dan periode gerak poros yang digerakkan. Mekanisme
ini memerlukan minimal tiga slot untuk difungsikan dan slot
tambahan dapat ditambahkan. Sedangkan Cylindrical Cam
digunakan untuk menghasilkan gerakan naik turun mesin.
Gambar 1.2 Gambar Desain Rancangan Kasar Mesin
‘Semiotomatis Filling and Cupping Vitran Beverages’
[Lika Dian Fitranto, 2017]
4
1.2 Rumusan Masalah
Untuk merancang dan membuat gabungan dari mesin
filling dan capping yang mana sistemnya menggunakan gavena
mechanism dan di targetkan menghasilkan output produk ±600
botol perjam, maka perumusan dalam tugas akhir ini adalah
sebagai berikut:
1. Bagaimana menentukan dan merancang penggabungan sistem
ganeva mechanism dan cylindrical cam, yang dirancang untuk
bergerak naik vertical kemudian diam (stasioner sejenak) lalu
turun dan berputar horizontal kemudian diam (stasioner sejenak)
2. Bagaimana menselaraskan pergerakan system ganeva mechanism
dan cylindrical cam dengan kerja mesin filling dan mesin
capping.
3. Bagaimana menentukan jumlah slot ganeva, ukuran geometris
ganeva driven, ganeva drive dan cylindrical cam agar mesin ini
memiliki kecepatan produksi 600 botol per jam.
1.3 Batasan Masalah
Agar perancangan yang dilakukan lebih fokus, maka
perlu di berikan beberapa batasan permasalahan antara lain :
1 Material yang dipakai untuk pembuatan mesin ini dari akrilic
dan poros dari bahan alloy cast iron.
2 Merancang dan membahas alat penggabung mesin filling dan
capping dengan menggunakan system ganeva mechanism
dan cylindrical cam.
3 Analisis kinerja komponen alat filling dan komponen alat
capping dirujuk dari yang ada dipasaran.
4 Lingkaran mesin penggabung mesin filling dan capping ini
memiliki kapasitas memegang botol sebanyak 3 botol dan
mampu berputar 120o
dengan menggunakan ganeva
mechanism.
5 Rancang bangun system mekanik di wujudkan dalam bentuk
prototype.
5
1.4 Tujuan Perancangan
Adapun tujuan dari penyusunan Tugas Akhir ini adalah :
Tujuan Umum :
Menghasilkan Gabungan Mesin Filling dan Capping
berdaya listrik rendah, cocok digunakan untuk UKM
minuman botol dalam kemasan yang menghasilkan 600
botol perjam,
Tujuan Khusus :
Merancang pengabungan mesin filling dan capping
minuman botol menggunakan perpaduan dari sistem
mekanis apa saja, yang menggunakan daya listrik rendah,
dan memiliki kemampuan produksi 600 botol per jam.
Menentukan waktu satu proses produksi untuk
menghasilkan satu botol minuman 400 ml yang sudah di isi
dan di tutup, dan juga memiliki kecepatan kapasitas 600
botol/jam.
Menentukan kecepatan putar alat, diameter pemegang botol,
jumlah botol yang bisa dipegang, ukuran geometris ganeva
drive dan ganeva driven, jumlah slot ganeva driven dan
perancangan cylindrical cam agar bisa bergerak sejalan
dengan ganeva dalam satu poros.
Menentukan daya yang digunakan alat ini.
Memenuhi persyaratan kelulusan kurikulum pendidikan di
Jurusan Teknik Mesin ITS.
6
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
7
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Mesin Filling
2.1.1 Pengertian Mesin Filling Botol
Gambar 2.1 Mesin Filling Minuman Botol [Wenzhou Zhonghuan
Packaging Machinery Co., Ltd, 2015]
Mesin Filling Botol atau Mesin Pengisi Botol adalah
sebuah alat yang berfungsi untuk mengisi botol dengan cairan
(produk). Alat Pengisi Botol juga berfungsi untuk mensterilkan
botol yang akan diisi cairan. Kemudian setelah terisi cairan,
botol tersebut akan segera dicapping (ditutup sangat rapat)
dengan tutup yang tersedia.
Alat ini dibuat untuk mempermudah proses pengisian
cairan pada suatu unit mesin pengisi cairan di industri yang
bekerja secara otomatis. Manfaat dari alat ini adalah dapat
mempercepat proses produksi dan dapat menghemat biaya
produksi karena semua proses dilakukan secara otomatis tanpa
membutuhkan banyak operator.
8
Mesin filling botol biasa di gunakan oleh perusahaan
pembuat minuman botol dengan sistem otomatis yang di
jalankan agar mempermudah proses produksi. Filling atau
pengisian cairan pada botol, seringkali menjadi salah satu
kegiatan yang sangat membosankan dan seringkali terjadi
tumpah karena kepala botol yang kecil hingga akhirnya banyak
sekali pengusaha yang merugi akibat proses filling yang
manual.
Tapi dengan mesin filling botol otomatis semua proses
filling akan berjalan cepat dan otomatis. Dengan batas
pengisian 1 – 10ml, 20 – 160ml, 30 – 200ml dan kecepatan 20 –
60 Bottles/ Min membuat proses filling botol lebih cepat dan
higienis. Mesin Filling Botol Otomatis atau Mesin Botol Filling
ini sangat cocok sebagai pengisian syrup Obat, Pengisian Syrup
Buah, Pengisian Handbody,dan proses filling cairan minuman
lain nya.
Mesin Pengisi Botol mempunyai tingkat akurasi
pengisian yang sangat presisi, yakni 99 % dan tingkat
kemelesetan ± 1 %, Dengan begitu proses pengisian produk
anda yang berupa cairan ke botol akan lebih efektif dan efisien
tentunya.
Penyeterilan botol menggunakan teknologi Ultraviolet,
yang terkenal kehebatanya dalam mendeteksi zat zat berbahaya,
sekaligus mensterilkan botol tersebut. Mesin Pengisi
Botol dapat diaplikasikan untuk pengisian produk cairan seperti
minyak goreng, madu, herbal, kecap, dan produk cairan lainnya.
Hasil yang diperoleh dengan menggunakan alat ini
dapat digunakan untuk mengisi cairan secara otomatis pada
suatu bejana di atas konveyor dengan volume tertentu. Volume
cairan yang diisikan ke dalam bejana dapat diatur melalui
pensettingan software dan hardware pada unit pengisi cairan
2.1.2 Spesifikasi Mesin Filling Portable yang Digunakan
Mesin ini mengadopsi 304 stainless steel berkualitas
tinggi, pemrosesan pemotongan laser, bagian atas pemasangan
pegangan stainless steel, atmosfer high-end yang lebih
9
signifikan. Pemilihan pompa isap sendiri merek terkenal dalam
negeri, semua motor inti tembaga, untuk memastikan
pengoperasian mesin yang stabil jangka panjang. Taiwan
Mingwei diimpor MCU controller, power, food grade silicone
tube dan check valve. Produsen komponen ini dengan hati-hati
memilih bahan untuk membuat setiap bagian mesin.
Gambar 2.2 Mesin Filling Cairan Portable
fitur:
( 1 ) Impor single-chip kontrol mikro , efisiensi tinggi , konsumsi
daya yang rendah ;
( 2 ) fungsi hitung otomatis , efektif mengontrol kuantitas ;
( 3 ) display LCD , sangat mudah dioperasikan ;
( 4 ) akurasi tinggi , kinerja bekerja stabil dan dapat digunakan
untuk waktu yang lama ;
( 5 ) Dapat menyedot cairan ;
( 6 ) Pompa dapat digunakan pada konsentrasi sedang untuk asam
dan alkali.
( 7 ) desain Antinetes ;
( 8 ) desain yang standar potable , terbuat dari stainless steel ,
memenuhi persyaratan GMP .
10
Parameter teknis:
Model: GFK – 160
Voltage : 220V
Power: 30W
Max. Tingkat aliran : 250 ml/3 detik
Time Delay : 3 detik
Max. Jarak Sedot : 2m
Kecepatan Mengisi : 5-30 botol / min
Range: 5ml – 3500ml
Fungsi Anti- menetes : Tersedia
Fungsi Memori : Tersedia
Keseluruhan Ukuran : 400 * 380 * 200mm
Berat Bersih: 5.5kg
Berat kotor: 7kg
2.2 Mesin Capping
2.2.1 Pengertian Mesin Capping Minuman
Gambar 2.3 Mesin Capping Botol Otomatis [Google, 2014]
Mesin Capping atau Alat Penutup Botol adalah sebuah
alat yang berfungsi untuk menutup berbagai jenis botol dan
11
berbagai jenis bahan penutup botol menyegel kemasan berupa
botol, baik botol kaca maupun botol plastik. Alat ini digunakan
pada logam ulir dan tutup plastik untuk jenis air mineral. Botol
plastik dan botol kaca adalah salah satu kemasan yang cocok
untuk produk berbentuk cairan. Banyak jenis produk
menggunakan botol, mulai produk kebutuhan dapur, kecap, saos
cuka. Kosmetik, deterjen cair, minyak sawit, minuman ringan,
air mineral dan lain-lain.
Segel tutup botol menjadi hal sangat penting dalam
sebuah industri makanan , minuman, ataupun industri lainnya.
Fungsi tutup botol sendiri adalah supaya cairan tertutup rapat
dan tidak mudah untuk tumpah. Pada tutup botol biasanya
dilengkapi dengan segel dan plastik yang fungsinya sendiri
adalah untuk keaslian yang menerangkan bahwa produk
tersebut terlindung dan merupakan syarat dari standarisasi
produk dari pabrik.
Mesin capping ini ini difungsikan khusus untuk proses
penutupan botol, sangat berguna bagi anda sehingga anda tidak
perlu lagi melakukan proses penutupan botol secara manual.
Alat Penutup Botol bekerja dengan cara menutup botol dengan
tutup yang telah disediakan kemudian menyegelnya dengan
sangat kuat dan rapat.
Alat Penutup Botol sangat bermanfaat bagi industri
minuman (produk cair) yang membutuhkan penutupan
sekaligus penyegelan pada botolnya. Mesin ini dapat digunakan
untuk menutup berbagai macam jenis botol diantaranya botol
plastik, botol beling, dengan berbagai macam jenis penutup
seperti penutup berbahan plastik, seng, kawat dan ulir.
Alat Penutup Botol menggunakan teknik tekanan untuk
mendorong tutup logam (metal) atau plastik pada bibir botol,
proses penyegelan yang ketat sangat dianjurkan sebelum
minuman siap untuk dikonsumsi.
Dengan berbagai macam produk yang ditawarkan mesin
penutup botol yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan, dalam
pengertian dapat diatur ketinggian botol dan juga besaran
12
diameter mulut botol, selain itu dapat diaplikasikan ke segala
bentuk dan jenis botol dan penutup botol
2.2.2 Spesifikasi Mesin Capping Portable yang Dipergunakan
Mesin ini hanya untuk menutup botol plastik, cap
diameternya 10-50 mm, memiliki kecepatan capping atau
menutup botol 30-90 botol per menit. Daya listriknya hemat
hanya 60 watt dengan kecepatan 220 Volt, setelah ditimbang
mesin ini memiliki berat 1,5 kg sehingga portable untuk di
gabungkan atau dirakit dengan mesin lain, dimensi mesinnya
hanya 300x70x70 mm. Meski ukurannya dan bobotnya yang
kecil namun bisa membuat tutup botol semakin rapi dan
menjadikan produk minuman kemasan makin berkualitas.
Untuk torsinya hanya 50 hingga 25 kg. Saat tutup botol
telah menutup sampai rapat, mesin secara otomatis akan berhenti.
Cara menggunakannya mudah cukup menempelkan mesin
capping pada tutup botol yang sudah tertempel pada botol.
Kemudian menghidupkan mesin maka hanya dalam hitungan
menit maka tutup akan tertempel. Dan isi cairan dalam botol
tidak akan tumpah.
Gambar 2.4 Cupping portable [sammipack.com, 2017]
13
Specifikasi :
• Application: Beverage, Chemical, Commodity, Food,
Machinery & Hardware, Medical
• Automatic Grade: Semi-Automatic
• Voltage: 220V /110V 50/ 60Hz
• Power: 50W
• Packaging Type: Bottles
• Place of Origin: Jiangsu, China (Mainland)
• Dimension(L*W*H): 70*70*300mm
• Weight: 0.6 kg/1.1 kg(with the cap)
• Capping speed: About 30-90 bottles /min
• Capping scope: 10-50mm
• Host size: 70*70*300mm
• Size of power supply: 125*80*60mm
2.3 Ganeva Mechanism
2.3.1 Sejarah Ganeva Mechanism
Mekanisme Jenewa pada awalnya ditemukan oleh
pembuat jam. Pembuat jam tangan hanya memasukkan
sejumlah slot di salah satu disk yang berputar sehingga sistem
hanya bisa melewati begitu banyak rotasi. Hal ini mencegah
pegas pada jam tangan dari luka yang terlalu ketat, sehingga
memberi nama mekanis yang lain, yaitu Geneva Stop. Geneva
Stop dimasukkan ke dalam banyak proyektor film pertama yang
digunakan di bioskop. Dalam Desain Optimal Elemen Mekanik,
Ray C. Johnson membuat banyak referensi tentang penggunaan
mekanisme Jenewa untuk memberikan gerakan intermiten ban
berjalan dari "rekaman rekaman film". Dia juga membahas
beberapa kelemahan dalam mekanisme Jenewa. Misalnya,
untuk setiap putaran gigi Jenewa (slotted), poros penggerak
harus membuat rotasi lengkap. Jadi untuk kecepatan yang
sangat tinggi, poros penggerak bisa mulai bergetar. Masalah
lain adalah keausan, yang terpusat pada pin drive. Akhirnya,
14
perancang tidak memiliki kontrol atas percepatan yang akan
dihasilkan oleh mekanisme Jenewa.
Selain itu, mekanisme Jenewa akan selalu mengalami
serangan balik kecil, yang menghentikan gigi slotted. Reaksi
balik ini mencegah gerak pasti yang terkontrol. (Gambar di
sebelah kiri dari Desain Optimal Unsur Mekanik)
Gambar 2.5 Ganeva Mechanism
2.3.2 Rumus Penentuan Ukuran Geometrik Ganeva Driven dan
Ganeva Drive
Gambar 2.6 Ganeva Driven dan Ganeva Drive
15
2.3.3 Cara Kerja, Penentuan Jumlah Slot Ganeva Mechanism,
dan Pin Indexing.
Cara kerja dari mekanisme ini adalah menggunakan
driver yang dikopel dengan motor berputaran konstan, yang
oleh wheel proper dengan jumlah slot tertentu, output dari
motor tersebut akan berupa putaran yang intermitten.
Untuk merencanakan ganeva driven, yang pertama harus
diketahui adalah banyaknya slot atau alur (Z) yang diinginkan,
juga kecepatan putar ganeva driven (n) yang direncanakan,
namun harus diingat bahwa jumlah slot minimum untuk ganeva
driven adalah tiga. Untuk jumlah slot dapat ditentukan dengan
persamaan :
…………………..2.1
Dimana :
ti = waktu indexting
ttot= waktu total
z = Jumlah slot
16
Gambar 2.7 Diagram Desain Ganeva driven
Mencari sudut α dan β
α = 180°
𝑧 dan β =
180°
2 – α ………………2.2
Perhitungan jari-jari driver dan driven
a = jari – jari driver
a = c sin 𝛼
b = jari – jari driven
b = c sin β
Perhitungan Putaran Driver
ωw =
𝜔.𝜆
1−𝜆 ………………….2.3
Dimana :
ωw : kecepatan angular ganeva driven
ω : Kecepatan angular driver
λ : a/c
Untuk merencanakan diameter pin indexing
menggunakan rumus :
0,8 𝑆𝑦𝑝
𝑁 ≥
6𝐹𝑥𝑠
𝜋𝑑3 ……………..2.4
.
17
2.4 Macam-Macam Momen Inersia.
Momen inersia (Satuan SI : kg m2) adalah ukuran
kelembaman suatu benda untuk berotasi terhadap porosnya.
Besaran ini adalah analog rotasi daripada massa. Momen inersia
berperan dalam dinamika rotasi seperti massa dalam dinamika
dasar, dan menentukan hubungan antara momentum
sudut dan kecepatan sudut, momen gaya dan percepatan sudut,
dan beberapa besaran lain.
Meskipun pembahasan skalar terhadap momen inersia,
pembahasan menggunakanpendekatan tensor memungkinkan
analisis sistem yang lebih rumit seperti gerakan giroskopik.
Berikut ini adalah macam-macam momen inersia yang akan di
pergunakan dalam rancang bangun mesin ini :
Tabel 2.1 Macam – Macam Momen Inersia
18
Momen inersia di atas akan kita gunakan untuk
perancangan dalam menentukan daya motor yang akan
digunakan pada mesin ini.
2.5 Cam Mechanism
Cam Mechanism dapat diartikan seperti transformasi
salah satu gerakan sederhana, seperti rotasi, ke dalam gerakan
lain seringkali dicapai dengan mudah melalui mekanisme cam.
Mekanisme cam biasanya terdiri dari dua elemen yang bergerak
yaitu cam dan follower atau pengikut, yang dipasang pada
bingkai tetap. Perangkat cam serbaguna, dan hampir semua
gerakan yang ditentukan sewenang-wenang dapat diperoleh.
Dalam beberapa kasus, mereka menawarkan cara yang paling
sederhana dan paling kompak untuk mengubah gerakan.
Cam Mechanism dapat didefinisikan sebagai elemen
mesin yang memiliki garis melengkung atau alur melengkung,
dengan gerakan osilasi atau rotasi, memberikan gerakan tertentu
yang telah ditentukan ke elemen lain yang disebut pengikut.
Cam memiliki fungsi yang sangat penting dalam pengoperasian
banyak mesin, terutama yang dari jenis otomatis, seperti mesin
cetak, mesin sepatu, mesin tekstil, mesin pemotong gigi, dan
mesin sekrup. Dalam setiap mesin di mana kontrol otomatis dan
waktu yang akurat sangat penting, cam adalah bagian
mekanisme yang sangat diperlukan. Aplikasi Cams yang
mungkin tidak terbatas, dan bentuknya banyak terjadi. Tetapi
dalam Tugas akhir ini. kita akan menggunakan Cylindrical
Cam.
2.5.1 Cylindrical Cam
Cam silinder atau cam barel adalah cam di mana
pengikut (follower) naik di permukaan silinder. Pada tipe yang
paling umum, pengikut naik dalam alur memotong ke
permukaan silinder. Cams ini pada prinsipnya digunakan untuk
mengubah gerak rotasi menjadi gerakan linier sejajar dengan
sumbu rotasi silinder. Sebuah silinder mungkin memiliki
beberapa alur yang dipotong ke permukaan dan mendorong
beberapa pengikut. Cylindrical cams dapat memberikan gerakan
19
yang melibatkan lebih dari satu rotasi silinder dan umumnya
memberikan posisi positif, menghilangkan kebutuhan akan
pegas atau ketentuan lainnya untuk menjaga agar pengikut tetap
berhubungan dengan permukaan kontrol.
Gambar 2.8 Cylindrical Cam Mechanism
Aplikasi meliputi drive alat mesin, seperti gergaji reciprocating,
dan shift control barrel dalam transmisi sekuensial, seperti pada
kebanyakan sepeda motor modern.
Sebuah kasus khusus cam ini adalah lead konstan,
dimana posisi follower linier dengan rotasi, seperti pada sekrup
timah. Tujuan dan detail penerapannya mempengaruhi apakah
aplikasi ini disebut cam atau thread ulir, namun dalam beberapa
kasus, nomenklaturnya mungkin ambigu.
Cylindrical cams juga dapat digunakan untuk referensi
output ke dua input, di mana satu input adalah rotasi silinder,
dan yang kedua adalah posisi pengikut secara aksial di
sepanjang cam. Keluarnya radial ke silinder. Ini pernah umum
terjadi pada fungsi khusus dalam sistem kontrol, seperti
mekanisme pengendalian kebakaran untuk senjata di kapal
angkatan laut dan komputer analog mekanis.
Contoh cam silinder dengan dua masukan disediakan
oleh mesin bubut duplikat, contohnya adalah tangkai kapak
Klotz yang menangani bubut, yang memotong tangkai kapak ke
bentuk yang dikendalikan oleh pola yang berfungsi sebagai cam
untuk mekanisme bubut.
20
Gambar 2.9 Diagram Cylindrical Cam Mechanism
2.6 Bantalan/Bearing
Bearing dalam Bahasa
Indonesia berarti bantalan.
Dalam ilmu mekanika bearing
adalah sebuah elemen mesin
yang berfungsi untuk
membatasi gerak relatif antara
dua atau lebih komponen mesin
agar selalu bergerak pada arah
yang diinginkan. Bearing
menjaga poros (shaft) agar
selalu berputar terhadap sumbu
porosnya, atau juga menjaga suatu komponen yang bergerak
linier agar selalu berada pada jalurnya.
Bantalan merupakan salah satu bagian dari elemen mesin
yang memegang peranan cukup penting karena fungsi dari
bantalan yaitu untuk menumpu sebuah poros agar poros dapat
berputar tanpa mengalami gesekan yang berlebihan. Bantalan
21
harus cukup kuat untuk memungkinkan poros serta elemen mesin
lainnya bekerja dengan baik.
Bearing atau laher adalah komponen sebagai bantalan
untuk membantu mengurangi gesekan peralatan berputar pada
poros/as. Bearing atau laher ini biasanya berbentuk bulat.
Bearing di mobil dipasang pada as roda dan ditempat-tempat
yang berputar lainnya.
Tujuan dari bantaran balock untuk mengurangi gesekan
rotasi dan mendukung radial dan aksial beban.
Untuk menghitung beban ekuivalen, digunakan
persamaan :
P = x.v.Fr + y. Fa………………………2.4
Dan jika pada titik tersebut tidak bekerja gaya aksial, Fa
maka untuk menghitung beban ekuivalen, digunakan persamaan :
P = v.Fr ……….……………………….2.5
Dimana :
P = beban ekuivalen (lb)
Fr = gaya adial yang diterima bantalan (lb)
Fa = gaya aksial yang diterima bantalan (lb)
v = factor rotasi (1,0 untuk ring dalam berotasi dan 1,2
untuk ring luar yang berotasi
x = factor beban radial, gunakan table A.23 pada
lampiran Tabel.
y = factor beban aksial, gunakan table A.23 pada
lampiran Tabel
22
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
23
BAB III
METODOLOGI
3.1 Tahapan-Tahapan Penelitian
Agar penelitian ini lebih terarah maka di susunlah tahapan-
tahapan penelitian sebagai berikut :
3.1.1 Studi Pustaka dan Lapangan
Studi pustaka ini dilakukan sebagai tahap awal dan juga
sebagai landasan materi dengan mempelajari beberapa buku,
ebook, artikel, jurnal yang ada kaitannya dengan proses
pembuatan dari suatu produk dan pengembangan mekanisme
gerak mesin yang bergerak naik turun searah dengan gerakan
keluarnya cairan minuman oleh mesin filling dan gerakan mesin
capping dalam menutup botol.
3.1.2 Kajian Produk Existing
Mengamati dan mempelajari sistem gerak dari mesin
filling dan capping, yang mencakup spesifikasi mesin filling dan
capping yang akan di pergunakan sebagai komponen yang akan
di gabungkan. Yang mana kinerja keluar nya cairan minuman dan
gerak berputarnya alat penutup botol tersebut harus sejalan
dengan gerakan sistem ganeva mechanism yang di pergunakan
untuk menyatukan alat tersebut.
3.1.3 Pengembangan Mesin Filling dan Capping untuk skala
UKM
Berdasarkan atas hasil studi pustaka, dan kajian produk
existing, akan dikembangkann suatu gabungan mesin filling dan
capping yang berbentuk circle yang dapat bekerja semiotomatis
tanpa menggunakan conveyor, berdaya listrik rendah kurang dari
40 watt, memiliki kecepatan produksi 600 botol per jam, ukuran
mesin tidak terlalu besar dengan ukuran maximal 1x1 meter2.
Yang mana mesin ini sangat cocok sekali dipergunakan oleh
industri UKM
24
3.1.4 Pemilihan Spesifikasi Komponen Mesin Filling dan
Capping yang akan Digabungkan serta Penentuan
Kapasitas Mesin, Waktu Kerja Ganeva Mechanism dan
Cylindrical Cam.
Pemilihan spesifikasi komponen mesin filling dan capping
adalah memilih komponen filling dan capping yang memiliki
kinerja yang seragam, berdaya listrik rendah, ukuran komponen
portable dan memiliki berat maksimum 1,5 kg, setelah kita
ketahui spesifikasi komponen yang digunakan kemudian kita bisa
menentukan kapasitas kerja mesin, waktu kerja ganeva
mechanism dan cylindrical cam.
3.1.5 Perancangan Sistem Mekanis dan Ukuran Geometris
Ganeva Mechanism, Pemegang Botol, Alas Botol, Ukuran
Poros, dan Cylindrical Cam.
Setelah kapasitas kerja mesin, waktu kerja ganeva
mechanism dan cylindrical cam ditentukan kemudian kita akan
menentukan sistem mekanis putaran wheel proper/ganeva driven
dan putaran driver, ukuran geometris ganeva mechanism,
termasuk jumlah slot, panjang slot, diameter ganeva drive dan
driven, menentukan ukuran sudut cylindrical cam agar gerak
antara cylindrical cam dan ganeva mechanism dapat bergerak
selaras dalam satu poros.
3.1.6 Analisa dan Perancangan Daya Motor berdasarkan Momen
Inersia, Momen Gesek, dan Gaya Angkat Sistem.
Setelah Perancangan sistem mekanis , ukuran geometris
ganeva mechanism, pemegang botol, alas botol, ukuran poros dan
ukuran cylindrical cam di ketahui maka langkah selanjutnya
adalah menganalisa dan merancang daya motor untuk
menggerakan seluruh komponen mechanism. Perhitungan daya
pada sistem yang kita rencanakan adalah untuk mengatasi momen
torsi akibat inersia (yang di butuhkan saat start) dan momen torsi
akibat gesekan pada sistem (dibutuhkan ketika berputar) serta
25
gaya angkat terjadi untuk mengangkat dua botol yang terisi air
penuh dan berat struktur mekanis yang di angkat.
3.1.7 Pemilihan Motor yang ada di Pasaran
Setelah daya motor kita dapatkan maka langkah
selanjutnya adalah memilih motor yang dijual dipasaran yang
sesuai dengan daya dan putaran (rpm) dari mesin yang kita buat.
Jika menggunakan motor DC yang rpmnya sesuai maka tidak
perlu ada transmisi, tetapi jika menggunakan motor AC dan rpm
nya tidak sesuai maka perlu dilakukan analisa reduksi motor.
3.1.8 Penentuan Ukuran Geometris Detail Ganeva Drive dan
Driven, serta Perancangan dan Analisis Kegagalan Pin
Sebelum kita memotong acrilic menjadi komponen-
komponen mesin menggunakan mesin laser maka kita tentukan
ukuran detail dahulu disetiap komponen.
3.1.9 Perakitan Poros, Ganeva Mechanism, Cylindrical Cam,
Rangka Mesin, Pemegang Botol, Alas Botol, dan
Komponen Lain Dalam Satu Kesatuan Utuh.
Setelah semua komponen dibuat selanjutnya kita
merakit semua komponen dalam satu kesatuan utuh.
3.1.10 Evaluasi Fungsi Mesin Penggabung Komponen Filling dan
Capping dalam Satu Kesatuan.
Uji fungsi yang dimaksut adalah uji pergerakan mesin
yang mengarahkan botol ke pemegang mesin filling dan
capping, uji kecepatan produksi, dan masing-masing komponen
dapat bergerak sesuai dengan yang dirancangkan atau tidak.
3.1.11 Kesimpulan dan Saran
Kemudian setelah evaluasi dan mesin berhasil dibuat
maka disusun kesimpulan. Kesimpulan mencakup hasil
perancangan mesin yang sudah dibuat. Dan juga disusun saran
untuk pengembangan mesin ini dan cara pengoperasiannya.
26
3.2 Diagram Alir Penelitian
Untuk menjelaskan langkah – langkah penelitian agar
lebih sistematis, maka dibuat diagram alir penelitian, seperti
gambar 3.1 di bawah ini :
Pemilihan Spesifikasi Komponen
Mesin Filling dan Capping yang akan Digabungkan
serta Penentuan Kapasitas Mesin, Waktu Kerja
Ganeva Mechanism dan Cylindrical Cam
A
Studi Pustaka dan Lapangan
Kajian Produk Existing
Pengembangan Mesin Filling dan Capping untuk skala UKM
Perancangan Sistem Mekanis dan Ukuran
Geometris Ganeva Mechanism, Pemegang Botol,
Alas Botol, Ukuran Poros dan Cylindrical Cam
Mulai
27
Pemilihan Motor yang ada di Pasaran
Penentuan Ukuran Geometris Detail Ganeva Drive dan
Driven, serta Perancangan dan Analisis Kegagalan Pin
Indexing
Evaluasi Fungsi Mesin Penggabung komponen Filling
dan Capping dalam satu kesatuan
Memenuhi Fungsi?
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Analisa dan Perancangan Daya Motor berdasarkan Momen
Inersia, Momen Gesek, dan Gaya Angkat Sistem
Perakitan Poros, Ganeva Mechanism, Cylindrical Cam,
Rangka Mesin, Pemegang Botol, Alas Botol, dan
Komponen Lain Dalam Satu Kesatuan Utuh.
A
28
“Halaman ini sengaja dikosongkan.
29
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Skema Rancangan Mesin Semiotomatis Filling and
Capping Vitran Beverages
Berikut ini adalah gambar dari Skema Rancangan Mesin
Semiotomatis Filling dan Capping Vitran Beverages
Gambar 4.1 Skema Rancangan Mesin Semiotomatis
Filling dan Capping Vitran Beverages
Dimana :
A. Cylindrical Cam dan Follower
B. Ganeva Mechanism
30
C. Poros segi 4
D. Motor Listrik
E. Alas Botol
F. Pemegang Botol
G. Mesin Cupping Botol
H. Mesin Filling Botol
4.2 Penentuan Kapasitas Mesin serta Waktu Kerja Ganeva
Mechanism dan Cylindrical Cam
Berdasarkan spesifikasi mesin filling yang memiliki
kecepatan pengisian 3 detik/botol dan spesifikasi mesin capping
mampu menutup tutup botol 3 detik/botol (yang mana kedua
proses ini dilakukan secara bersamaan) serta ditentukan waktu
delay atau berhenti sejenak proses keluarnya cairan minuman dari
mesin filling selama 3 detik, maka kita tentukan bahwa mesin ini
memiliki kapasitas 1 botol/6 detik atau 600 botol/jam. Dari
kapasitas mesin tersebut maka kita tentukan waktu kerja ganeva
wheel dan axial cam sebagai berikut :
Waktu pengisian cairan dan penutupan
botol (dilakukan bersamaan) = 3 detik
Waktu delay pengisian cairan dan
penutupan botol = 3 detik
Waktu proses satu botol = 6 detik
Waktu cylindrical cam berada diatas (ta) = 3 detik
Waktu turun cylindrical cam (tt) = 1 detik
Waktu naik cylindrical cam (tn) = 1 detik
Waktu cylindrical cam berada dibawah(tb)= 1 detik
Waktu total cylindrical cam (ta + tt + tn + tb) = 6 detik
Waktu indexing ganeva wheel (ti) = 1 detik
Waktu resting ganeva wheel (tr) = 5 detik
Waktu total ganeva wheel (ti + tr) = 6 detik
31
Dengan ditentukan nya waktu kerja ganeva dan
cylindrical cam yang setiap prosesnya menghasilkan waktu total
yang sama yaitu 6 detik maka system ini dapat berjalan secara
sinkron. Dengan ditentukannya waktu tersebut selanjutnya kita
bisa merancang ganeva wheel, merancang pemegang botol,
merancang alas pemegang botol, menentukan daya motor
penggerak, menetukan diameter pin indexing dan menentukan
ukuran sudut cylindrical cam. Dibawah ini akan di jelaskan satu
persatu :
4.3 Perancangan Ganeva Mechanism
Pada mesin ini terdapat
ganeva wheel yang digunakan
untuk mengubah putaran
kontinyu menjadi gerakan
periodik. Pada perancangan
ganeva wheel ini di tentukan
beberapa parameter sebagai
berikut :
Putaran Wheel proper, nw
= 20 rpm
nw = 120°
𝑠 x
60 𝑠
1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 x
1 𝑟𝑜𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛
360° = 20 rpm
Jarak antar titik sumbu/center distance, c = 12 cm
Waktu indexing, ti = 1
Waktu resting, tr = 5
Waktu total, ttot = 6
Kemudian dari data-data yang telah di tentukan maka dapat
dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Perhitungan Jumlah Slot, Z
32
1
6 =
𝑧−2
2𝑧
2z = 6z-12
12 = 4z
z = 3 (jumlah slot)
Perhitungan sudut
α = 180°
𝑧 =
180°
3 = 60
o
β = 180°
2 – α = 90
o- 60
o =
30
o
Perhitungan jari-jari driver dan wheel proper(ganeva
driven)
a = jari – jari driver
a = c sin 𝛼
a = 12 sin 60o
a = 10,39
b = jari – jari ganeva driven
b = c sin β
b = 12 sin 30o
b = 6
Perhitungan panjang slot, s
S = a + b – c
S = 10,39 + 6 – 12 = 4,39
Perhitungan Putaran Driver
ωw =
𝜔.𝜆
1−𝜆
Dimana :
ωw : Kecepatan angular ganeva wheel
ω : Kecepatan angular driver
λ : a/c =10,39/12 = 0,867
Putaran Wheel proper, nw :
ωw = 2𝜋𝑥𝑛w
60 =
2𝜋20
60 =
2
3π = 2,09 rpm
ω = ωw.(1−𝜆)
𝜆 =
2,09 (1−0,867)
0,867
33
ω = 0,32 rad/s
n = 60𝜔
2𝜋 = 3,057 rpm
4.4 Perancangan Pemegang Botol Pemegang botol pada
mekanisme ini berjumlah tiga buah
yang berbentuk lingkaran, di mana
ketiga tiganya memiliki bahan dan
dimensi yang sama. Komponen ini
hanya sebagai pengarah saja, jadi
kita tidak membutuhkan bahan yang
sangat kuat. Bahan yang dipilih
adalah acrylic dengan pertimbangan
bahwa bahan ini ringan,cukup mudah
diproses dan tersedia banyak
dipasaran. dengan jari-jari 12,5 cm
dan tebal 8 mm.
4.5 Perancangan Alas Botol Alat statis ini terdapat
tepat dibawah pemegang botol,
dan sejajar dengan alas pemutar.
Dengan pertimbangan bahwa
bagian ini tidak memerlukan
kekuatan khusus, hanya saja
bagian ini rawan terkena air
maka kita akan memilih bahan
acrylic. Selain pertimbangan itu
juga untuk efisiensi bahan
acrylic sisa dari bahan pemegang
botol dan ganeva mechanism.
Dimana alas botol ini memiliki
ukuran jari-jari 15 cm dan tebal 8 mm.
34
4.6 Perancangan Cylindrical Cam
Pada perancangan ini kita menggunakan metode
perancangan Rise Dwell Fall Dwell (RDFD) Cam Design.
Dibawah ini adalah desain rancangan cylindrical cam motion atau
perpindahan dibandingkan dengan cam angle dan waktu :
Gambar 4.6 Grafik Perancangan Cylindrical Cam
Gambar 4.7 Diagram Lingkaran Cylindrical Cam
Waktu Cylindrical Cam disetiap posisi :
High Dwell : Waktu cylindrical cam berada
diatas (ta) = 3 detik
Fall : Waktu turun cylindrical cam (tt) = 1 detik
Rise : Waktu naik cylindrical cam (tn) = 1 detik
Low Dwell : Waktu cylindrical cam berada
dibawah (tb) = 1 detik
Waktu total cylindrical cam (ta + tt + tn + tb) = 6 detik
35
4.7 Perancangan Daya Motor
Berikut ini kita analisa berapa daya yang dibutuhkan
untuk menggerakan seluruh komponen mechanism. Perhitungan
daya pada system yang kita rencanakan adalah untuk mengatasi
momen torsi akibat inersia (yang di butuhkan saat start) dan
momen torsi akibat gesekan pada sistem (dibutuhkan ketika
berputar).
Momen Torsi Akibat Inersia
Komponen yang direncanakan berputar adalah pemegang
botol, alas pemutar botol, poros pemutar, ganeva drive, ganeva
driven, cam cilindrical dan botol yang telah terisi air.
1. Pemegang Botol Perencanaan awal pemegang botol ini yaitu dibuat bahan dari
acrylic, dengan jari-jari 0,125 m dan tebal 0,008 m.
Volume pemegang botol, kita peroleh dari program
inventor yang telah digambar berdasar ukuran sama persis
dengan ukuran pemegang botol, kita peroleh volume pemegang
botol sebesar 382.686,083 mm3 = 3,82686 . 10
-4 m
3
Gambar 4.8 Volume Pemegang Botol
Dikarenakan pada software tidak terdapat material acrylic
maka dengan menggunakan nilai volume yang didapat, kita
akan menentukan massa dan momen inersia pemegang botol
36
dari bahan acrylic dengan menggunakan perhitungan manual.
Dari table mechanical properties acrylic didapatkan masa jenis
bahan acrylic (ρ) sebesar 0,43 lb/in3. Atau dalam satuan lain
1190,26 kg/m3
Masa pemegang botol,
m = ρ.υ
= 1190,26 kg/m3 x 3,82686 . 10
-4 m
3= 0,455496 kg
Momen inersia pemegang botol,
I = ½ x m x R2
I = ½ x 0,455496 kg x (0,125 m)2 = 0,007117125 kg.m
2
2. Alas Botol Perencanaan awal alas pemutar botol yaitu bahan dari acrylic
dengan jari-jari 0,15 m dan tebal 0,008 m.
Volume alas botol kita peroleh dari program inventor
yang telah digambar berdasar ukuran sama persis dengan
ukuran alas botol, kita peroleh volume alas botol sebesar
565.094,678 mm3 = 5,65095 . 10
-4 m
3
Gambar 4.9 Volume Alas Botol
Dikarenakan pada software tidak terdapat material
acrylic maka dengan menggunakan nilai volume yang didapat,
kita akan menentukan massa dan momen inersia alas botol
dari bahan acrylic dengan menggunakan perhitungan manual.
37
Dari table mechanical properties acrylic didapatkan masa
jenis bahan acrylic (ρ) sebesar 0,43 lb/in3. Atau dalam satuan
lain 1190,26 kg/m3
Massa alas botol,
m = ρ.υ
= 1190,26 kg/m3 x 5,65095 . 10
-4 m
3= 0,67261 kg
Momen inersia alas botol,
I = ½ x m x R2
I = ½ x 0,67261 kg x (0,15 m)2 = 0,007566862 kg.m
2
3. Ganeva Drive Perencanaan awal ganeva drive yaitu bahan dari acrylic
dengan jari-jari kita ambil jari-jari lingkaran terluar 0,1137
m dan tebal 0,016 m.
Volume ganeva drive kita peroleh dari program inventor
yang telah digambar berdasar ukuran sama persis dengan
ukuran ganeva drive, kita peroleh volume ganeva drive
sebesar 528.853,219 mm3
= 5,28853 . 10-4
m3
Gambar 4.10 Volume Ganeva Drive
Dikarenakan pada software tidak terdapat material
acrylic maka dengan menggunakan nilai volume yang didapat,
kita akan menentukan massa dan momen inersia ganeva drive
dari bahan acrylic dengan menggunakan perhitungan manual.
38
Dari table mechanical properties acrylic didapatkan masa jenis
bahan acrylic (ρ) sebesar 0,43 lb/in3. Atau dalam satuan lain
1190,26 kg/m3
Massa Ganeva Drive,
m = ρ.υ
= 1190,26 kg/m3 x 5,28853 . 10
-4 m
3= 0,62947 kg
Momen inersia Ganeva Drive,
I = ½ x m x R2
I = ½ x 0,62947 kg x (0,1137 m) 2 = 0,008137593 kg.m
2
4. Ganeva Driven
Perencanaan awal ganeva driven yaitu bahan dari acrylic
dengan jari-jari 0,06 m dan tebal 0,008 m.
Volume ganeva driven kita peroleh dari program inventor
yang telah digambar berdasar ukuran sama persis dengan
ukuran ganeva driven, kita peroleh volume ganeva driven
sebesar 29079,511 mm3 = 0,29079 . 10
-4 m
3.
Gambar 4.11 Volume Ganeva Driven
Dikarenakan pada software tidak terdapat material acrylic
maka dengan menggunakan nilai volume yang didapat, kita
akan menentukan massa dan momen inersia ganeva driven dari
bahan acrylic dengan menggunakan perhitungan manual. Dari
table mechanical properties acrylic didapatkan masa jenis bahan
39
acrylic (ρ) sebesar 0,43 lb/in3. Atau dalam satuan lain 1190,26
kg/m3
Massa Ganeva Driven,
m = ρ.υ
= 1190,26 kg/m3 x 0,29079 . 10
-4 m
3= 0,03461 kg
Momen inersia Ganeva Driven,
I = ½ x m x R2
I = ½ x 0,03461 kg x (0,06 m) 2 = 0,0000623 kg.m
2
5. Botol yang telah terisi air
Pada mechanism mesin ini system harus memutar
botol yang sudah terisi air sejumlah 2 buah, dimana diketahui
masa botol + air adalah 0,5 kg, jari – jari botol 2 cm dan jarak
pusat massa botol ke titik pusat putar 12,5 cm. Untuk mencari
momen inersia botol terisi air ini karena letak pusat putar
botol tidak berada tepat di pusat poros maka kita
menggunakan rumus momen inersia tidak pada pusat putar.
Momen inersia :
I = 2(1
2mr
2+mR
2)
Dimana :
m = massa botol
r = jari-jari botol
R = jarat pusat massa botol ke pusat putar
I = 2(1
2.0,5.0,02
2 + 0,5.0,125
2) = 2(0,0001+0,0078125) =
0,015825 kg.m2
40
6. Poros Pemutar
Gambar 4.12 Free Body Diagram Poros 1 dan 2
Poros Pemutar 1 (poros ganeva driven)
Perencanaan poros pemutar ini kita gunakan bahan steel
segi empat sama sisi yang memiliki ukuran sisi (s) 7 mm dan
tinggi (h) 570 mm.
Volume poros,
V = sisi x sisi x tinggi
V = 0,007.0,007.0,57= 0,2793.10-4
m3
Dari table properties material (lampiran) material steel
didapat masa jenis bahan (ρ) sebesar 7,85 gram/cm3 atau
dikonversikan dalam satuan lain 7.850 kg/m3
Massa poros,
m = ρ.V = 7.850 . 0,2793.10-4
= 2.192,505 . 10-4
kg
Momen inersia poros pemutar batang homogen,
I = 1
3 m.L
2 =
1
3 . 0,2192505 . 0,57
2 = 237,448 . 10
-4 kg.m
2
41
Poros Pemutar 2 (poros ganeva drive)
Perencanaan poros pemutar ini kita gunakan bahan steel
cylinder yang memiliki ukuran diameter 1 cm, takikan 1 mm dan
tinggi (h) 27 cm.
Volume poros 2 kita peroleh dari program inventor yang
telah digambar berdasar ukuran sama persis dengan ukuran poros
2, kita peroleh volume poros 2 sebesar 20.102,118 mm3
=
0,20102 . 10-4
m3.
Gambar 4.13 Volume Poros Pemutar 2
Dari table properties material (lampiran) material steel
didapat masa jenis bahan (ρ) sebesar 7,85 gram/cm3 atau
dikonversikan dalam satuan lain 7.850 kg/m3
Massa poros,
m = ρ.V = 7.850 kg/m3. 0,20102 . 10
-4 m
3 =
0,15780 kg
Momen inersia poros pemutar batang homogen,
I = 1
2 m.L
2 =
1
2 . 0,15780 kg . (0,27 m)
2 = 0,00575181 kg.m
2
42
Gambar 4.14 Diagram Momen dan Diagram Geser Poros 1 dan 2
7. Cylindrical cam
Perencanaan cylindrical cam ini kita gunakan dari
material stainless steel. Volume cylindrical cam kita peroleh
dari program inventor yang telah digambar berdasar ukuran
sama persis dengan ukuran yang telah ditentukan yang memiliki
ukuran diameter luar (dl) 23,4 cm, diameter dalam (do) 23,33
cm, tinggi (h) 8,5 cm, kita potong dengan kedalam 6 cm ke
bawah, sudut turun dan naik 60o, dan sudut saat berada di
bawah 60o maka kita peroleh volume cylindrical cam sebesar
47.545,746 mm3 = 0,47546 . 10
-4 m
3.
Gambar 4.15 Volume Cylindrical Cam
43
Dari table mechanical properties stainless steel
didapatkan masa jenis bahan stainless steel (ρ) sebesar 7480
kg/m3
Massa cylindrical cam,
m = ρ.V = 7.480 kg/m3. 0,46602 . 10
-4 m
3= 0,34858 kg
Momen inersia cylindrical cam,
I = 1
2 m (rl
2 +ro
2)
= 1
2 0,34858. ( 0,117
2 + 0,11665
2)
= 0,004757458 kg.m2
Jadi Momen Inersia Total (Itot),
I = I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7
= (0,007117125 + 0,007566862 + 0,008137593 + 0,0000623
+ 0,015825 + 0,00575181 + 0,004757458) = 0,049218148
kg.m2
Dengan asumsi percepatan angular (α) = 2 rad/det2, maka
diperoleh :
T = Itot . α
= 0,049218148 kg.m2.2 rad/det
2 = 0,098436296 N.m
= 0,098436296 N.m.0,22481 𝑙𝑏
𝑁.
1 𝑖𝑛
0,0254 𝑚 = 0,871239 lb.in
Momen Torsi Akibat Gaya Angkat dan Gaya Gesek
Gaya angkat dan gaya gesek pada system terjadi akibat
adanya gaya angkat dan gesekan antara cam dengan follower .
Setelah kita mendapatkan gaya angkat dan gaya gesek maka
kita bisa menentukan nilai momen torsi akibat gaya angkat dan
gesek.
Gaya Angkat terjadi untuk mengangkat dua botol yang
terisi air penuh dan berat struktur mekanis yang di angkat.
Adapun berat struktur mekanis yang diangkat adalah berat
pemegang botol, berat alas botol, berat ganeva driven, dan berat
poros.
44
Dibawah ini adalah Free Body Diagram untuk menghitung
Momen Torsi akibat gaya angkat dan gaya gesek yang
dibutuhkan.
Gambar 4.16 Free Body Diagram Torsi yang Dibutuhkan
FB = 2 Wbotol + Wstruktur
FB = 2 Wbotol + Wpemegang botol+ Walas botol + Wganeva driven+ Wporos
FB = 2 mbotol terisi air . g+ mpemegang botol . g+ malas botol . g +
mganeva wheel . g+ mporos.g
FB = 2 . 0,5 kg . 9,8 m/s² + 0,455496 kg . 9,8 m/s² + 0,67261 kg .
9,8 m/s² + 0,03461 kg . 9,8 m/s² + 0,2192 kg . 9,8 m/s²
= 9,8 N + 4,4638608 N + 6,591578 N + 0,339178 N +
2,14816 N = 23,3427768 N
45
FA = FB . tanα
FA = 23,3427768 N . tan 45o = 23,3427768 N
FC = 𝐹𝐵
𝑐𝑜𝑠∝ =
23,3427768
cos 45° = 33,347 N
FAtot = FA + FSA
= FA + FS . cosα
= FA + FC . μk . cosα
= 23,3427768 N + (33,347 N . 0,2 . cos45o)
= 28,0113568 N
Telah kita dapatkan nilai gaya angkat dan gaya gesek, kemudian
kita tentukan momen inersia yang terjadi akibat gaya angkat dan
gaya gesek (TAS) yang merupakan hasil perkalian antara FAtot
dan keliling lingkaran cylindrical cam saat naik/turun sebesar
60o
TAS = FAtot . Rcam
Rcam = 60°
360° . 2.π.R =
1
6.2.π.0,117 m = 0,12246 m
TAS = FAtot . Rcam
= 28,0113568 N . 0,12246 m = 3,4303 N.m
= = 3,4303 N.m.0,22481 𝑙𝑏
𝑁.
1 𝑖𝑛
0,0254 𝑚 = 30,3609 lb.in
Perhitungan Daya Motor
Daya motor yang dibutuhkan terbesar adalah daya untuk
dapat mengatasi semua momen torsi yang terjadi. Untuk
menghitung besar daya motor minimal bisa kita gunakan rumus
berikut :
HP =𝑇.𝑛
63000
Dengan diketahui total torsi (T) adalah 0,871239 lb.in +
30,3609 lb.in = 31,232139 lb.in dan system bekerja pada
46
putaran (n) 20 rpm. maka :
Maka :
HP = 31,232139 .20 rpm
63000 = 0,0099 hp = 0,01 hp
Dengan mempertimbangkan efisiensi transmisi asumsi
90% (melihat banyaknya proses reduksi) maka kita perlukan
jenis motor dengan besar daya minimal :
HP = 100/90 x HP
= 0,0111 hp = 8,2027 watt
Jadi motor yang kita perlukan adalah motor yang
memiliki daya 0,0111 hp dan putaran 20 rpm. Dipasaran
terdapat motor DC yang miliki putaran 20 rpm. Maka kita akan
menggunakan motor DC seperti gambar di bawah ini :
Gambar 4.17 Motor DC 20 RPM, 12 V
Dipasaran juga terdapat motor AC dengan daya 15 watt
atau 0,020 hp dan jumlah putaran 60 rpm, tetapi jika kita ingin
menggunakan motor ini perlu di lakukan analisis dan
perancangan roda gigi untuk mereduksi motor dengan putaran
60 rpm menjadi 20 rpm. Dibawah ini adalah foto dari motor AC
tersebut.
47
Gambar 4.18 Motor AC 60 rpm
4.8 Analisis Reduksi motor dari 60 rpm ke 20 rpm Pada sistem ini untuk mereduksi perputaran motor
dari perputaran 60 rpm ke 20 rpm kita menggunakan sepasang
roda gigi reducer . Untuk merancang roda gigi tersebut maka
ditentukan beberapa parameter sebagai berikut :
Menggunakan 2 gear :
𝑟𝑣 = 𝑁2
𝑁1 =
20 𝑟𝑝𝑚
60 𝑟𝑝𝑚 = 0,33 (rv)
Sudut tekan ɵ = 20o full depth
Diameter pinion (dp) = 4 in
Diameter pitch (P) = 5/in
Jenis akrilik dengan ρ = 0,43 lb/in3
Rasio kecepatan rv = 0,33
np = Putaran Roda Gigi 1 (pinion) = 60 rpm
ng = Putaran Roda Gigi 2 (gear) = 20 rpm
48
Dari data yang telah kita tentukan maka dilakukan perhitungan
sebagai berikut :
Perhitungan diameter gear
dg = 𝑑𝑝
𝑟𝑣 =
4 𝑖𝑛
0,33 = 12,12 in
Jumlah gigi pinion dan gear
Gigi pinion Ntp = P.dp = 5x4 = 20 gigi
Gigi gear Ntg = P.dg = 5x12,12 = 60,6 gigi ≈ 61 gigi
Kecepatan pitch line (υp)
υp =
𝜋.𝑑.𝑛
12 = 𝜋.4.60
12 = 62,8 ft/min
Gaya tangensial (Ft),
Tp = 63000ℎ𝑝
𝑛𝑝 = 63000
0,020
60 = 21 lb-in
Ftp = 2𝑇
𝑑𝑝 =
2(21)
4 = 10,5 lb
Tg = 63000ℎ𝑝
𝑛𝑔 = 63000
0,020
20 = 63 lb-in
Ftg = 2𝑇
𝑑𝑔 =
2(63)
12,12 = 10,40 lb
Berdasarkan Gear Design Consideration yang terdapat dalam
(Deutschman- section 10-18), nilai b yang dianjurkan adalah
b ≤ 10
𝑃 sehingga dalam desain spur gear ini digunakan nilai :
b = 10
𝑃 =
10
5 = 2 in
Analisa Kekuatan gigi dengan Metode Lewis :
PINION
Beban dinamik (Fd), untuk Vp ≤ 2000 ft/min
Fd = 600+𝑣𝑝
600 . Ftp =
600+62,8
600 . 10,5 =11,599 lb
Nilai S berdasarkan Persamaan Lewis
Fd = Sxbx𝑌𝑝
𝑃
S = 𝑃𝑥 𝐹𝑑
𝑏 𝑥 𝑌𝑝 =
5 𝑥 11,599
2 𝑥 0,358= 80,99 𝑝𝑠𝑖
Berdasarkan nilai S yang kita dapatkan diatas maka kita pilih
bahan untuk perencanaan pinion pada spur gear Akrilik So =
3.630 psi
49
GEAR
Beban dinamik (Fd), untuk Vp ≤ 2000 ft/min
Fd = 600+𝑣𝑝
600 . Ftp =
600+62,8
600 . 10,5 =11,599 lb
Nilai S berdasarkan Persamaan Lewis
Fd = Sxbx𝑌𝑝
𝑃
S = 𝑃𝑥 𝐹𝑑
𝑏 𝑥 𝑌𝑝 =
5 𝑥 11,599
2 𝑥 0,3943= 73,542 𝑝𝑠𝑖
Berdasarkan nilai S yang kita dapatkan diatas maka kita pilih
bahan untuk perencanaan pinion pada spur gear Akrilik So =
3.630 psi
Analisa Keausan Gigi dengan Metode Buckingham :
PINION
Fw = dp b K Q
dimana :
dp = Diameter Pinion = 4 in
b = lebar gigi = 2 in
K = Wear load factor
dan harga Q diperoleh dari persamaan,
Q = 2𝑁𝑡𝑔
𝑁𝑡𝑔+𝑁𝑡𝑝 =
2.61
61+20 =1,5062
Kemudian harga K diperoleh dengan cara ekstrapolasi dari
table 10-11 (Deutschman) dengan BHN = 123, maka
didapatkan nilai K = 22,64 maka nilai Fw :
Fw = dp b K Q = (4) (2) (22,64) (1,5062) = 272,8030 lb
Karena nilai Fw = 272,8030 lb > Fd = 11,599 lb, maka pinion
aman
GEAR
Fw = dg b K Q
dimana :
dg = Diameter Gear = 12,12 in
b = lebar gigi = 2 in
K = Wear load factor
50
dan harga Q’ diperoleh dari persamaan,
Q = 2𝑁𝑡𝑔
𝑁𝑡𝑔+𝑁𝑡𝑝 =
2.61
61+20 =1,5062
Kemudian harga K diperoleh dengan cara ekstrapolasi dari
table 10-11 (Deutschman) dengan BHN = 123, maka
didapatkan nilai K = 22,64 maka nilai Fw :
Fw = dp b K Q = (12,12) (2) (22,64) (1,5062) = 826,593 lb
Karena nilai Fw = 826,593 lb > Fd = 11,599 lb, maka gear
aman
4.9 Perancangan Pin Indexing dan Analisis Kegagalan Pin
Indexing
Pada mesin ini digunakan mesin yang memiliki daya = 0,0011
hp = 0,0011.0,7457 kw = 8,20 Watt dan putaran driver 3,057
rpm, sehingga didapat besarnya momen sebagai berikut :
Mt= P
𝑛 =
8,20 Nm/s
3,057 rpm x 2π x 1min/60s = 25,625 Nm
Setelah kita dapatkan nilai Mt = 25,625 Nm , maka kita dapat
menentukan gaya yang terjadi pada ganeva drive (a) yang
memiliki jari –jari = 10,39 cm dan ganeva driven (b) yang
memiliki jari – jari 6 cm, dengan rumus :
F = Mt
𝑟
Kemudian,
F untuk a = 10,39 cm
Fa = Mt
𝑎 =
25,625
0,1039 = 246,63 N
F untuk b = 6cm
Fb = Mt
𝑏 =
25,625
0,06 = 427,08 N
51
Pada perancangan pin indexing ini ditentukan beberapa
Parameter yaitu :
Bahan = Gray cast iron ASTM
Panjang Pin Indexting = 10 mm
Syp = 20 ksi = 55,16.106 N/m
2
Safety factor, N = 2
Gambar 4.19 Pin Indexing
0,8 𝑆𝑦𝑝
𝑁≥
6𝐹𝑥𝑠
𝜋𝑑3
d3≥
6𝑥673,71𝑥0,01𝑥2
𝜋𝑥0,8𝑥55,16.106
d3≥0,583.10
-6 m
karena diameter pin terlalu kecil maka kita bulatkan diameter
pin jadi d = 0,52 cm (diameter pin)
Analisis Kegagalan Pin Indexing :
Berikut ini kita akan menentukan analisis kegagalan pada
pin indexing yang memiliki ukuran diameter 0,52 cm.
Sebelumnya kita telah menentukan beberapa parameter dalam
perancangan pin indexing yaitu :
Bahan = Gray cast iron ASTM
Panjang Pin Indexting = 10 mm
Syp = 20 ksi = 55,16.106 N/m
2
Safety factor, N = 2
F = 0,013968728 𝑁
52
5,2 mm
Gambar 4.20 Ukuran Geometris Pin Indexing
0,8 𝑆𝑦𝑝
𝑁 ≥
6𝐹𝑥𝑠
𝜋𝑑3 0,8 𝑥 55.160.000
2 ≥
6𝑥0,013968728𝑥0,01
𝜋0,00523
22,064.106 ≥ 1.896,208
Karena 0,8 𝑆𝑦𝑝
𝑁 ≥
6𝐹𝑥𝑠
𝜋𝑑3 maka Pin Indexing sangat aman.
4.10 Perancangan Detail Ukuran Geometris Ganeva
Mechanism
Gambar 4.21 Skema Ganeva Drive dan Ganeva Driven
53
Ditentukan :
a= drive crank radius = 10,39 cm
b = ganeva wheel radius/ganeva driven = 6 cm
c = center distance = 12 cm
s = slot center length = 4,39
t = allowed clearance = 0,2 cm
p = drive pin diameter = 0,52 cm
Dicari :
w = slot width
y = stop arc radius
z = stop disc radius
v = clearance arc
Solusi :
w = p+t
w = 0,65 + 0,2 = 0,85 cm
y = a-(p1.5)
y = 10,39 – (0,52x1,5) = 9,61 cm
z = y – t
z = 9,61– 0,2 = 9,41 cm
v = bz/a
v = 6.9,41/10,39 = 5,434 cm
4.11 Analisis Bantalan (Bearing) untuk Poros 1 dan Poros 2
Poros satu memiliki diameter 0,7 cm, poros satu ini
bekerja naik turun dan dan berputar dan poros ini menopang 2
botol yang terisi air penuh yang sama beratnya sehingga momen
yang terjadi adalah nol, sehingga gaya-gaya yang bekerja pada
poros ini :
54
Gambar 4.22 Analisis Bantalan Poros 1
Fa =0 (karena poros bergerak naik turun)
Fr =0 (karena menopang 2 botol sama berat di kanan dan kiri)
Poros bekerja pada putaran,
n = 20 rpm
Untuk mendapatkan nilai x dan y, perlu diketahui terlebih
dahulu nilai 𝑖.𝐹𝑎
𝐶𝑜 yaitu :
𝑖.𝐹𝑎
𝐶𝑜 =
(1)(0)
17300 =0
Dari Tabel A.23 Lampiran Tabel, dengan nilai 0,037,
dengan interpolasi didapat :
x = 0,56 ; y = 1,9
Kemudian kita mencari nilai P dengan menggunakan
persamaan :
P = x.υ.Fr + y.Fa
= 0,56.1,0.0 + 1,9. 0 = 0 N
Sehingga umur bantalan :
L10h = (𝐶
𝑃)
𝑏.
106
60.𝑛
= (32500
0)
3.
106
60.20 = tak terhingga
55
Karena poros ini adalah poros inovatif yang bisa bergerak naik
turun dan berputar, jadi bantalan/bearing jenis apapun memiliki
umur yang tak terhingga jika di pergunakan dalam poros ini.
BANTALAN POROS 2
Poros dua memiliki diameter 0,7 cm, bekerja gaya-gaya sebagai
berikut :
Fa = 11,2 N Fr =0
Poros bekerja pada putaran, n = 20 rpm
Untuk mendapatkan nilai x dan y, perlu diketahui terlebih
dahulu nilai 𝑖.𝐹𝑎
𝐶𝑜 yaitu :
𝑖.𝐹𝑎
𝐶𝑜 =
(1)(11,2)
17300 = 0,00065
Dari Tabel A.23 Lampiran Tabel, dengan nilai 0,037,
dengan interpolasi didapat :
x = 0,56 ; y = 1,9
Kemudian kita mencari nilai P dengan menggunakan
persamaan :
P = x.υ.Fr + y.Fa
= 0,56.1,0.0 + 1,9. 11,2 = 21,28 N
Sehingga umur bantalan :
L10h = (𝐶
𝑃)
𝑏.
106
60.𝑛 = (
32500
21,28)
3.
106
60.20 = 2.968.641,038.10
6 jam
Karena nilai umur bantalan sudah diatas 9600 jam, hal ini sudah
melebihi target awal.
56
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
57
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan analisa perancangan mesin ini, terdapat
beberapa hal yang dijadikan kesimpulan, antara lain:
Untuk menggabungkan ganeva mechanism dan cylindrical
cam agar bisa bergerak selaras naik vertical kemudian diam
(stasioner sejenak) lalu turun dan berputar horizontal
kemudian diam (stasioner sejenak) mesin ini menggunakan
perpaduan dari Cylindrical Cam, Ganeva Mechanism, Poros
bergerak di satu motor.
Waktu satu proses produksi adalah 6 detik yang
menghasilkan satu botol minuman 400 ml yang sudah diisi
dan ditutup.
Secara teoritis, kapasitas alat bila ditinjau dari parameter
jumlah produk (botol yang mampu diisi dan ditutup), maka
kemampuan alat mencapai 600 botol/jam
Untuk mendapatkan kapasitas sebesar 600 botol/jam
diharuskan memiliki kecepatan putar 20 rpm dengan
diameter pemegang botol 25 cm yang dapat memegang tiga
botol.
Jari jari ganeva drive pada mesin ini adalah 10,39 cm dan
jari-jari ganeva driven pada mesin ini adalah 6 cm yang
memiliki diameter pin indexing 0,52 cm, panjang slot (S)
4,39 cm, jumlah slot ganeva driven 3 buah.
Agar mesin ini bisa bekerja optimal maka mesin ini
menggunakan daya 0,01 hp atau 8,2027 watt dan jumlah
putaran 20 rpm.
Motor yang digunakan dalam mesin ini bisa menggunakan
motor DC yang memiliki putaran 20 rpm atau motor AC 60
rpm yang di reduksi menjadi 20 rpm dengan menggunakan
analisa reduksi gear box.
58
Cylindrical cam pada posisi high dwell memeberlukan
waktu 3 detik dengan sudut 180o, posisi fall, low dwell, dan
posisi rise memerlukan waktu 1 detik dengan sudut 60o.
Diameter pin indexing yang digunakan adalah = 0,52 cm,
dan setelah dilakukan analisis kegagalan maka pin indexing
yang di pergunakan sangat aman.
Bantalan yang dipergunakan untuk poros satu memiliki usia
tak berhingga karena poros satu memiliki gerakan naik turun
dan berputar sehingga nilai Fa dan Fr = 0, bantalan yang
dipergunakan pada poros dua memiliki usia
2.968.641,038.106 jam yang sudah melebihi target awal yaitu
9600 jam.
5.2 Saran Rancang Bangun ini merupakan tahapan paling awal,
sehingga secara ideal perlu ada penelitian lanjutan demi
optimalisasi fungsi alat. Untuk mencapai tujuan utama yakni
membangun alat yang tepat fungsi maka penulis memberikan
beberapa saran terkait pengembangan mesin ini :
Pada saat pembentukan ganeva mechanism dan cylindrical
cam, ukuran geometris yang dipergunakan harus sama persis
dengan yang penulis tulis dalam tugas akhir ini agar system
mechanism dapat berfungsi selaras.
Apabila ada operator yang menjalankan mesin ini, operator
wajib di briefing dulu agar paham cara kerja dari mesin ini
dikarenakan mesin ini bekerja secara semiotomatis.
Bagi pembaca yang ingin menyempurnakan perancangan
system ini agar dapat memperhatikan lebih detail parameter-
parameter yang dibutuhkan dalam perancangan.
Pemilihan bahan terkait perancangan harus sangat
disesuaikan dengan kondisi yang ada dilapangan, mengingat
bahan yang ada dilapangan cukup berbeda dengan yang ada
secara teori.
xxi
DAFTAR PUSTAKA
[1] Wenzhou Zhonghuan Packaging Machinery Co., Ltd, 2015 .
Prinsip Kerja Mesin Filling Rotary. China
[2] Sammipack.com, 2017, Prinsip Kerja Mesin Cupping.
http://www.sammipack.com/, diakses tanggal 19 September
2017.
[3] Wikipedia, 2017. Ganeva Mechanism .
https://en.wikipedia.org/wiki/Geneva_drive, diakses tanggal
19 September 2017.
[4] Wikipedia, 2017, Conveyor System .
https://en.wikipedia.org, diakses tanggal 20 September 2017.
[5] NUCAP_KDM. 2010. Ganeva Mechanism .
https://www.instructables.com/, diakses tanggal 20
September 2017.
[6] Deutschman, Aaron D., Michels, W.J., dan Wilson, C.E.
1975. Machine Design, Theory and Practice. New York :
Macmillan Publishing Co., Inc.
[7] id.wikipedia.org.
[8] www.produkcina.indonetwork.co.id.
[9] Timoshenko, S., dan Young, D.H., Mekanika Teknik Edisi
Keempat, Jakarta : Erlangga.
[10] Harold A. Rothbart, D.Eng., Cam Design Handbook, Dean
Emeritus, College of Science and Engineering, Fairleigh
Dickinson University Teaneck, New Jersey.
xxii
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
xxiii
LAMPIRAN TABEL PROPERTIES MATERIAL
Lampiran Properties dan Table Massa Jenis Material
xxiv
Lampiran Massa Jenis Material
xxv
Lampiran Tabel A.23 faktor X dan Y untuk
ball dan roller bearing
xxvi
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
xxvii
LAMPIRAN GAMBAR SKEMA MESIN
Dimana :
A. Cylindrical Cam dan Follower
B. Ganeva Mechanism
C. Poros segi 4
D. Motor Listrik
E. Alas Botol
F. Pemegang Botol
G. Mesin Capping Botol
H. Mesin Filling Botol
xxviii
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
xxix
LAMPIRAN GAMBAR TEKNIK SETIAP
KOMPONEN
Gambar Teknik Pemegang Botol
xxx
Gambar Teknik Alas Botol
xxxi
Gambar Teknik Poros dan Ganeva Driven
xxxii
Gambar Teknik Ganeva Drive dan Cylindrical Cam
xxxiii
Gambar Teknik Rangka Mesin
xxxiv
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
xxxv
LAMPIRAN FOTO PROTOTYPE MESIN YANG
TELAH DIBUAT
Foto Mesin Yang Telah dibuat dalam Tugas Akhir ini, mesin ini
penulis beri nama ‘Dreamer’ yang diharapkan bisa mewujudkan
mimpi pelaku UMKM di bidang minuman agar usahanya bisa
berkembang. Mesin yang dipatenkan ini nantinya akan
diperjual belikan.
xxxvi
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”
xxxvii
BIODATA PENULIS
Lika Dian Fitranto merupakan nama
lengkap dari penulis tugas akhir ini,
yang akrab dipanggil Fitran. Penulis
dilahirkan di Banyuwangi, 5 April
1992. Penulis telah menempuh
pendidikan formal yaitu di TK Kemala
Bhayangkari Tuban, SDN Latsari 2
Tuban (kelas 1- kelas 2) kemudian
pindah ke SDN Kepatihan 3 Jember
(kelas 3-6), SMPN 1 Jember, SMAN 1
Jember. Selama masa SMA penulis
aktif mengikuti berbagai ajang
perlombaan Olimpiade Sains di bidang Fisika Mekanik, Fisika
Astronomi dan Fisika Umum tingkat provinsi dan nasional, aktif
dalam kegiatan pencinta alam pendakian gunung, kegiatan
pencak silat, dan juga touring tergabung dalam anggota club
motor YVCI dan Ikatan Motor Indonesia (IMI).
Semasa kuliah ia pernah menjadi komandan tingkat
(komting) pertama angkatan 2011 Teknik Mesin ITS, penulis
sangat aktif di bidang kewirausahaan dimulai dari semester 2
perkuliahan, meskipun berulang kali mengalami kegagalan tetapi
ia tidak pernah menyerah dan selalu bangkit kembali. Penulis
juga aktif mengikuti pelatihan dan penyuluhan tentang proses
produksi makanan dan minuman dalam kemasan, seminar tentang
kewirausahaan, mengikuti berbagai lomba wirausaha tingkat
regional maupun nasional, salah satunya dia pernah menjadi juara
dalam ajang pencarian wirausahawan muda berbakat ‘Diplomat
Success Challenge 2014’ yang di tayangkan di stasiun TV
Nasional ‘TV One’. Penulis juga aktif menjadi Pembicara dan
Motivator Entrepreneur dalam berbagai seminar kewirausahaan.
Penulis juga tergabung dalam ikatan Pengusaha Ganesha
Entrepreneur Club yang berkantor pusat di Bandung Jawa Barat,
dan tergabung dalam anggota Gabungan Pengusaha Makanan
Minuman Indonesia (GAPMMI).
xxxviii
“Halaman ini sengaja dikosongkan.”