BAB II

PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH

A. Kajian Singkat dari Sand Mixer Machine.

1. Perancangan

a. Pengertian

Perancangan adalah kegiatan awal dari suatu rangkaian

kegiatan dalam proses pembuatan produk. Proses tersebut berawal

pada ditemukannya kebutuhan manusia akan suatu produk sampai

diselesaikannya gambar dan dokumen hasil rancangan yang dipakai

sebagai dasar pembuatan produk. Hasil rancangan yang dibuat dapat

menjadi produk akan menghasilkan produk yang dapat memenuhi

kebutuhan manusia (Darmawan, 2000:1).

b. Macam-macam Produk Hasil Rancangan

Setiap produk hasil rancangan memiliki keoriginalitasnya

sendiri, originalitas produk satu berbeda dari originalitas produk

lainnya. Macam-macam produk hasil rancangan berdasarkan

originalitasnya dibedakan menjadi (Darmawan, 2000:18):

1) Produk Original

Produk original adalah produk yang dapat dikatakan sama

sekali baru yang merupakan kreatifitas penemunya. Produk

9

10

original tersebut adalah produk yang belum pernah ada

sebelumnya.

2) Produk Hasil Inovasi

Produk hasil inovasi adalah produk lama (produk yang

sudah ada) yang mengalami perubahan-perubahan baik perubahan

bentuk dan ukurannya tetapi terutama perubahan dalam fungsinya

sebagai hasil inovasi perancangan, sehingga terdapat fungsi-fungsi

baru.

3) Produk Varian

Produk varian adalah produk yang hanya berbeda

dimensinya dari produk yang sudah ada. Tidak diperlukan

kreativitas maupun inovasi untuk merancang produk varian.

c. Konsep Perancangan

Konsep perancangan merupakan solusi-solusi alternatif dari

masalah dalam bentuk skema yang biasa disebut dengan perancangan

konsep produk (Conceptual Design Phase). Fase perancangan ini

menuntut semua kemampuan dan kreativitas perancang dan

merupakan fase yang sangat memberi peluang untuk mendapatkan

solusi yang baru, baik dan original. Konsep perancangan yang

digunakan pada perancangan sand mixer machine adalah konsep

perancangan Pahl dan Beitz (BAB III).

11

2. Pasir Cetak

a. Syarat bagi pasir cetak

Pasir cetak memerlukan sifat-sifat yang memenuhi persyaratan sebagai

berikut (Surdia dan Chijiiwa, 2006:109):

1) Mempunyai sifat mampu bentuk sehingga mudah dalam

pembuatan cetakan dengan kekuatan yang cocok.

2) Permeabilitas yang cocok.

3) Distribusi besar butir yang cocok.

4) Tahan terhadap temperatur logam yang dituang.

5) Komposisi yang cocok.

6) Mampu dipakai lagi. Pasir harus dapat dipakai berulang-ulang

supaya ekonomis.

7) Pasir harus murah.

b. Macam-macam pasir cetak

Pasir cetak yang biasa digunakan untuk membuat cetakan adalah

pasir gunung, pasir pantai, pasir sungai dan pasir silika. Pasir gunung,

pada umumnya memiliki kandungan tanah lempung dan kebanyakan dapat

digunakan setelah dicampuri air. Namun demikian, pasir gunung juga

dapat langsung dipakai apabila pasir mempunyai kadar lempung yang

cocok dan bersifat adhesi. Apabila sifat adhesinya kurang, maka perlu

ditambahkan lempung. Pasir dapat dikatakan sifat adhesinya kurang

apabila kadar lempung pada pasir tersebut mencapai 10-20%.

12

Pasir pantai biasanya diambil dari daerah pantai ataupun kali,

sedangkan pasir silika dapat diambil secara alami ataupun buatan.

Pengambilan pasir silika secara alami dilakukan dengan mengambil

langsung dari gunung sedangkan secara buatan dengan cara memecah

kwarsit. Semua pasir tersebut mengandung silika ( SiO2 ), dan kotoran

seperti mika dan felspar.

Pasir pantai dan pasir kali lebih banyak mengandung kotoran

dibanding dengan pasir silika. Pasir silika sendiri selain kandungan

kotorannya yang sedikit, pasir tersebut memiliki kandungan silika ( SiO2 )

lebih dari 95% baik silika alam maupun silika buatan (Surdia dan

Chijiiwa, 2006:110).

3. Pasir Cetak Basah (Green Sand)

Pasir cetak basah merupakan pasir yang digunakan untuk

membuat cetakan pasir basah (Green Sand Mold). Pasir ini terdiri dari

campuran pasir silika, lempung dan air. Pasir silika (SiO2) sangat cocok

untuk cetakan karena tahan suhu tinggi tanpa terjadi penguraian, murah

dan awet. Namun pasir silika murni tidak bisa digunakan karena tidak

mempunyai daya ikat. Pasir silika murni dicampur dengan lempung

sebanyak 5 sampai 5,5% untuk meningkatkan daya ikatnya. Jenis lempung

yang banyak digunakan adalah bentonit. Air juga dibutuhkan untuk

mencampur lempung dan pasir silika sehingga akan terjadi keplastisan

13

akibat penggelembungan bentonit. Besarnya air yang dibutuhkan untuk

membuat pasir basah adalah 3-4% (Brown, 2000:160).

Pasir cetak yang diikat dengan tanah lempung atau bentonit

menunjukkan berbagai sifat sesuai dengan kadar air, oleh karena itu kadar

air adalah faktor yang sangat penting untuk pasir cetak. Hubungan antara

kadar air dengan berbagai sifat yang terjadi dengan pengikat tanah

lempung ditunjukkan pada gambar dibawah ini

Gambar 2.1. Pengaruh kadar air dan kadar lempung pada pasir diikat lempung (Surdia dan Chijiiwa, 2006:112).

Titik maksimum dari kekuatan dan permeabilitas adalah keadaan

dimana butir–butir pasir dikelilingi oleh campuran tanah lempung dan air

dengan ketebalan tertentu. Pengaruh dari kelebihan kadar air yaitu

kekuatan dan permeabilitas akan menurun karena ruangan antara butir–

14

butir ditempati oleh lempung yang berlebihan air. Demikian halnya

apabila kadar air yang tidak cukup akan menurunkan kekuatan karena

kurang lekatnya lempung.

Gambar 2.2. Pengaruh air dan bentonit pada pasir dengan pengikatbentonit (Surdia dan Chijiiwa, 2006:112).

Kalau kadar air bertambah, maka kekuatan dan permeabilitas naik

sampai titik maksimum dan akan menurun kalau kadar air tersebut terus

bertambah. Pada pasir dengan pengikat bentonit, kadar air yang

menyebabkan kekuatan basah maksimum dan yang menyebabkan

permeabilitas maksimum sangat berdekatan. Gambar 2.2. menunjukkan

bahwa hubungan antara kadar air, kekuatan dan permeabilitas dari pasir

dengan pengikat bentonit.

15

4. Sand Mixer Machine

Sand Mixer Machine adalah mesin penggiling pasir, khususnya

untuk pasir dengan lempung sebagai pengikatnya. Penggilingan pasir ini

bertujuan untuk mencegah terjadinya bungkah-bungkah pasir setelah

pencampuran dan sebagai mesin pencampur pasir (Surdia dan Chijiiwa,

2006:116).

Penggiling pasir biasanya memiliki dua rol yang berputar dalam

tangki atau tabung. Rol tersebut berfungsi untuk mengaduk pasir dan

pengikatnya dengan menekannya ke dasar atau ke samping tangki. Jumlah

putaran sekeliling poros pusat biasanya 40 sampai 60 rpm. Proses tersebut

biasanya berlangsung dengan kisaran waktu 5-10 menit. Setelah 10 menit

pasir campuran tersebut dapat digunakan untuk membuat cetakan (Surdia

dan Chijiiwa, 2006:116).

Salah satu perusahaan besar china Henan Hongxiang, menjual

produk sand mixer menerapkan spesifikasi yang lebih jelas. Spesifikasi

tersebut ditunjukkan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Spesifikasi sand mixer oleh perusahaan Henan Hongxiang,

(http://www.china-crusher.com/sand-mixer4.html).

No. TypeS1110 S1116 S1120B S1125B

1. Dimensions (L*W*H)

1248*1039*1178

1788*1640*1610

2650*2036*2625

3108*2876*3240

16

2. Table diameter 1000 mm 1600 mm 2000 mm 2500 mm

3. Single load (kg) 110 450 900 1800

4. Capacity (t/h) 1.5-2.5 10 18-20 35-45

5. Motor power (Kw)

4 18.5 37 75

6. Main shaft rotation speed

(rpm)

45 40 34.5 27.7

7. Roller wheel

Diameter (mm)

420 670 800 1000

Width (mm)

130 210 260 320

8. Single roller wheel pressure

(N)

0-1100 0-4200 0-8000 0-12000

9. Discharger dimension (mm)

300*170 480*280 620*360 830*470

10. Water consumption (t/h)

Manual water supply

0.6 1.2 2.8

11. Pipe joint G1 3/4" 3/4" 5/4"

Note: only green sand is adopted in the capacity column with less than 5% of water content.

Meski terkesan memiliki fungsi yang sederhana namun mesin

berperan cukup besar dalam proses pembuatan cetakan. Umumnya pada

Sand mixer terdapat beberapa bagian utama seperti; motor penggerak,

reducer, tabung, heavy wheels, pengeruk dan setting tools.

17

a. Motor penggerak

Berfungsi sebagai penggerak utama yang mana akan menggerakan rol

untuk melakukan penggilingan.

b. Speed Reducer

Berfungsi untuk mengerungai kecepatan putaran mesin sehingga rol

dapat diputar dengan kecepatan yang diinginkan.

c. Tabung

Berfungsi untuk menampung pasir yang akan diolah.

d. Pengeruk

Berfungsi untuk menggeser pasir ke arah dalam (pengeruk luar) dan ke

arah luar (pengeruk dalam) sehingga pasir tergilas oleh roda gelinding.

e. Heavy wheel

Berfungsi untuk menggiling dan mencapur pasir yang ada dalam

tabung. Umunya terdapat dua rol pada mesin sand mixer.

f. Setting tools

Berfungsi untuk mengatur naik turunnya roda gelinding saat bekerja.

5. Bahan yang digunakan pada Sand Mixer Machine

a. Baja profil

Baja profil dapat digunakan untuk kontruksi rangka dan

tabung. Pada umumnya baja profil dibuat dalam bentuk profil I, U, L,

18

siku sama kaki dan bundar (pipa). Baja profil termasuk dalam baja

karbon rendah dengan panduan antara besi (Fe) dan karcon (C) sebesar

0,1- 0,3% sehingga mempunyai sifat dapat ditempa dengan modulus

elastisitas rata-rata 210.000 MPa, (Wikipedia, 2008). Baja profil

memiliki beberapa spesifikasi salah satunya ST 37 (standar DIN) yang

mempunyai kekuatan tarik maksimal 37 kgf/mm2. Berikut ini

merupakan macam-macam dari baja profil:

1) Baja Profil Siku

Baja profil siku merupakan baja profil berpenampang

seperti huruf L dengan lebar (A) dan tebal (t) kedua kakinya sama.

Umumnya profil siku dibuat melalui proses canai panas (hot

rolling mil) dengan bahan baku yang digunakan adalah bloom dan

billet dengan panjang 6,9 dan 12 M (SNI 07-2054-2006). Jenis

ukuran profil siku yang digunakan adalah L40 dengan ukuran

“AxA” sebesar 40 mm x 40 mm dan “t” 4 mm.

Gambar 2.3. Penampang baja profil siku

19

Keterangan :

A = Lebar kaki (mm)

t = Tebal kaki (mm)

r1 = Radius sudut (mm)

r2 = Radius tepi kaki (mm)

2) Baja profil bujur sangkar

Baja profil bujur sangkar/persegi termasuk dalam jenis

pipa baja karbon yang dibuat dengan sambungan las lurus. Baja

jenis ini sering digunakan untuk pembuatan rangka mesin, aplikasi

arsitektur dan pekerjaan sipil.

Panjang standar meliputi 6, 8, 10 dan 12-m. Penandaan

notasi dicontohkan seperti PKP-30 berarti pipa baja karbon

kontruksi persegi dengan kekuatan taik minimum 30 kgf/mm2 (294

N/mm2).

Gambar 2.4. Penampang profil bujur sangkar

20

Keterangan :

A = Sisi-sisi (mm)

B = Sisi-sisi (mm)

t = Tebal sisi (mm)

r = Radius sudut (mm)

3) Baja profil lingkaran

Baja profil lingkaran terbuat dari beberapa unsur seperti

unsur Karbon (C), Silikon (Si), Mangan (Mn), Pospor (P), dan

Sulfur (S). Baja profil lingkaran biasa disebut dengan pipa baja.

Pipa baja secara umum dapat dibuat melalui beberapa cara seperti

tanpa ada sambungan (seamless), dengan las tahan listrik dan

tahan tempa (forged welding) berupa sambungan spiral dan

sambungan lurus. Pipa baja ini dapat digunakan untuk pekerjaan

arsitektur, sipil, tiang pancang menara dan keperluan sejenisnya.

Gambar 2.5. Penampang baja profil lingkaran

21

Keterangan:

D = Diameter (mm)

t = Tebal (mm)

b. Baja batangan

Baja batangan mempunyai bentuk variasi bentuk seperti

persegi panjang (datar), persegi empat dan bundar. Baja ini termasuk

dalam klasifikasi baja karbon rendah dan cocok dipakai untuk

membuat poros dam rangka. Berbeda dengan baja profil, baja

batangan mempunyai bentuk fisik yang padat (pejal).

Gambar 2.6. Baja batangan profil bundar

c. Baja lembaran/pelat baja

Secara umum plat baja terbagi menjadi tiga kategori, pelat

tebal (> 4,75mm), pelat sedang (3-4,75 mm) dan pelat tipis (<3 mm).

Pelat baja dapat digunakan sebagai bahan pembuatan casing dan lain-

lain dengan pemilihan didasarkan pada permukaan dan ketebalan

pelat.

22

Gambar 2.7. Salah satu jenis baja lembaran

d. PorosPoros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap

mesin. Hampir setiap mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan

putaran. Elemen utama dalam tranmisi seperti itu adalah poros.

1) Macam-macam poros

Poros untuk meneruskam daya diklasifikasikan menurut

pembebanannya sebagai berikut (Achmad, 1999:111):

a) Poros transmisi (line shaft)

Poros semacam ini mendapat beban puntir murni atau

puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini

melalui kopling, roda gigi puli sabuk atau sprocket rantai, dan

lain-lain.

b) Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros

utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa

puntiran, disebut sepindel. Syarat yang harus di penuhi poros

23

ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukuranya

harus teliti.

c) Gandar (axle)

Poros seperti yang di pasng di antara roda – roda kereta

barang, dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang –

kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya

mendapat beban lentur, kecuali jika digerakan oleh penggerak

mula dimana akan mengalami beban puntir juga.

d) Poros (shaft)

Poros yang ikut berputar untuk memindahkan daya dari

mesin ke mekanisme yang digerakkan. Poros ini menerima

beban puntir murni dan lentur.

e) Poros Luwes

Poros yang berfungsi memindahkan daya dari dua

mekanisme, dimana perputaran poros membentuk sududt

dengan porors lainnya. Daya yang dipindahkan kecil.

Menurut bentuk poros dapat digolongkan atas poros lurus

umum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, dan lain-

lain. Poros luwes untuk tranmisi daya kecil agar terdapat kebebasan

bagi perubahan arah, dan lain-lain. Contoh gambar poros adalah

gambar 2.8.

24

Gambar 2.8. Poros.

2) Hal-hal penting dalam merencanakan sebuah poros sebagai berikut

ini perlu diperhatikan (Sularso, 1994) :

a) Kekuatan poros

Suatu poros transmisi dapat mengalami suatu beban

puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur seperti

telah diutarakan di atas. Juga ada poros yang mendapat beban

tarik atau tekan seperti poros baling- baling kapal atau turbin.

Kelelahan, tumbukan atau pengaruh kosentrasi tegangan bila

diameter poros diperkecil (poros bertangga ) atau bila poros

mempunyai alur pasak, harus diperhatikan.

b) Kekakuan poros

Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang

cukup tetapi jika lenturan atau defleksi puntiran terlalu besar

akan mengakibatkan ketidak telitian atau getaran dan suara.

Disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus

25

diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan

dilayani poros tersebut.

c) Putaran kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka suatu harga

putaran tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya.

Putaran ini disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada

turbin, motor torak, motor listrik , dan lain-lain. Juga dapat

mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian bagian

lainya. Jika mungkin, poros harus direncanakan sedemikian

rupa hingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran

kritisnya.

d) Korosi

Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus

dipilih untuk poros propeller dan pompa bila terjadi dengan

kontak dengan fluida yang korosif. Demikian juga yang

terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti

lama. Sampai dengan batas-batas tertentu dapat pula dilakukan

perlidungan terhadap korosi.

6. Sifat Mekanis Logam

Menurut Saito dan Surdia (2005:7), sifat mekanis logam adalah

kemampuan logam untuk menahan beban yang dikenakan padanya, baik

26

berupa pembebanan statis maupun pembebanan dinamis. Pembebanan

statis merupakan pembebanan yang besar dan arahnya tetap setiap saat.

Pembebanan dinamis merupakan pembebanan yang besar maupun arahnya

berubah setiap saat. Pembebanan-pembenan tersebut menjadi acuan dalam

penentuan sifat mekanis logam.

Sifat mekanisme logam antara lain sebagai berikut:

a. Kekuatan bahan (strength)

Kekuatan bahan (strength) atau biasa disebut dengan tengan

batas (ultimate strength) merupakan tegangan terbesar dari dari suatu

bahan yang dapat ditahan tanpa menimbulkan kerusakan

(Rohyana,1999:15). Kekuatan bahan bervariasi menurut bentuk dan

beban yang diberikan, sehingga ada kekuatan atau ketahanan terhadap

beban statis seperti tarik, lentur, tekan, puntir (torsi), dan geser.

Sedangkan beban dinamis merupakan beban yang terjadi secara tiba-

tiba (kejut) dan berubah-rubah.

1) Tegangan Tarik dan Tekan

Menurut Achmad (1999:15), suatu gaya aksial yang

bekerja tegak lurus dengan penampang tertentu, akan

menimgulkan tegangan normal di setiap titik dari sebuah

penampang. Tegangan normal positif disebut tegangan tarik,

dimana gaya yang bekerja mempunyai arah ke luar (positif),

sedangkan tegangan normal negatif disebut tegangan tekan,

27

karena gaya yang bekerja mempunyai arah masuk penampang

(negative).

σ= PA

………… ………………………………………… ………… (1 )

Dimana σ=¿tegangan. N/m2 (Kg/mm2)

P=¿beban. N (Kg)

A=¿luas penampang. m2 (mm2)

Gambar 2.9. Gaya aksial yang bekerja pada plat

2) Tegangan Bengkok

Momen bengkok pada sebuah poros akan menimbulkan

tegangan bengkok.

σ b=MbWb

……………………………………...……………...(2)

Dimana σ b= tegangan bengkok. N/m2 (Kg/mm2)

Mb=¿ momen bengkok. Nm (Kg.mm)

Wb=¿ momen tahanan bengkok. m3 (mm3)

Menurut Achmad (1999:17), monen bending Mb dari suatu

gaya F didefinisikan sebagai perkalian besar gaya F dengan jarak

tegak lurus l dari a ke garis aksi F, seperti gambar 2.11.

l F

y

a

x

d

28

Gambar 2.10. Pembebanan Bengkok

Mb=F . l ………………………………… …………………………. (3 )

Dimana Mb=¿ momen bengkok. Nm (Kgmm)

F=¿ beban. N (Kg)

l=¿jarak tumpuan ke pusat gaya. m (mm)

Momen tahanan bending dapat dinyatakan sebagai berikut:

wb= Ixe

…………………………… ……………………………….(4)

Dimana :

Ix = momen inersia. m4 (mm4)

e = jarak yang terdekat dengan sumbu. m (mm)

besarnya momen tahanan bengkok tergantung dari bentuk

penampang elemen. Untuk menentukan momen inersia dan

momen tahanan bengkok dilihat pada tabel 2.2.

d

x x

y ydo

o dodi di

x x

y y

b

x

y

h

29

Tabel 2.2. Cara menentukan I dan Wb

Bentuk PenampangMomen Inersia Momen Tahanan Bengkok

I x=I y=π d4

64 W bx=W by=

π d3

32

I x=I y=π (d0

4−d i4)

64W bx=W by=

π (d04−di

4)64

I x=b h3

12

I y=h b3

12

W bx=b h2

6

W by=h b2

6

3) Torsi dan Tegangan Puntir

30

Setiap vector momen yang berhimpit dengan sumbu

suatu bagian mesin disebut vector torsi, karena momen ini

menyebabkan bagian mesin tersebut memuntir terhadap sumbunya.

Batang yang menerima momen seperti ini disebut batang torsi.

(Sygley dan Mitchell, 1986:68).

Ukuran panjang batang torsi dapat mempengaruhi

besarnya momen yang terjadi. Gambar 2.12. menerangkan torsi T

yang bekerja pada sebuah batang torsi dengan panjang L

dinyatakan dengan menggambarkan anak panah pada permukaan

batang untuk menanyakan arahnya, atau menggambarkan vector

torsi sepanjang sumbu putar barang tersebut. Vector torsi adalah

berupa tanda anak panah kosong pada sumbu x.

Gambar 2.11. Analisa torsi

Sudut puntir untuk batang bulat adalah (Harahap, 2000:68)

∅= TLGJ

………… ………………………………………… ………… (5 )

Dimana ∅=¿sudut puntir, rad

31

T=¿torsi, N.m

L=¿panjang, m

G=¿modulus kekakuan, N/m2 (Pa)

J=¿momen inersia sudut dari penampang, m4

Modulus kekakuan μ atau modulus geser adalah hubungan

deformasi di daerah elastik yang berbanding lurus dengan

tegangan geser τ atau puntir. E dan G adalah modulus elastik yang

penting dalam bahan teknik. Harga G memiliki hubungan dengan

E pada bahan isotropik yaitu (Saito dan Surdia, 1999: 8):

G= E2 (1+v )

…………………..…………………………………(6)

Keterangan, ν = perbandingan poisson, (0,33)

Momen puntir (torsi) dari daya motor penggerak adalah (Achmad,

1999:21) :

T=Nω

……………… ……………………………………… ……… (7 )

ω=2 πn60

……………………………………… …………………… (8 )

Dimana T=¿momen puntir (Nm)

N=¿daya (watt)

ω=¿ kecepatan sudut (rad/s)

32

n=¿ putaran motor (rpm)

Bila momen torsi T (Nm) dibebankan pada suatu poros

dengan diametes ds (m), maka tegangan puntir τ t (Nm) yang terjadi

adalah :

τ t=T

ds3

16

=5,1T

ds3

………………………………………… ……….. (9 )

Syarat perencanaan

τ t ≤ [ τ t ]

5,1T

ds3

≤ [τ t ]

Dimana [τ t ] adalah tegangan puntir yang diijinkan bahan.

4) Tegangan geser

Gaya normal F yang bekerja sejajar penempang dengan kondisi

seperti pada gambar 3.1. akan menimbulkan tegangan geser

langsung τ s (Achmad, 1999:18).

τ s=FA

… ………………………………………… ……………… (10 )

33

Gambar 2.12. Tegangan geser langsung

a) τ s=F

t .W b) τ s=

F2.t .W

……………………...(11)

Dimana

τ s=¿ tegangan geser (N/m2)

F=¿ gaya normal (N)

t=¿ tebal (m)

W =¿ lebar (m)

A=¿ luas penampang (m2)

5) Tegangan puntir dan lentur pada poros

Poros pada umumnya meneruskan daya melalui sabuk, roda

gigi dan rantai. Dengan demikian poros tersebut mendapat beban

puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros akan terjadi

tegangan geser karena momen puntir T dan tegangan tarik karena

momen lentur.

Besarnya tegangan gabungan antara tegangan puntir dan

tegangan lentur pada poros pejal adalah

34

τ maks=√σ x2+τ t

2 ………………………………………… …. (12 )

τ maks=√ (16 Mb )2

πd s3 +

(16 Mt )2

πds3 …………………………. …. (13 )

Syarat perencanaan

τ maks≤|τ|

√ (16 Mb )2

πds3 +

(16 Mt )2

πds3 ≤

σ y

2 N……… …………………………(14 )

Sehinggan besarnya diameter poros adalah

d s≥[ 10,2 Nσ y

√Mb2+Mt2]13 ……… ……………………… .. (15 )

Dimana

σ x = Tegangan bending (N/m2)

τ t = Tegangan puntir (N/m2)

σ y = Tegangan luluh (N/m2)

Mb = Momen bending (Nm)

Mt=¿ Momen torsi (Nm)

N=¿ Faktro keamanan

b. Kekuatan Luluh (Yield Strength)

Batasan elastik suatu logam yang berguna dalam keperluan

rekayasa adalah kekuatan luluh. Kekuatan luluh atau yield strength

adalah tegangan yang akan menghasilkan deformasi permanen dalam

35

jumlah kecil. Umumnya regangan yang dihasilkan sebesar 0,002

(Djaprie, 1990). Menurut Djaprie (1990), gambar 3 regangan

permanen yang terjadi adalah OC. Deformasi plastik suatu logam akan

muncul setelah melampaui batas elastiknya.

Gambar 2.13. Grafik tegangan-regangan

c. Kekerasan

Kekerasan bahan adalah sifat dasar dari logam setelah

kekuatan. Kekerasan didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan

untuk menahan pembebanan yang berupa goresan atau penekanan.

Untuk pengukuran kekerasan dengan penekanan dapat dilakukan

dengan pengujian Brinell (HB), Vicker (HV), dan Rockell skala C

(HRC).

d. Elastisitas

36

Elastisitas adalah kemampuan untuk kembali ke bentuk

semula setelah menerima beban yang mengakibatkan perubahan

bentuk. Sifat ini perlu diperhatikan dalam perancangan elemen mesin

karena jika beban melebihi batas elastisitasnya maka bahan akan

berubah bentuk serta melemahkan struktur atau turunnya kekuatan

bahan.

Menurut saito dan surdia (1999) deformasi di daerah elastik

merupakan sifat proporsional atau sebanding lurus dengan tegangan.

Hubungan lururs ini disebut modulus elastik dan dalam deformasi

memanjang disebut modulus elastik memanjang atau modulus young

yang dinyatakan dengan E (Saito dan Surdia, 1999:8).

E=σε

………… ………………………………………… ………… (16 )

ε= δllo

………………………………… ………………………… .. (17 )

Dimana

E=¿ modulus elastik (GPa)

ε=¿ regangan

σ=¿ tegangan (N/m2)

δl=¿ pertambahan panjang (m)

lo=¿ panjang mula-mula (m)

e. Kekakuan

37

Kekakuan bahan adalah ukuran dari kekampuan suatu bahan untuk

menahan perubahan bentuk atau deformasi bila bahan tersebut diberi

beban, kekakuan ini bisa didefinisikan sebagai modulus young dari suatu

bahan.

f. Plastisitas

Plastisitas adalah kemampuan dari suatu bahan padat untuk

mengalami perubahan bentuk tetap tanpa kerusakan. Perubahan bentuk

plastis ini hanya akan terjadi setelah melewati daerah elastis. Banyak

dari pengerjaan panas dan pengerjaan dingin tergantung pada

deformasi plastis (Rohyana, 1999:21). Biasanya plastisitas dari suatu

bahan akan bertambah bila suhunya naik. Oleh sebab itu banyak bahan

yang dikerjakan dengan menaikkan suhunya.

g. Kelelahan bahan.

Kelelahan bahan adalah kemampuan bahan untuk menerima

beban yang berganti-ganti dimana tegangan maksimum diberikan pada

setiap pembebanan (Rohyana, 1999:21). Pada kondisi ini bahan akan

rusak atau patah setelah berkali-kali menerima pembebanan atau

sebaliknya bahan mampu menahan beban. Sifat-sifat ini perlu

diperhatikan dalam pemilihan bahan untuk pembuatan elemen mesin,

karena sifat ini jika tidak dipenuhi akan menimbulkan kerugian yang

fatal.

38

7. Faktor Keamanan (Safety Factor)

Faktor keamanan n adalah faktor yang digunakan untuk

mengevaluasi keamanan dari suatu elemen mesin (Achmad, 1999: 3).

Analisis faktor keamanan banyak digunakan pada proses membandingkan

antara tegangan dengan kekuatan untuk menaksir angka keamanannya.

Cara menentukan faktor keamanan adalah (Harahap, 2000:13).

n=FpF

=σpσ ..........................................................................................(18)

Dimana, Fp = Beban yang diijinkan

F = Beban yang bekerja

σp = Tegangan yang diijinkan

σ = Tegangan yang bekerja

Menurut Achmad (1999), Berikut ini adalah rekomendasi nilai

faktor keamanan menurut P. Vidosic (tabel 2.3. ).

Tabel 2.3. Faktor keamanan berdasarkan tegangan luluh

No. Nilai keamanan, n Keterangan

1. 1,251,5 Untuk bahan yang sesuai dengan

penggunaan pada kondisi terkontrol dan

beban tegangan yang bekerja dapat

39

ditentukan dengan pasti.

2. 1,52,0

Untuk bahan yang sudah diketahui dan pada

kondisi lingkungan beban dan tegangan yang

tetap dan mudah ditentukan dengan mudah.

3. 2,02,5

Untuk bahan yang beroperasi pada

lingkungan biasa dan beban serta tegangan

dapat ditentukan.

4. 2,53,0

Untuk bahan getas di bawah kondisi,

lingkungan beban dan tegangan dapat

ditentukan.

5. 3,03,5

Untuk bahan belum diuji yang digunakan

pada kondisi lingkungan, beban dan

tegangan rata-rata atau untuk bahan yang

sudah diketahui baik yang bekerja pada

tegangan yang tidak pasti.

Elemen mesin dengan beban berulang, faktor ketetapan nomor 1

sampai 5 sudah sesuai, tetapi harus disalurkan pada batas ketahanan lelah

daripada kekuatan luluh bahan. Apabila elemen mesin dengan gaya kejut,

faktor keamanan yang sesuai adalah nomor 3 sampai 5 tetapi faktor kejut

termasuk dalam beban kejut.

40

8. Analisis Ekonomi

Analisis ekonomi merupakan salah satu bagian dari pertimbangan

dalam perencanaan sebuah produk yang berupa mesin. Pertimbangan

tersebut dipengaruhi oleh biaya-biaya yang dikeluarkan selama

menghasilkan produk.

a. Biaya

Biaya dalam arti luas adalah pengorbanan sumber ekonomi

yang diukur dalam satuan uang yang telah terjadi atau yang

kemungkinan akan terjadi untuk tujuan tertentu. Sedangkan biaya

dalam arti sempit adalah pengorbanan sumber ekonomi untuk

memperoleh aktiva (Mulyadi, 1993).

Biaya digolongkan dengan berbagai macam cara.

Penggolongan biaya ditentukan atas dasar tujuan yang hendak dicapai.

Biaya dapat digolongkan menurut :

1) Objek pengeluaran

Objek pengeluaran merupakan dasar penggolongan biaya.

Misalnya biaya gaji dan biaya asuransi.

2) Fungsi pokok dalam perusahaan

Biaya menurut fungsi pokok dalam perusahaan terbagi

menjadi tiga, yaitu: biaya produksi, biaya pemasaran, dan biaya

administrasi. Biaya produksi adalah biaya-biaya yang terjadi untuk

mengolah bahan baku menjadi produk jadi yang siap untuk dijual.

41

Contoh: biaya bahan baku, biaya karyawan, dan biaya bahan

penolong.

Biaya pemasaran adalah biaya-biaya yang terjadi untuk

melaksanakan kegiatan pemasaran produk. Contoh: biaya iklan,

biaya promosi, dan biaya angkutan. Sedangkan biaya administrasi

adalah biaya-biaya untuk mengkoordinasi kegiatan produksi dan

pemasaran produk. Contohnya biaya personalia, biaya akuntan,

dan biaya foto kopi.

3) Hubungan biaya dengan sesuatu yang dibiayai

Berdasarkan hubungannya, biaya dibagi menjadi dua

golongan, yakni biaya langsung dan biaya tidak langsung. Biaya

langsung adalah biaya yang terjadi dimana penyebab satu-satunya

karena ada sesuatu yang dibiayai. Biaya tidak langsung adalah

biaya yang terjadi tidak hanya disebabkan oleh sesuatu yang

dibiayai.

4) Perilaku dalam hubungannya dengan perubahan volume kegiatan

Berdasarkan perilaku dalam hubungannya dengan volume

kegiatan, biaya digolongkan menjadi empat, yaitu: biaya variabel,

biaya semivariabel, biaya semifixed, dan biaya tetap.

a) Biaya variabel adalah biaya yang jumlah totalnya berubah

sebanding dengan perubahan volume kegiatan.

42

b) Biaya semivariabel adalah biaya yang berubah tidak

sebanding dengan perubahan volume kegiatan.

c) Biaya semifixed adalah biaya yang tetap untuk tingkat volume

kegiatan tertentu dan berubah dengan jumlah yang konstan

pada volume produksi tertentu.

d) Biaya tetap atau fixed cost adalah biaya yang jumlah totalnya

tetap dalam kisar volume kegiatan tertentu.

5) Jangka waktu manfaatnya

Berdasarkan jangka waktu manfaatnya biaya dapat dibagi

menjadi dua, yaitu pengeluaran modal dan pengeluaran

pendapatan. Pengeluaran modal adalah biaya yang mempunyai

manfaat lebih dari satu periode akuntansi. Pada saat terjadi

dibebankan sebagai harga pokok aktiva. Sedangkan pengeluaran

pendapatan adalah biaya yang hanya mempunyai manfaat dalam

periode akuntansi terjadinya pengeluaran.

Pembuatan suatu produk terdapat dua kelompok biaya

yaitu biaya produksi dan biaya non produksi. Biaya produksi

merupakan biaya-biaya yang dikeluarkan dalam pengolahan bahan

baku menjadi produk. Sedangkan biaya non produksi seperti

pemasaran dan administrasi. Biaya produksi membentuk harga

pokok produksi yang digunakan untuk menghitung harga pokok

43

produk. Kemudian biaya non produksi ditambahkan pada harga

pokok produksi untuk menghitung total harga pokok produk.

b. Metode Penentuan Harga Pokok Produk Berdasarkan Pesanan

Penentuan harga pokok produk berdasarkan pesanan (full

costing) dilakukan dengan mengumpulkan biaya-biaya produksi

pesanan tertentu dan harga pokok produksi persatuan dihitung dengan

cara membagi total biaya produksi pesanan dengan jumlah satuan

produk pesanan yang bersangkutan.

Sebuah perusahaan dengan proses produksi berdasarkan

pesanan memulai proses produksi suatu produk berdasarkan

spesifikasi yang ditentukan oleh pemesan. Biaya produksi pesanan

yang satu dengan pesanan yang yang lain akan berbeda sesuai

keinginan dari pemesan. Harga jual yang dibebankan pada pemesan

sangat ditentukan oleh besarnya biaya produksi yang akan dikeluarkan

untuk memproduksi pesanan tertentu.

c. Neraca Ekonomi

Selain biaya-biaya yang akan dikeluarkan selama proses

pembuatan produk, dalam analisis ekonomi juga diperhitungkan

mengenai neraca ekonomi. Neraca ekonomi adalah suatu laporan yang

berisi kegiatan perusahaan yang dibuat dengan jangka waktu tertentu

44

(Machfoedz, 1987). Hal-hal yang terdapat dalam neraca perusahaan

antara lain BCR (Benefit Cost Ratio) dan BEP (Break Event Point).

1) BCR (Benefit Cost Ratio)

BCR atau Benefit Cost Ratio merupakan perbandingan

antara hasil yang dipresentasikan dengan biaya modal sebagai

indikator diterima atau tidaknya investasi yang dijalankan dalam

suatu usaha. BCR lebih dari satu maka investasi yang

ditanamkan menguntungkan (Saputro, 1993).

Menurut Budiono (1993), perhitungan BCR dapat dihitung

dengan rumus :

BCR= PenerimaanBiayaproduksi .....................................................................(19)

2) BEP (Break Event Point)

BEP atau Break Event Point adalah suatu keadaan dimana

penghasilan dari penjualan hanya cukup untuk menutup biaya baik

yang bersifat variabel maupun yang bersifat tetap atau hanya

mampu menutup biaya produksi dan biaya usaha yang diperlukan

dalam menjalankan kegiatannya. BEP menunjukkan jumlah laba

sama dengan nol atau jumlah penghasilan total sama dengan biaya

total (Partadiredja, 1996).

45

BEP bermanfaat untuk menetapkan penjualan minimal

yang harus dipertahankan agar tidak rugi dalam menjalankan

kegiatan produksi dalam biaya tetap maupun biaya variabel

tertentu (Saputra, 2000). Perhitungan BEP dapat dilakukan dengan

rumus :

BEP= TFC

1−TVCTR ................................................................................(20)

Dimana: TFC = Total Fixed Cost

TVC = Total Variable Cost

TR = Total Revenue (Pendapatan)

d. Pendapatan

Berdasarkan produk yang terjual, diperoleh pendapatan.

Pendapatan merupakan selisih antara output (penerimaan) yang

diperoleh dari penjualan hasil produksi dengan input (biaya) yang

dikeluarkan untuk menghasilkan suatu produk (Adisaputro, 1993).

Menurut Budiono (1993), jumlah pendapatan yang diterima

oleh perusahaan dapat dirumuskan sebagai berikut :

Pendapatan = Total output – total input ……………………………(21)

46

Pendapatan merupakan selisih antara output (penerimaan) yang

diperoleh dari penjualan hasil produksi dengan input (biaya) yang

dikeluarkan untuk menghasilkan suatu produk (Saputra, 2000).

Pendapatan sangat dipengaruhi oleh input dan output. Input

merupakan faktor yang dapat digunakan untuk menghasilkan sebuah

produk yang dapat memuaskan kebutuhan atau keinginan manusia.

Sedangkan output adadalah hasil produksi total sumber daya yang

digunakan dalam usaha ekonomi.

B. Tuntutan Sand Mixer Machine dari Sisi Calon Pengguna

Pengembangan teknis suatu desain merupakan salah satu syarat utama

keberhasilan sebuah produk dalam memenuhi kebutuhan konsumen. Upaya

tersebut memerlukan beberapa langkah konstruktif (Budiman, dan Priambodo,

1999) yaitu:

1. Produksi perdana. Memenuhi target yang telah ditentukan.

2. Pengembangan lanjut. Eliminasi hambatan, kesempurnaan,

kesederhanaan, dan penurunan harga dari hasil desain.

3. Penyesuaian hasil desain untuk penerapan di bidang khusus dan

pengembangan produksi khusus.

4. Spesifikasi khusus. Menentukan ukuran tertentu, bentuk dan daya tahan

khusus, jika hal ini belum dilakukan dalam langkah terdahulu.

47

5. Memproduksi dengan cara lain atau bahan lain.

6. Hasil desain yang lebih bermutu.

Berdasarkan uraian di atas langkah awal proses perencanaan yang

perlu dilakukan adalah mempelajari syarat-syarat dan spesifikasi tugas secara

detail. Sebagian besar masalah atau kegagalan desain disebabkan karena

kurang jelasnya kriteria tuntutan pemakai dan kaburnya definisi tugas yang

harus dipenuhi. Sedangkan alasan utama penolakan desain dari konsumen

adalah faktor investasi atau ekonomi yang tidak sepadan. Oleh karena itu,

diperlukan formula khusus sebagai langkah awal pengembangan desain

dengan mempelajari tuntutan produk dari pemakai

Inti perancangan Sand Mixer Machine didasarkan pada pembuatan

konstruksi dan sistem transmisi yang sederhana. Mesin ini diharapkan mampu

melaksanakan proses pencampuran dan penggilingan dengan waktu kurang

lebih 10 menit dan kapasitas 10-15 kg. Pada saat proses pencampuran dan

penggilingan, pasir yang sedang dikerjakan ada kalanya memerlukan

campuran dari air. Hal tersebut dilakukan untuk meningkatkan sifat adhesi

dari pasir tersebut sehingga mudah untuk diolah. Sand Mixer dibuat dengan

kontruksi yang kokoh, indikator jelas, aman dan efisien.

Proses produksi Sand Mixer Machine mudah dan cepat dikerjakan

dengan ketersediaan mesin produksi yang ada. Berdasarkan tuntutan diatas,

diharapkan mesin ini dapat beroperasi sesuai standar yang diminta, biaya

48

pembuatan yang ekonomis, mudah dibuat, proses perakitan dan penggantian

suku cadang mudah.

Berdasarkan keterangan dan penjelasan terkait dengan produk Sand

Mixer Machine untuk produksi pengolahan pasir cetak dapat digambarkan

spesifikasi mesin yang dibutuhkan.

Table 2.4. Pertimbangan Perancangan Sand Mixer Machine

No. Pertimbangan Perancangan

Persyaratan Tingkat Kebutuhan

1. Energi a. Menggunakan tenaga motor

listrik

b. Dapat diganti dengan penggerak

lain atau gabungan

D

W

2. Kinematika a. Mekanisme mudah beroperasi

b. Menggunakan reduktor untuk

mengurangi putaran motor

D

D

3. Gaya a. Mempunyai gaya putar (couple)

untuk memutarkan rol

b. Mempunyai gaya tekan dan

geser untuk mengolah pasir

D

W

4. Geometri a. Panjang berkisar 64,5 cm

b. Lebar berkisar 64,5 cm

c. Tinggi berkisar 85,5 cm

D

D

D

5. Material a. Mudah didapat D

49

b. Murah harganya

c. Baik mutunya

d. Tahan terhadap gaya puntir,

tekan dan geser

e. Sesuai dengan standar umum

f. Memiliki umur pakai yang

panjang

D

D

D

D

D

6. Ergonomi a. Sesuai dengan kebutuhan

b. Mudah untuk dipindahkan

c. Tidak bising

d. Mudah dioperasikan

D

D

D

D

7. Sinyal a. Petunjuk pengoperasian mudah

b. Petunjuk pengoperasian dalam

dua bahasa yaitu bahasa

Indonesia dan bahasa inggris

D

D

8. Keselamatan Kontruksi harus kokoh D

Keterangan:

1. Keharusan/demands (D), yaitu syarat mutlak yang harus dimiliki mesin

(jika tidak terpenuhi maka mesin merupakan solusi yang tidak diterima).

2. Keinginan/wishes (W), yaitu syarat yang masih dipertimbangkan

keberadaanya agar dapat memaksimalkan kerja dari mesin yang

dirancang.

50

C. Analsisis Morfologis Sand Mixer Machine

Analsisis morfologis dibuat sebagai pertimbangan cara sistematis

untuk memilih komponen dan mekasnime mesin yang terbaik sehingga

pencarian alternatif penyelesaian maslah lebih tersetruktur. Pilihan akhir

nantinya didasarkan atas pokok-pokok utama perancangan.

Pokok-pokok tersebut meliputi; fungsi mesin yang dapat diandalkan,

produksi mesin mudah, biaya produksi mesin rendah, dan bahan material

mudah didapat. Analisis morfologis dalam merancang sand mixer machine

ditunjukkan dalam matrik table 2.5.

Table 2.5. Matriks morfologi sand mixer machine

No. Varabel Varian

A B C

1. Sumber Tenaga

Penggerak

Motor listrik

Manual/tenaga manusia Motor diesel

2. Sistem Transmisi

Belt dan pulley Sprocket dan rantai

Speed reducer

51

3. Bahan Rangka

Kanal UNP Profil Siku Pipa

4. Upper Foundatio

n

Plat baja 5 mm Plat 7 mmPlat 10 mm

5. Heawy Wheel ( Rol )

Rangakaian Pipa dan Plat Baja

Elevator Pulley

hasil coran

6. Bahan Setting Tools

Profil SikuBaja pejal

Gabungan antara profil siku dan baja

pejal

7. Bahan casing

Plat eyser Plastic Triplek

8. Tabung

52

D. Gambaran Sand Mixer Machine

Berdasarkan beberapa pilihan dan solusi dari hasil analisis morfologi

di atas, serta dari tuntutan calon pengguna serta hasil identifiksi produk

sebelumnya digunakan untuk memberikan gambaran bentuk dari sand mixer

machine. Gambaran bentuk dari sand mixer machine dapat dilihat pada

gambar 2.14.

Gambar 2.14. Bagian-bagian Sand Mixer Machine

53

Keterangan:

1. Rangka 6. Setting Tools 11. Tabung

2. Motor listrik 7. Arm 12. Penguat Tabung

3. Speed Reducer 8. Heavy Wheel 13. Pintu Keluaran

4. Kopel 9. Pengeruk 14. Pengunci Tabung

5. Main Shaft 10. Holder 15. Tempat Sakelar