PROYEK PERANCANGAN IV RANCANG BANGUN MESIN PEMBUAT BIJIH PLASTIK DARI LIMBAH PLASTIK SKALA 5 KG/JAM DI KOPERASI BANGKIT BERSAMA DESA CIHAMPELAS, JAWA BARAT
Design Design & constr constr ucti on of m achin e plasti plasti c pell pell et maker f r om plastic plastic waste waste with 5 Kg/h our capacity capacity at Ban gkit Bersama Bersama Coop in Cih ampelas ampelas vil vil lage, lage, Wes West Java
Oleh Furqanuddin (131234013) Mohammad Rizwan (131234020)
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2017
ABSTRAK Permasalahan lingkungan semakin luas saat ini, salah satu bukti nyatanya yaitu tercemarnya sungai dikota-kota besar oleh limbah-limbah plastik dari masyarakat dan industri sekitar. Seiring dengan hal itu maka diperlukan adanya pencegahan dan penanggulangan permasalahan lingkungan yang sedang dihadapi ini. Untuk mengurangi pencemaran tersebut cara yang paling mudah adalah menyadarkan warga sekitar agar dapat memanfaatkan limbah-limbah plastik tersebut menjadi pundi-pundi uang yang dapat mereka dapatkan secara gratis. Untuk menunjang rencana tersebut maka diambillah studi kasus pada Sungai Citarum dengan dominasi pencemaran limbah berupa botol plastik bekas air mineral. Untuk dapat membuat botol plastik tersebut menjadi lebih bernilai maka salah satu jalannya adalah mendaur ulangnya menjadi bijih plastik kemudian dijual kepada pabrik-pabrik yang menerima m enerima bijih plastik tersebut. Maka dirancanglah sebuah mesin yang dapat mengolah limbah botol plastik dengan masukan berupa cacahan plastik menjadi bijih-bijih plastik yang siap dipakai pada industri manufaktur produk plastik. Alat ini direncanakan dapat beroperasi dengan kapasitas 5 Kg/jam dengan hasil akhir berupa bijih plastik dengan ketebalan 2-3 mm dan diameter 4 mm. Rancang bangun alat ini bertujuan untuk mengurangi limbah-limbah botol plastik yang dibuang ke Sungai Citarum baik secara langsung ataupun tidak langsung. Secara langsung yaitu limbah plastik yang sudah berceceran di Citarum akan didaur ulang dengan alat ini, sedangkan secara tidak langsung yaitu masyarakat sekitar yang biasanya membuang botol plastik ke sungai akan berpikir kembali karena botol-botol tersebut dapat didaur ulang menggunakan alat yang akan dirancang ini sehingga limbah botol tersebut dapat mendatangkan pundi-pundi rupiah bagi mereka.
Kata kunci : botol plastik, bijih plastik, rancang bangun.
ii
KATA PENGANTAR Pujian bagi allah tuhan semesta alam penulis panjatkan karenanya telah memberikan rahmat yang sangat luas sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan proyek perancangan IV dengan dengan judul “R ancang ancang Bangun Mesin Pembuat Bijih Plastik Dari Limbah Plastik Skala 5 Kg/Jam Di Koperasi Bangkit Bersama Desa Cihampelas, Jawa Barat”. Barat”. Dalam penyusunan laporan ini, penulis banyak menerima bantuan berupa bimbingan dan pengarahan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Hariyanto 2. Bapak Undiana Bambang 3. Bapak Angki Apriliandi 4. Bapak Aris Suryadi 5. Teknisi bengkel pemesinan dan fabrikasi Politeknik Negeri Bandung 6. Teman-teman Program Studi D-4 Teknik Perancangan dan Konstruksi Mesin angkatan 2013 7. Pihak lain yang turut membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung Penulis menyadari bahwa laporan ini masih terdapat beberapa hal yang perlu direvisi. Oleh karena itu penulis sangat berharap adanya kritik dan saran guna menyempurnakan laporan ini. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri dan bagi semua pihak yang membutuhkan.
Bandung, 10 Januari 2017
Penulissdsdsdsd Penulissdsdsdsd
iii
DAFTAR ISI ABSTRAK .............................................................................................................. ii KATA PENGANTAR ................................................ ............................................ iii DAFTAR ISI ........................................................................................ .................. iv DAFTAR GAMBAR .................................................. ........................................... vii DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix MERENCANA............................................................... ......................... I-1 1.1
Latar belakang masalah ........................................................................ I-1
1.2
Perumusan Masalah ............................................................. ................. I-2
1.3
Tujuan penelitian ............................................... ................................... I-2 II-1TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI .................... II-1
2.1
2.2
Tinjauan pustaka ................................................................................. II-1 2.1.1
Hasil-hasil penelitian terkait limbah plastik ......................... II-1
2.1.2
Mesin komersial pengolah limbah plastik PET (ekstrusi) .... II-3
Landasan Teori ................................................................................... II-6 2.2.1
Karakteristik material plastik (PET, PP) ......................... ..... II-6
2.2.2
Metode pembuatan bijih plastik (pellet) ............................... II-7
2.2.3
Puli dan sabuk ............................................... ...................... II-13
2.2.4
Bantalan ( Bearing).............................................................. II-15
III-1 METODA DAN PROSES PENYELESAIAN .............................. III-1 3.1
Metodologi ................................................. ........................................ III-1
3.2
Perencanaan ............................................... ........................................ III-2 3.2.1
Penjelasan fungsi alat .......................................................... III-2
3.2.2
Penjelasan Pengoperasian Alat ............................................ III-2
iv
3.3
3.4
3.2.3
Kajian Kebutuhan/Kecenderungan Pasar/Pengguna ........... III-3
3.2.4
Kajian Produk Sejenis...................................................... .... III-7
3.2.5
Kajian Paten/Hasil Riset ...................................................... III-8
3.2.6
Kajian Dampak Lingkungan .............................................. III-13
3.2.7
Daftar tuntutan .............................................. ..................... III-14
Perancangan Konsep ................................................... ..................... III-14 3.3.1
Fungsi Utama/Keseluruhan ............................................... III-15
3.3.2
Fungsi Bagian .................................................................... III-15
3.3.3
Kotak Morfologi ................................................................ III-17
3.3.4
Variasi konsep rancangan .................................................. III-19
3.3.5
Penilaian Kriteria Alternatif Konsep Desain ..................... III-27
Perancangan Detil .............................................. .............................. III-35 3.4.1
Pemanfaatan atau Pemilihan Elemen Mesin Standar ........ III-36
3.4.2
Perhitungan komponen mesin tidak standar ...................... III-50
3.4.3
Fungsi Kontrol dan Kendali............................................... III-55
3.4.4
Aspek Perawatan ............................................................... III-58
3.4.5
Aspek Ergonomi dan Estetika ........................................... III-59
3.4.6
Aspek Manufaktur ................................ ............................. III-61
3.4.7
Aspek ekonomi .................................................................. III-65
3.4.8
Gambar susunan model detail............................................ III-69
IV-1DOKUMENTASI ..................................................................... .... IV-1 4.1
Bill of material ................................................... ................................ IV-1
4.2
Gambar Kerja ..................................................................................... IV-2 4.2.1
Gambar Susunan Total ................................. ....................... IV-2
v
4.2.2
Gambar Susunan Rangka ................................................. .... IV-2
4.2.3
Gambar Susunan Screw Conveyor ...................................... IV-3
4.2.4
Gambar Susunan Hopper ................................................. .... IV-4
4.3
Prosedur operasi manual .................................................................... IV-4
4.4
Prinsip Kerja Alat .............................................................................. IV-5
4.5
Spesifikasi Alat .................................................................................. IV-5 V-1HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. ..... V-1
5.1
Hasil Rakitan ....................................................................................... V-1 5.1.1
Rakitan Elektrikal ............................................................ ..... V-1
5.1.2
Rakitan Mekanikal ................................................. ............... V-2
5.2
Metode Pengujian .............................................. ................................. V-3
5.3
Peralatan Pengujian ............................................................................. V-3
5.4
Proses Pengujian .................................................................. ............... V-5
5.5
Hasil Pengujian dan Analisa ................................................ ............... V-6 5.5.1
Pengujian Mekanisme ........................................................... V-6
5.5.2
Pengujian kontrol Alat .......................................................... V-8
5.5.3
Pengujian Hasil Produk yang Dibuat .................................... V-9
VI-1KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... VI-1 6.1
Kesimpulan ......................................................... ............................... VI-1
6.2
Saran .................................................................................................VI-1
DAFTAR PUSTAKA ................................................. ...................................... VI-13
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar II-1 Mesin pengolah limbah plastik polystyrene-styrofoam ...................... II-1 Gambar II-2 Hasil rakitan mesin dan hasil padatan .................................................. II-2 Gambar II-3 Hasil rakitan alat pemisah kepala botol untuk proses daur ulang ........ II-3 Gambar II-4 Mesin skala laboratotium ............................................................... ...... II-4 Gambar II-5 Mesin pencetak plastik sederhana .................................................. ...... II-4 Gambar II-6 Mesin injeksi kapasitas industri kecil............................................. ...... II-5 Gambar II-7 Fisik mesin pembuat pellet plastik ................................................. ...... II-6 Gambar II-8 Pelletizing process ............................................................................... II-7 Gambar II-9 Sketsa barrel dan nozel ............................................... ....................... II-11 Gambar II-10 Penerapan hukum bernoulli pada barrel dan nozel.......................... II-12 Gambar III-1 Sungai Citarum dengan limbah plastik dan eceng gondok ................ III-4 Gambar III-2 Paten Tony E Branscum .................................................................... III-8 Gambar III-3 Paten Soo-II Lee ................................................................................ III-9 Gambar III-4 Paten Froedge Don T ....................................................................... III-10 Gambar III-5 Konsep desain 1 ............................................................................... III-19 Gambar III-6 Konsep desain 2 ............................................................................... III-21 Gambar III-7 Konsep desain 3 ............................................................................... III-23 Gambar III-8 Konsep desain 4 ............................................................................... III-24 Gambar III-9 Konsep desain 5 ............................................................................... III-25 Gambar III-10 Konsep desain 6 ............................................................................. III-26 Gambar III-11 Konsep terpilih ................................................ ............................... III-34 Gambar III-12 Diagram Alir Perhitungan ................................................. ............. III-35 Gambar III-13 Screw Design CEMC ..................................................................... III-37 Gambar III-14 Sketsa barrel dan nozel .................................................................. III-41 Gambar III-15 Hukum bernoulli pada barrel dan nozel ........................................ III-43 Gambar III-16 Perhitungan poros .......................................................................... III-47 Gambar III-17 Perhitungan bearing .......................................................... ............. III-48 Gambar III-18 Asumsi perhitungan kalor pada barrel .......................................... III-50
vii
Gambar III-19 Luas sisi depan trapesium hopper .................................................. III-54 Gambar III-20 Dimensi hopper ............................................... ............................... III-54 Gambar III-21 Gambar skema closed loop ......................................................... ... III-56 Gambar III-22 Perubahan gambar rancangan barrel ............................................. III-62 Gambar III-23 Perubahan gambar rancangan hopper ......................................... ... III-63 Gambar III-24 Dudukan berupa profil ................................................................... III-64 Gambar III-25 Perubahan gambar rancangan mounting barrel ............................. III-64 Gambar III-26 gambar rancangan nozel ................................................... ............. III-65 Gambar III-27 Gambar susunan .............................................. ............................... III-69 Gambar IV-2 Gambar Susunan Rangka .................................................................. IV-3 Gambar IV-3 Gambar Susunan Screw Conveyor ................................................... IV-3 Gambar IV-4 Gambar Susunan Hopper .................................................................. IV-4 Gambar V-1 Rangkaian Kelistrikan ................................................. ......................... V-1 Gambar V-2 Skematik Diagram Kelistrikan ............................................................. V-2 Gambar V-3 Rakitan Mekanikal ...................................................... ......................... V-3 Gambar V-4 Kopling Poros Gearbox-Motor ............................................ ................ V-7 Gambar V-5 Kopling Poros Gearbox-Screw conveyor ............................................. V-7 Gambar V-6 Panel kontrol ................................................................ ........................ V-8 Gambar V-7 Hasil ektrusi ......................................................................... ................ V-9
viii
DAFTAR TABEL Tabel I-1 Thermal & mechanical properties material .............................................. II-7 Tabel II-2 Perhitungan ball bearing ................................................. ....................... II-16 Tabel III-1 Produk dari limbah plastik ................................................................... III-13 Tabel III-2 Kotak Morfologi .................................................................................. III-17 Tabel III-3 Perbandingan antar aspek ..................................... ............................... III-27 Tabel III-4 Penjelasan aspek-aspek .................................................. ...................... III-29 Tabel III-5 Pemberian nilai kriteria tiap variasi konsep......................................... III-32 Tabel III-6 Penilaian akhir variasi konsep ....................................... ...................... III-33 Tabel III-7 Bill of Standard Material ............................................... ...................... III-67 Tabel III-9 Penjelasan part ..................................................................................... III-70
ix
MERENCANA
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang masalah Plastik merupakan material utama yang sangat sering digunakan didalam peralatan kebutuhan sehari-hari mulai dari bermacam-macam jenis packaging hingga perabotan-perabotan yang biasa dipergunakan didalam rumah maupun furniture pada automobile. Karena penggunaannya yang sangat banyak dimasyarakat, sering kali limbah hasil penggunaan tersebut terbuang begitu saja dan tidak semua dapat dimanfaatkan. Hal ini akan mengakibatkan penumpukan sampah plastik yang akan mencemari lingkungan sekitar. Plastik akan terurai sendirinya dengan kurun waktu yang sangat lama yaitu 100 tahun atau bahkan beberapa jenis plastik tertentu dapat bertahan selamanya menurut hasil riset yang ada. Salah satu lokasi yang terkena dampak ini yaitu daerah sungai citarum tepatnya pada Desa Cihampelas, Batujajar Kabupaten Bandung Barat di Provinsi Jawa Barat. Hampir setiap bulan sampah dapat mengaliri sungai tersebut sebanyak 80 ton mulai dari sampah organik maupun non organik. Pencemaran organik biasanya didominasi oleh tanaman eceng gondok yang tumbuh secara liar dan sangat luas, sedangkan pencemaran anorganik didominasi oleh limbah-limbah material plastik dengan berbagai jenis dan ukuran. Penumpukan sampah tersebut mengakibatkan banyak hal-hal buruk seperti banjir dan pendangkalan sungai serta mulai tumbuhnya tanaman eceng gondok yang seluas 72 hektar pada sungai citarum tersebut. Dengan dampak lingkungan yang diakibatkan dari pencemaran oleh produk bekas plastik tersebutlah maka masyarakat atau pengguna produk plastik itu sendiri yang sudah harus mulai peduli dengan lingkungannya sendiri. Salah satu wujud nyata dari kepedulian ini yaitu pada koperasi bangkit bersama yang diketuai dan dirintis oleh seorang sarjana jurusan matematika di perguruan tinggi UNPAD. Beliau adalah Pak
I-1
Indra Darmawan, yang bersama-sama dengan masyarakat sekitar citarum dan beberapa aktifis lingkungan saling membangun dan memberdayakan melalui limbah sampah yang ada disekitar waduk saguling dan Sungai Citarum. Di dalam merintis koperasi tersebut sungguh bukan hal yang mudah, banyak rintangan yang harus diselesaikan contohnya kurangnya partisipasi dan antusiasme dari masyarakat sekitar yang hanya menganggap limbah di Sungai Citarum dengan sebelah mata. Seiring berjalannya waktu, wujud nyata kepedulian mereka yaitu dengan melakukan pengolahan limbahlimbah yang ada di Sungai Citarum salah satunya material plastik berupa botol-botol, kantong plastik, ember dll. Untuk saat ini, ada beberapa proses yang dilakukan oleh Koperasi Bangkit Bersama dalam mengolah limbah tersebut. Tahap pertama yaitu mulai memisahkan jenis plastik dan ukurannya, kemudian membersihkan semua halhal yang bukan material plastik yang diinginkan didalamnya, lalu akan dijemur beberapa hari dan terakhir yaitu proses pencacahan plastik yang akan dijual seharga Rp 11.000/Kg.
1.2 Perumusan Masalah Perumusan masalah dari kegiatan proyek perancangan ini diantaranya : Bagaimana
cara
membuat
masyarakat
tertarik
untuk
memperhatikan
dan
mengolah/mendaur ulang potensi limbah plastik pada Sungai Citarum? 1) Bagaimana cara meningkatkan taraf hidup masyarakat sekitar Sungai Citarum dengan mengolah limbah yang ada? 2) Bagaimana merancang dan membuat mesin pengolah limbah plastik skalahome industry?
1.3 Tujuan penelitian 1) Mengatasi permasalahan mengenai pengolahan limbah plastik pada Desa Cihampelas di bantaran Sungai Citarum. 2) Membuat rancangan mesin pengolah limbah plastik kapasitas 5 Kg/jam 3) Membuat prototipe mesin pengolah limbah plastik kapasitas 5 Kg/jam
I-2
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1
Tinjauan pustaka
2.1.1 Hasil-hasil penelitian terkait limbah plastik Penelitian terkait limbah beberapa jenis plastik pernah dilakukan sebelumnya pada tahun 2011 oleh Herdiyadi mahasiswa Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung yang disertakan dalam perlombaan PKM-T dengan judul “Prototipe Mesin Pengolah Limbah Styrofoam Menjadi Bahan Baku Produk Berbahan Plastik yang Ramah Lingkungan”. Prinsip kerja pada mesin ini yaitu menggunakan energi panas yang didapat dari gas LPG untuk mencairkan limbah plastik jenis polystyrene (PS) atau lebih dikenal dengan styrofoam sehingga menjadi cairan yang ditampung disebuah wadah. Pada proses ini, ketika styrofoam dipanaskan maka dihasilkan gas beracun yang harus dinetralisasikan salah satu caranya dengan menggunakan air pada hasil gas buang dari reaksi tersebut. Namun demikian, tidak semua gas beracun dapat terdisipasi oleh air dan kalaupun terdisipasi dan bereaksi bersama air maka air tersebut akan terkontaminasi dengan gas beracun didalamnya sehingga menimbulkan limbah berupa air yang mengandung gas beracun tersebut.
Gambar II-1 Mesin pengolah limbah plastik polystyrene-styrofoam (Herdiyadi: 2011)
II-1
Kemudian penelitian tentang pengolahan limbah plastik jenis styrofoam ini disempurnakan oleh mahasiswa D4 Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung be rnama Pujiwara Pangestu Iskandar yang membuat mesin pengolah limbah styrofoam kapasitas 5 Kg/jam dengan metode ekstrusi sebagai judul tugas akhirnya. Mesin tersebut memiliki prinsip kerja memadatkan limbah styrofoam dengan cara proses ekstrusi, yaitu melalui proses pelelehan styrofoam menuju suatu lubang dice sehingga hasil akhir berupa padatan styrofoam yang memiliki densitas jauh lebih besar dibandingkan styrofoam yang biasa dipergunakan.
Gambar II-2 Hasil rakitan mesin dan hasil padatan styrofoam melalui proses ekstrusi Dalam hasil pengujian terakhir, kapasitas akhir dari spesifikasi mesin yang sudah dibuat yaitu hanya dapat mencapai 3,4 Kg/jam yang seharusnya 5 Kg/jam karena sesuai daftar tuntutan yang telah dijelaskan. Penelitian selanjutnya yaitu tentang pemisahan kepala botol air mineral untuk keperluan daur ulang pada proses yang lebih lanjut. Tema ini diajukan oleh Erwin Kusuma sebagai tugas akhir dari Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung. Alat ini diperuntukkan hanya untuk memisahkan kepala botol dengan kapasitas akhir 545 botol/jam agar memudahkan proses daur ulang karena secara komp osisi dan tebal, kepala botol minuman biasanya memiliki sifat yang lebih keras dan lebih tebal dibandingkan dengan badannya. Hal ini dimanfaatkan untuk mendapatkan efisiensi ketika proses pemanasan ekstrusi dilakukan.
II-2
Gambar II-3 Hasil rakitan alat pemisah kepala botol un tuk proses daur ulang
2.1.2 Mesin komersial pengolah limbah plastik PET (ekstrusi) Pengetahuan tentang adanya produk sejenis yang sedang diproduksi dan dipakai oleh masyarakat luar sangat diperlukan untuk memberikan pandangan, mengembangkan ide, menambah wawasan tentang fungsi bagian agar dapat menyelesaikan permasalahan yang terjadi secara keseluruhan. Beberapa mesin pengolah limbah sudah banyak diproduksi dan dipakai diberbagai kalangan masyarakat, terutama umumnya pada perusahan atau industri pengolah limbah plastik dengan skala menengah hingga besar. Adapun mesin dengan skala kecil akan sulit ditemui dan dijual dipasaran, namun biasa ditemui pada koperasi-koperasi dan komunitas pengolah limbah yang biasanya mendapat bantuan dari pemerintah ataupun mesin tersebut dirakit sendiri oleh warga setempatnya. 1.
TSH-20 Laboratory Scale Twin-screw Extrusion Machine
II-3
Gambar II-4 Mesin skala laboratotium TSE-20 dibuat oleh Haisi Extrusion Equipment Co., Ltd. Yang terletak di Nanjing, China. Mesin ini akan ditujukan untuk skala laboratorium sebagai sarana penelitian bagi yang memerlukan beberapa data seputar proses ekstrusi. Mesin ini beroperasi pada daya 5,5 Kw dengan torsi 43 Nm. Memiliki besar diameter screw 22 mm dan kapasitas produksi 1-10 Kg/jam dan dilengkapi dengan sistem pendinginan berupa bak air. 2.
Mesin pencetakan plastik daur ulang sistem injeksi skala rumahan
Gambar II-5 Mesin pencetak plastik sederhana Alat ini menggunakan sistem yang sederhana atau semi manual untuk proses ekstrusi, yaitu
masih
menggunakan
tuas-tuas
pendorong
untuk
sistem
ektrudernya.
Kesederhanaan ini dipakai karena mesin ini digunakan untuk skala home industry (skala rumah) yang memerlukan kapasitas produksi yang tidak besar sekitar 2-4
II-4
Kg/jam. Sistem pemanasnya pun hanya menggunakan api dari gas LPG dan penggerak lain masih menggunakan tenaga manusia. Hal ini merupakan disatu sisi adalah keuntungan dengan tidak menggunakan energi listrik sebagai penggerak dan sumber energi utama, sehingga tidak perlu biaya pembuatan dan operasional untuk pemakaian listrik dan komponen-komponennya, namun disisi lain ini adalah suatu kelemahan karena harus tetap menggunakan tenaga manusia yang banyak kelemahan dan keterbatasannya.
3.
Mesin injeksi plastik skala industri kecil (PKM)
Gambar II-6 Mesin injeksi kapasitas industri kecil Mesin ini dirancang oleh beberapa orang mahasiswa politeknik yang sedang melakukan penelitian dan pengabdian masyarakat tentang pengolahan limbah plastik melalui proses injeksi dengan berkapasitas industri kecil. Penggerak motor bertenaga ½ HP, dengan kapasitas injeksi 19600 mm3, pemanas menggunakan 3 heater dia. 35X850 mm daya 500W dan untuk mengoperasikannya memakai listrik PLN (220V). 4.
TSH-75 Degradable Pellet Making Twin Screw Extruder Machine
II-5
Gambar II-7 Fisik mesin pembuat pellet plastik Prinsip kerja mesin ini adalah ekstrusi plastik kemudian plastik didinginkan lalu dipotong-potong sehingga menjadi butiran-butiran plastik dengan ukuran kecil atau yang biasa disebut pellet. Mesin memiliki dimater screw sebesar 41 mm, kecepatan putaran 600 rpm, menggunakan daya 55 Kw, dan kapasitas produksi dapat mencapai 150-220 Kg/jam.
2.2
Landasan Teori Pada subbab ini akan membahas penjabaran dan lanjutan dari tinjauan
pustaka sebagai acuan untuk memecahkan masalah dan untuk merumuskan hipotesis yang berisi tentang uraian kualitatif, model matematis, atau persamaan-persamaan yang berkaitan dengan bidang pengolahan limbah plastik jenis PP, PET atau LDPE yang akan diteliti.
2.2.1 Karakteristik material plastik (PET, PP) Untuk dapat menentukan spesifikasi peralatan standar yang akan digunakan pada alat seperti elemen pemanas, screw conveyor maka diperlukan data karakteristik plastik PET ataupun PP yang direncanakan akan menjadi bahan baku pengolahan limbah plastik menjadi biji plastik pada alat ini. Data yang dicantumkan pada tabel dibawah adalah data yang akan digunakan pada proses perhitungan selanjutnya.
II-6
Tabel I-1 Thermal & mechanical properties material
2.2.2
No
Karakteristik
PET
PP
1
Kalor jenis (kJ/kgK)
1,2 - 1,3
1,1
2
Densitas (Kg/m3)
1.455
946
3
Suhu leleh (oC)
100-150
90-150
Metode pembuatan bijih plastik (pellet)
Bijih plastik merupakan bahan baku setengah jadi untuk membuat beberapa produk plastik yang biasa digunakan sehari-hari. Bijih plastik sendiri dapat berupa murni bijih plastik yang disintesis dari bahan kimia ataupun dapat berupa pengolahan kembali limbah plastik sehingga dibentuk menjadi bijih plastik agar dapat digunakan kembali. Seluruh proses pembuatan yang menghasilkan hasil akhir berupa potongan potongan padatan plastik dengan dimensi yang seragam disebut pelletizing process. Proses pembuatan bijih plastik dapat dilihat pada gambar dibawah berikut ini.
Gambar II-8 Pelletizing process 1) Proses penampungan Bagian yang menunjukkan no 1 adalah suatu wadah yang berbentuk kerucut dengan sisi atas dan bawah yang terbuka. Bagian ini dipergunakan untuk menampung bahan baku untuk membuat bijih plastik yaitu berupa cacahan
II-7
plastik. Bak penampungan atau biasa disebut hopper perlu didefinisikan berapa besar volumenya sesuai dengan kapasitas mesin. Prinsip ini bertujuan untuk agar pengisian ulang hopper nantinya terprediksi dan teratur serta perlu dihindari pengisian hopper yang terlalu sering dikarenakan volumenya terlalu kecil dibandingkan dengan kapasitas kerja dari mesin. Perhitungan perenca naan volume hopper didapat dari perbandingan pengisian ulang hopper dalam sehari terhadap banyaknya kapasitas produksi yang direncanakan dalam satu hari pula. 2) Screw extruder Bagian ini berfungsi untuk mendorong dan membawa cacahan plastik yang berada pada daerah penampung agar berpindah ke daerah didepannya untuk proses berikutnya. Screw extruder memiliki 3 prinsip kerja yaitu pada bagian masuk ( feed section), bagian pencairan (melt section), bagian akhir (metering section). Untuk menentukan spesifikasi dimensi dari screw extruder dapat menggunakan perumusan standar yang sudah disediakan pada handbook CEMA- screw conveyor . Untuk menentukan kapasitas screw conveyor dapat dilihat pada persamaan dibawah ini. (CEMA- screw conveyor , 1971:25).
Dimana
ft)
C
: Kapasitas screw conveyor (
Ds
: Diameter screw conveyor (inchi)
Dp
: Diameter poros screw (inchi)
P
: Pitch (inchi)
K
: Persentase dari pembebanan tabung (%)
II-8
Kecepatan screw conveyor dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini.
N = Dimana :
N : Kecepatan dari putaran poros screw (rpm) Perhitungan daya untuk memutar screw conveyor Perhitungan daya didapat dari penjumlahan daya total dari gesekan screw conveyor (HPf) dan daya untuk memindahakan material (HPm). Untuk menghitung daya dari gesekan screw conveyor (HPf) menggunakan rumus di bawah ini :
...
HPf = Dimana HPf
: Daya total dari gesekan screw conveyor
Ls
: Panjang screw conveyor (ft)
N
: Kecepatan screw conveyor (rpm)
Fd
: Diameter conveyor factor (Tabel L)
Fb
: hanger bearing factor (Tabel M)
Sedangkan untuk menghitung daya untuk memindahkan material (HPm) menggunakan rumus :
.....
HPm = Dimana Hpm
: Daya untuk memindahkan material
C
: Kapasitas screw conveyor (
ft/jam) II-9
ft)
W
: Berat jenis material (lbs/
Ff
: Flight factor
Fm
: Material factor
Fp
: Paddle factor
Selanjutnya ialah menghitung daya total menggunakan formula berikut :
+
HP = Dimana HP
: Daya total (HP)
Fo
: Over load factor (Tabel H CEMC:21)
e
: Effisiensi penggerak (%) (Tabel G1 atau G2)
HPm
: Daya untuk memindahkan material (HP)
HPf
: Daya total karena gesekan conveyor (HP)
3) Exhaust & heater chamber Agar dapat terbentuk maka plastik memerlukan energi untuk merubah bentuknya yang awalnya sembarang menjadi kawat berdiameter tertentu. Elemen pemanas akan digunakan untuk memenuhi fungsi bagian ini. Spesifikasi pemanas sangat diperlukan agar mendapat daya pemanas yang optimal untuk sesuai penggunaannya. Adapun perhitungan daya pemanasan didapat dari persamaan Q = ṁ. Cp. ΔT Dimana Qp
: Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan plastik (W)
ṁ
: Laju aliran plastik (Kg/jam)
Cp
: Kalor spesifik plastik PET,PP (kJ/kgoK) (pada perhitungan menggunakan plastik PET karena nilai yang lebih besar)
ΔT
: Perubahan suhu (K)
II-10
4) Pressure screen changer Modul yang digunakan untuk merubah tekanan pada hasil ekstrusi. Bagian ini biasanya ada tergantung pada kebutuhan dan bersifat opsional. 5) Nozel Digunakan sebagai bagian untuk membentuk hasil ekstrusi dengan sesuai kebutuhan, misal diameter 3mm maka lubang nozel sama dengan 3mm. Selain itu nozel juga berfungsi untuk memfokuskan aliran sehingga menaikkan kecepatan dan ada rasio kompresi didalamnya. Adapun pendekatan untuk mendapatkan rasio tekanan dan mendesain dimensi nozel adalah dengan cara menghitung dulu tekanan yang dibutuhkan plastik untuk melewati lubang nozel. Perhitungan ini dengan menggunakan prinsip perbedaan tekanan dari hukum bernoulli pada mekanika fluida.
Gambar II-9 Sketsa barrel dan dan nozel Untuk mengubah kapasitas aliran massa menjadi aliran fluida maka dapat dikonversikan besaran tersebut menjadi aliran fluida dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
ṁ = ᵨ . V/t = ᵨ.A.L/t = ᵨ.Q Dimana ṁ
: laju aliran massa (Kg/s)
II-11
ᵨ
m) (pada perhitungan yang dipakai
: Massa jenis plastik PET, PP (Kg/
adalah PET karena nilai yang lebih besar) .
m/
Q
: Debit aliran (
A
: Luas (
L
: Panjang (m)
t
: waktu (s)
V
: volume (
m)
m
Untuk mendapatkan tekanan yang diperlukan agar nozel menghasilkan spesifikasi yang sesuai dengan kebutuhan maka dapat ditentukan bahwa besar tekanan yaitu melalui penggunaan persamaan dibawah ini :
Gambar II-10 Penerapan hukum bernoulli pada barrel dan dan nozel
1 v1 1 = 2 v2 2 . 2 . 2 Dimana P1
: Tekanan pada titik acuan 1 (N/m2 = Pa)
P2
: Tekanan pada titik acuan 2 (N/m2 = Pa)
v1
: Kecepatan aliran pada titik acuan 1 (m/s2)
v2
: Kecepatan aliran pada titik acuan 2 (m/s2)
z1
: Ketinggian titik acuan 1 dari datum (m)
z2
: Ketinggian titik acuan 2 dari datum (m)
ᵨ
: Massa jenis fluida (Kg/m3)
II-12
g
: percepatan gravitasi (m/s2)
6) Water tank Plastik yang panas memiliki suhu tertentu dan memerlukan pendinginan agar mengeras kembali dan agar mudah dipotong nantinya. Pendinginan dapat berupa pencelupan hasil ekstrusi didalam bak air. 7) Air knife Digunakan untuk mengarahkan hasil pendinginan dari water tank menuju proses pemotongan. 8) Stand pelletizer Bagian terakhir yang berfungsi untuk memotong-motong hasil ekstrusi yang telah mengeras agar menjadi bijih plastik yang siap dijual atau diolah lagi. Besarnya putaran pada poros pemotong ini akan sangat bergantung dengan kecepatan hasil ekstrusi agar potongan-potongan hasil ekstrusi didapatkan hasil dimensi seragam sesuai dengan kebutuhan. Pada umumnya ketebalan bijih plastik dipasaran dipasaran adalah 2-4 mm, maka dari itu tiap hasil ekstrusi ekstrusi mengeluarkan mengeluarkan cairan plastik sepanjang 2-4 mm pisau pemotong harus sudah melewati satu putaran dari lintasan putarannya.
2.2.3
Puli dan sabuk
Puli merupakan salah satu elemen dalam mesin yang mengatur putaran dari poros penggerak berupa motor menuju poros mesin yang putarannya akan digunakan digunak an untuk mengoperasikan alat atau disini sebagai poros ekstrudernya. Puli dapat terbuat dari besi cor, baja cor, baja pres, atau alumunium. Sabuk berfungsi sebagai alat yang meneruskan daya dari satu poros ke poros yang lain melalui dua puli dengan kecepatan rotasi sama maupun berbeda. Tipe sabuk antara lain : sabuk flat, sabuk V, dan sabuk bergigi. Faktor-faktor dalam perencanaan sabuk adalah (Sularso dan Suga, 1987): 1. Daya yang akan ditransmisikan
P
: kw/hp
II-13
Putaran poros motor penggerak
n1
: rpm
Putaran poros mesin/alat
n2
: rpm
Perbandingan putaran
i
: n1/n2
Jarak antar sumbu poros
c
: mm
Faktor koreksi
fc
:
2. Daya rencana
Pd
: P. fc
3. Pemilihan penampang V-belt
Pd n Penampang ..V belt max
4. Pemilihan diameter puli
dp = diameter lingkar jarak bagi (table) din = dp – 2.ko dout = dp + 2.k dp.n1 = Dp.n2 Din = Dp – 2.ko Dout = Dp + 2.k
6. Kecepatan belt
V
.dp.n
60
dout Dout
7. Pengecekan C terhadap diameter puli
C
8. Kapasitas daya transmisi dari satu V-belt
Po =
9. Sudut kontak
180
0
(m/dt)
2
Dp dp c
.57
0
θ k θ = factor koreksi Pd
9. Jumlah V- belt
N
10.
L 2.c
Panjang flat belt
Po.k
2
Dp dp
1 4.c
Dp dp2
II-14
2.2.4
Bantalan (Bearing)
Bantalan adalah salah satu elemen mesin yang sangat penting untuk menopang poros yang berputar agar putaran dapat diteruskan secara optimum dengan memberikan koefisien gesek yang kecil ketika putaran ditumpu oleh bantalan tersebut. selain itu juga ada beberapa pelumas yang digunakan untuk mengurangi gesekan tersebut. Secara garis besar bantalan dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis yaitu (Sularso dan Suga, 1987): a) Bantalan Luncur Bantalan luncur merupakan bantalan yang terjadi gesekan antara poros dengan banyalan yang dapat menimbulkan panas yang besar sehingga untuk mengatasi hal tersebut diberikan lapisan pelumas antara poros dengan bantalan. b) Bantalan Gelinding Bantalan gelinding merupakan bantalan yang terjadi gesekan antara bagian yang berputar dengan bagian yang diam melalui elemen gelinding, sehingga gesekan yang terjadi menjadi lebih kecil. Berdasarkan arah beban terhadap poros bantalan dibagi menjadi 3 macam yaitu : 1) Bantalan radial Pada bantalan ini arah beban adalah tegak lurus dengan sumbu poros. 2) Bantalan aksial Pada bantalan ini arah beban adalah sejajar dengan sumbu poros. 3) Bantalan gelinding khusus Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus dengan sumbu poros.
II-15
Untuk mendapatkan ball bearing yang sesuai, maka digunakan rumusrumus perhitungan untuk mencari ball bearing ditunjukkan pada tabel dibawah ini. Tabel II-2 Perhitungan ball bearing
II-16
METODA DAN PROSES PENYELESAIAN 3.1
Metodologi
III-1
3.2
Perencanaan
3.2.1 Penjelasan fungsi alat Daur ulang plastik memerlukan serangkaian proses yang harus dilakukan tahap demi tahap untuk mendapatkan hasil bahan material plastik mentah/ bahan baku yang akan digunakan lagi untuk pembuatan produk plastik yang serupa dengan bahan daur ulangnya. Proses tersebut meliputi pencacahan plastik sehingga menjadi ukuran yang kecil agar mudah untuk diproses pada tahapan selanjutnya yaitu berupa pemanasan pada material plastik yang sudah dicacah hingga mencapai titik leleh material plastik tersebut. setelah plastik meleleh, maka akan didorong dan dipaksa melalui jalur yang berukuran kecil sesuai kebutuhan, proses ini biasa disebut dengan proses ekstrusi. Hasil material plastik yang diekstrusi untuk selanjutnya dipotong dan didinginkan sehingga menjadi potongan-potongan plastik padat yang biasa disebut dengan biji plastik. Serentetan proses ini biasanya dilakukan oleh mayoritas dar industri daur ulang limbah terkait dan minoritas oleh beberapa koperasi-koperasi masyarakat yang men gelola dan memberdaya melalui sampah atau limbah barang bekas. Tujuan utama dari merancang alat ini yaitu Alat tidak berfungsi untuk mendaur ulang plastik menjadi biji plastik secara keseluruhan sehingga menjadi produk botol yang siap pakai namun hanya membantu proses daur ulangnya dalam cakupan output dari alat yang akan dirancang berupa biji plastik yang siap dipakai untuk/sebagai bahan baku untuk membuat produk-produk botol plastik dan sejenisnya serta berfungsi sebagai sarana pembelajaran bagi masyarakat bahwa limbah plastik dapat dimanfaatkan menjadi barang yang mempunyai nilai tukar yang cukup lumayan dan dapat dikembangkan menjadi sebuah usaha.
3.2.2 Penjelasan Pengoperasian Alat Luaran alat yang akan dirancang berupa alat dengan proses ekstrusi dan pemotongan hasil ekstrusi sehingga menjadi biji plastik. Oleh karena itu, maka pengoperasian alat yang akan dirancang akan berkesusaian dengan proses ekstrusi itu sendiri. Adapun runtutan pengoperasian alatnya adalah sebagai berikut :
III-2
1) Alat memerlukan bahan baku berupa input-an limbah plastik, maka pengoperasian untuk tahap pertama yaitu menyediakan limbah plastik yang sesuai dengan spesifikasi yang sudah ditentukan dan digunakan sebagai bahan baku bahan daur ulang pada proses ini dengan syarat limbah plastik yang akan menjadi bahan baku disini merupakan limbah plastik yang sudah dicacah atau dipotong kecil-kecil terlebih dahulu. 2) Ketika limbah plastik sudah dimasukkan maka alat yang akan dirancang dengan kapasitas/kemampuan untuk melakukan proses peleburan serta sekaligus pengekstrusi dan pemotongan hasil ekstrusi. Proses pada tahap ini ada beberapa variabel seperti temperatur pemanasan dan kecepatan ekstrusi dan pemotongannya akan diatur dengan pertimbangan diagram komponen kontrol dan kelistrikannya. 3) Potongan plastik yang sudah diekstrusi kemudian didinginkan dengan cara dicelupkan pada air yang mengalir, dengan d emikian didapatkan biji plastik yang siap dipakai untuk proses pembuatan produk plastik lainnya.
3.2.3 Kajian Kebutuhan/Kecenderungan Pasar/Pengguna 3.2.3.1
Kebutuhan pengelolaan limbah yang lebih memadai
Penggunaan plastik memberikan pengaruh yang luar biasa di dunia industri, sejak tahun 1998 itu dikeluarkan kode dari The Society of Plastic Industry di Amerika Serikat dan ISO. Di Indonesia, menurut data statistik persampahan domestik Indonesia, jenis sampah plastik menduduki peringkat kedua sebesar 5.4 juta ton per tahun atau 14 persen dari total produksi sampah. Dengan demikian semakin tingginya produksi sampah plastik tersebut maka akan diperlukan pula tingginya permintaan untuk daur ulang plastik tersebut, karena tidak memungkinkan limbah plastik tersebut dibiarkan dilingkungan terbuka untuk menunggu waktu terurainya yaitu sekitar ratusan tahun. Dengan jumlah yang sangat besar tersebut maka diperlukan pula kapasitas mesin daur ulang dengan kuantitas plastik yang didaur ulang yang besar perharinya harus mencukupi atau mendekati dengan jumlah produksi sampah plastik perharinya agar
III-3
terjadi keseimbangan dan tidak adanya penumpukan limbah plastik yang mencemari lingkungan. Beberapa industri rumahan maupun industri skala besar yang bergerak di bidang pengolahan limbah plastik sudah banyak bermunculan karena dinilai cukup menguntungkan dan mudah mendapatkan bahan baku limbahnya tersebut. salah satunya terletak di kecamatan Cihampelas, Batujajar kabupaten Bandung Barat. Koperasi bangkit bersama merupakan sebuah wadah masyarakat yang mengelola limbah disekitar bantaran sungai citarum dan juga memberdayakan masyarakatnya dengan limbah tersebut. Koperasi ini berdiri sejak tahun 2009 dengan gagasan dari Indra Darmawan dan pada tahun 2016 memiliki anggota sekitar 120 orang yang berasal dari pemulung atau pedagang kecil berdomisili sebagai warga Desa Cihampelas . Oleh Indra dan Koperasi, lokasi pengambilan sampah dibagi menjadi tiga ruas yaitu di Desa Cipatik, Desa Citapen dan Desa Cihampelas. Ketiga desa ini terletak di Kecamatan Cihampelas.
Gambar III-1 Sungai Citarum dengan limbah plastik dan eceng gondok Menurut data yang didapat pada tahun 2013-2014, dalam sebulan, total sampah yang dikumpulkan melalui pemulung yang diberdayakan atas nama Koperasi Bangkit Bersama ini mencapai 80 ton atau rata-rata 2-3 ton sampah plastik per harinya. Volume sampah bertambah di musim hujan. Tidak semua sampah bisa dikelola oleh koperasi ini, misalnya Styrofoam dan alumunium foil. Dengan jumlah limbah plastik yang sangat besar itu, untuk saat ini sampai tahun 2016 koperasi bangkit bersama dengan kapasitas mesin cacahan dan sumber daya manusia yang dimiliki, hanya dapat mengelola dan menghasilkan cacahan limbah plastik sebanyak 2 ton perbulannya.
III-4
Hasil cacahan ini nantinya akan dijual dengan harga sekitar Rp 11.000/Kg ke industri yang mengelola limbah plastik ke tahap selanjutnya. Tahap daur ulang selanjutnya yaitu pembuatan bijih plastik dari cacahan plastik dengan bantuan mesin kusus dan proses yang dinamakan proses ekstrusi plastik. Tahap ini belum dapat dilakukan oleh koperasi bangkit bersama dikarenakan keterbatasan mesin yang dimiliki dan anggaran yang akan dikeluarkan. Padahal jika koperasi bisa melakukan proses ekstrusi tersebut, maka harga jual akan bertambah seiring berubahnya bentuk dari limbah plastik menjadi bijih plastik yang biasa digunakan industri plastik sebagai bahan baku untuk pembuatan produk-produk plastik. Harga biji plastik rata-rata Rp 16.000/Kg nya, dengan demikian ada peningkatan pendapatan dari koperasi ini yang diharapkan akan meningkatkan taraf kesejahteraan ekonomi warga setempat yang mengelola koperasi ini. Selain hal yang sudah dijelaskan diatas, terdapat poin penting yang sangat diperlukan koperasi bangkit bersama, yaitu penyuluhan dan pemberdayaan masyarakat bertemakan tentang limbah dan lingkungan. Target utama penyuluhan yaitu masyarakat umum disekitar bantaran sungai citarum yang sampai saat ini dalam keadaan tercemar oleh limbah organik maupun non-organik. Untuk menunjang penyuluhan tersebut, koperasi bangkit bersama mengadakan beberapa sarana penyuluhan yaitu salah satunya dengan membuat festival-festival yang berkaitan dengan sungai citarum dan kebersihannya. Di sisi lain juga dengan mengadakannya lembaga posyantek (pos pelayanan teknologi) dimana beberapa teknologi tepat guna akan dijelaskan dan dimodelkan disana untuk menambah wawasan serta mengubah pola pikir masyarakat sehingga tidak memandang limbah/sampah disekitar citarum dengan sebelah mata.
3.2.3.2
Kecenderungan orientasi pasar dan pengguna
Hingga saat ini, limbah plastik yang dikelola oleh koperasi bangkit bersama merupakan jenis-jenis limbah plastik yang mayoritas berasal dari k antong plastik (plastik LDPE), botol minuman (PET) dan cup minuman (PP) yang dicacah sesuai ukuran dan jenis masing-masing kemudian dijual langsung. Menurut data yang didapatkan, ukuran hasil cacahan yang dijual memiliki rata-rata bentuk segi empat sebarang dengan ukuran luas III-5
kira-kira 3X4cm dan berwarna putih. Untuk menaikkan harga jual maka diperlukan proses selanjutnya yaitu proses esktrusi dengan menggunakan mesin ekstruder plastik yang mudah dioperasikan oleh anggota koperasi tersebut. Biasanya, hasil cacahan limbah akan dijual ke satu tempat yang menerima cacahan tersebut, tempat tersebut biasa menampung hasil cacahan yang diperoleh dari koperasi bangkit bersama karena sudah bekerja sama dan saling kenal dalam beberapa tahun terakhir. Beberapa pengepul dengan skala besar sudah memiliki sistem pengelolaan limbah plastik yang didapat untuk dijadikan bijih plastik yang siap pakai. Maka dari itu untuk penjualan bijih plastik belum dapat dipastikan kapasitas menjualnya sebanyak sama dengan hasil cacahan yang diproduksi oleh koperasi, karena belum dicari tempat yang bersedia untuk menjual bijih plastik daur ulang secara langsung. Selain itu, proses pengenalan dan kerja sama ke tempat baru yang akan menerima hasil jual bijih plastik juga diperlukan dan memerlukan beberapa jangka waktu serta keterbatasan waktu, sumber dana dan kemampuan untuk membuat alat ekstrusi dengan skala yang besar. Untuk mengantisipasi hal ini, maka disarankan oleh pengelola koperasi bangkit bersama agar membuat kapasitas mesin eskstrusi menjadi bijih plastik dengan skala kurang dari kapasitas total yang diperlukan yaitu sebesar sekitar 60% dari kapasitas mengelola h asil cacahan plastik tersebut, sehingga 40% dari limbah plastik tersebut tetap dijual dengan hasil akhir berupa cacahan. Selain faktor yang disebutkan diatas. Alat ekstrusi ini perlu dioperasikan pada koperasi bangkit bersama dengan maksimal kapasitas penggunaan listrik rumah sebesar sekitar 1000 W. Di sisi lain, secara konteks organisasi yang sudah dibangun oleh Pak Indra ini, koperasi tidak berorientasikan selalu dengan penjualan dan omzet yang dicapai melainkan hal yang utama yaitu diperlukan juga adanya sarana untuk mengedukasikan masyarakat agar menjadi paham tentang lingkungannya dan mulai melirik dengan potensi yang ada. Cakupan pertama yang ditekankan dan dibina oleh beliau adalah anak-anak penerus bangsa mulai dari jenjang SD hingga SMA. Sampai saat ini, beberapa kali para pelajar sering datang ke daerah koperasi untuk menggali ilmu dan sekaligus menerapkan konsep berpikir ramah lingkungan pada kehidupan kedepannya. Dengan adanya mesin ekstrusi plastik menjadi bijih plastik berkapasitas daya yang kecil juga
III-6
akan diperlukan sebagai model untuk mengedukasi masyarakat sekitar dengan adanya diadakan acara/event festival lingkungan seperti yang sudah beberapa kali diadakan sehingga masyarakat tertarik dan dapat melihat solusi berupa proses daur ulang limbahlimbah yang mencemari lingkungannya.
3.2.4 Kajian Produk Sejenis Pada subbab ini akan menjelaskan kembali beberapa data yang sudah didapatkan melalui wawancara dan studi pustaka maupun browsing tentang produk sejenis yang sudah ada di pasaran. Analisis data ini dipergunakan untuk mendapatkan informasi berupa data alat rancangan yang serupa, baik itu fungsi, proses, cara kerja serta hal lain menyangkut dengan alat yang akan dirancang. Melalui kajian ini, diharapkan alat yang akan dirancang memiliki beberapa kelebihan dari spesifikasinya dibandingkan dengan produk yang sudah ada. Ada beberapa mesin yang sejenis dengan spesifikasi pengolahan plastik yang telah dibahas pada bab sebelumnya. Pengolahan limbah plastik sudah diteliti dan dibuat prototipe alatnya oleh Herdiyadi dan Pujiwara dengan hasil akhir berupa padatan plastik yang dapat diolah lagi atau dijual langsung, namun plastik yang diolah yaitu berupa jenis styrofoam atau polystyrene (PS) dan alat tersebut belum tentu bisa mengolah jenis plastik PP ataupun PET yang banyak tersedia pada Koperasi Bangkit Bersama. Sedangkan mesin yang dijual dipasaran untuk mengolah plastik PP ataupun PET menjadi bijih plastik merupakan mesin dengan skala produksi dan harga yang relatif tinggi sekitar Rp 60.000.000 dan tidak cocok untuk dipakai pada lokasi yang menjadi titik survey kali ini. Adapun mesin yang berkapasitas kecil direncanakan hanya untuk proses injeksi saja dan belum dengan proses pembuatan pelet bijih plastiknya.
III-7
3.2.5 Kajian Paten/Hasil Riset 3.2.3.3
Kajian Paten
Berikut adalah beberapa produk proses ekstrusi plastik yang sudah ditemukan dan dipatenkan. 1) No paten US3212135 A
Gambar III-2 Paten Tony E Branscum
Jenis publikasi : Pemberian Tanggal publikasi : Okt 19, 1965 Tanggal pengajuan : Okt 16, 1961 Tanggal prioritas : Okt 16, 1961 Penemu : Tony E Branscum Pemegang hak pertama yang ditunjuk : Phillips Petroleum Co Ekspor kutipan : BiBTeX, EndNote, RefMan Abstrak : penemuan ini adalah berhubungan dengan proses ekstrusi dari plastik. Di dalam salah satu aspeknya, penemuan ini menghubungkan sebuah metode yang lebih baik dari proses ekstrusi plastik dengan menghilangkan uap air dari
III-8
permukaan ke proses ekstrusi. Pada aspek lainnya, metode ini memperhalus permukaan produk dari hasil proses ekstrusi dengan cara mencegah formasi dari uap air. 2) No paten US4118163 A
Gambar III-3 Paten Soo-II Lee
Jenis publikasi : Pemberian Tanggal publikasi : Okt 3, 1978 Tanggal pengajuan : Juli 11, 1977 Tanggal prioritas : Juli 11, 1977 Penemu : Soo-II Lee Pemegang hak pertama yang ditunjuk : Owens-Illinois, Inc. Ekspor kutipan : BiBTeX, EndNote, RefMan Abstrak : penemuan ini adalah berupa alat screw ex truder plastik yang memiliki bagian untuk mengalirkan lelehan ke lubang yang terletak diujung ekstruder dan titik pusat lingkaran pada screwnya. Secara bentuk dipisahkan oleh seal pada zona pertama yaitu zona pemasukan bijih plastik dan zona kedua pada sisi berlawanan terdapat zona pelelehan yang akan melewati dari lubang dan kemudian dipompa kembali menggunakan sistem hidraulik. Suhu pada zona kedua dapat diatur. Hal ini digunakan
III-9
untuk menjaga tekanan pada zona kedua tetap konstan sehingga memiliki hasil ekstrusi yang lebih solid, rapat, dan baik.
3) No paten US3665158 A
Gambar III-4 Paten Froedge Don T Jenis publikasi : Pemberian Tanggal publikasi : Mei 23, 1972 Tanggal pengajuan : Juli 31, 1970 Tanggal prioritas : Juli 31, 1970 Penemu : Froedge Don T Pemegang hak pertama yang ditunjuk : Froedge Don T Ekspor kutipan : BiBTeX, EndNote, RefMan Abstrak : penemuan ini adalah berkaitan berupa alat ekstrusi plastik dan secara kusus berhubungan untuk mengekstrusi plastik didalam bentuk hand gun untuk membentuk plastik keras berupa garisan atau kawat halus secara spesifik dipergunakan untuk membuat bentuk gambar dua atau tiga dimensi, kerajinan tan gan, model, dan beberapa benda yang memiliki kemiripan dengan hal tersebut.
III-10
3.2.3.4
Hasil Riset
Sekitar 899 ribu ton dari plastik sudah didaur ulang diseluruh bagian dunia pada tahun 2013, akan tetapi lebih dari 2 kali lipatnya (2 juta ton) yang dibuang. Hasil riset yang akan dicantumkan pada subbab ini yaitu berkenaan tentang beberapa data plastik PET, PP, dan LDPE karena dominan limbah plastik yang diolah oleh koperasi bangkit bersama berasal dari 3 jenis plastik tersebut. data dibawah ini bersumber dari karya ilmiah dari Sudan Academy of Science, Engineering Research and Industrial Technology Council. 1) karakteristik plastik PP polypropilena adalah jenis polimer thermoplastik yang biasa digunakan untuk memproduksi beberapa peralatan sehari-hari berbahan dasar plastik seperti botol kecil, cup plastik (dengan ketebalan yang tipis), kantong obat, pembungkus makanan ringan , dll. Adapun sifat material ini adalah sebagai berikut a) rumus molekul (C3H6)n b) densitas 0,855-0,946 g/cm3 c)
titik lebur 90 °C (tergantung ketebalan)
d) young modulus 1300-1800 N/mm2
2) Karakteristik plastik PET Polyethylene terepthalate (PET) adalah polimer berjenis thermoplast dari keluarga polyester dan biasa digunakan sebagai serat sintetik, minuman, wadah cairan dan makanan, aplikasi thermoforming, dan engineering resin sebagai kombinasi dengan glass fiber. Mayoritas dunia memproduksi PET untuk keperluan serat sintetis (melebihi 60%) untuk keperluan tekstil (polyester) dan produksi botol dan pembungkus makanan sekitar 30% dari permintaan global. Berikut adalah karakteristik plastik PET : a) rumus molekul (C10H8O4)n
III-11
b) massa jenis (amorphous) 1,370 g/cm3 c) massa jenis (kristal) 1,455 g/cm3 d) modulus Young’s (E) 2800-3100 Mpa e) kekuatan tarik 55-75 Mpa f) batas elastis 50-150% g) titik leleh 100-150 °C cara daur ulang plastik PET polyethylene terepthalate yaitu dapat menggunakan 2 metode/opsi, metode pertama yaitu dengan menggunakan prinsip daur ulang secara kimiawi menjadi awal bahan mentah kembali berupa terephtalic acid (PTA) atau dimethl terepthalate (DMT) dan ethylene glycol (EG) dimana struktur polimer dipecahkan secara keseluruhan dengan menggunakan dan memanfaatkan reaksi kimia berupa penambahan zat glikol ketika akan mendaur ulang PET tersebut. daur ulang secara kimiawi ini akan menjadi kurang efisien dalam ongkos kecuali diterapkan pada kapasitas daur ulang yang lebih besar dari 50.000 ton/tahun. Dengan adanya masalah ini, maka banyak industri pengolah limbah mengambil cara atau metode lain yaitu dengan menggunakan prinsip daur ulang secara mekanikal yang lebih hemat dana pengoperasiannya. Proses daur ulang plastik PP secara prinsip sama dengan daur ulang plastik jenis PET yang sudah dijelaskan diatas, yaitu dengan cara kimiawi atau dengan cara mekanikal. Pada proses kimiawi, campuran bahan kimia pemisah rantai karbon etyhlene berbeda dengan pemisah pada PET. Secara mekanikal, perbedaan temperatur kerja untuk melelehkan plastik PP lebih rendah dari plastik PET. 3) Proses daur ulang secara mekanikal Berikut adalah tahap-tahap yang harus dilakukan ketika mendaur ulang plastik secara umum a) Mengumpulkan plastik bekas dan pemisahan sesuai jenis-jenisnya b) Memproduksi serpihan-serpihan (flake) bersih dari limbah plastik yang
sudah disortir
III-12
Mengkonversikan serpihan-serpihan tersebut menjadi produk akhir
c)
(flake processing) Ditahap ketiga, serpihan-serpihan plastik akan diproses bisa menjadi beberapa jenis produk seperti film, botol, serat, filament, pengikat, atau pelet yang selanjutnya akan diproses kembali menjadi engineering plastics. Selain itu, akhir-akhir ini terdapat juga beberapa penemuan terbaru tentang pemanfaatan limbah plastik yang sudah diolah kembali dan yang sudah direkayasa dengan penambahan-penambahan beberapa campuran lainnya hingga menjadi sangat bermanfaat untuk kebutuhan sehari-hari, contohnya yaitu seperti lantai/parquet, dinding, bata dari plastik daur ulang. Berikut adalah beberapa data hasil riset yang merepresentasikan contoh penggunaan daur ulang pelet : Tabel III-1 Produk dari limbah plastik No
Produk
1 2 3 4 5
Botol Nestle Water Mountain Valley Spring Water Naya Water Eldorado Water Portico Spa (botol sampo, kondisioner, lotion) Organic Girl (food container) Bata plastik (komposit) Karpet plastik Kantong plastik Packaging film Cup wadah minuman Packaging snacks
6 7 8 9 10 11 12
Persentasi plastik/pelet daur ulang 100% PET 35% PET 100% PET 100% PET 100% PET 100% PET 70% PET 90% PET fiber 100% LDPE 100% LDPE 100% PP 80% PP
3.2.6 Kajian Dampak Lingkungan 1) Apabila limbah plastik tidak diolah dengan sempurna hingga menjadi bijih plastik, maka tingkat ketertarikan masyarakat untuk mengolah limbah tersebut akan tetap rendah. Jika tingkat kepedulian masyarakat
III-13
tetap rendah, maka limbah plastik yang tersedia di S ungai Citarum secara keseluruhan tidak akan tertangani secara memadai sehingga beberapa limbah masih menggenangi dan menutupi sungai 2) Dengan adanya mesin pengolah limbah plastik menjadi bijih plastik yang didesain untuk mudah dibuat dan dirakit sendiri serta adanya pelayanan penyuluhan informasi ke masyarakat maka secara tidak langsung akan mengedukasikan masyarakat tentang pengolahan limbah dari lingkungan sekitar terutama kepada generasi penerus yang merupakan hal yang sangat penting agar timbulnya kesadaran sejak dini untuk tetap menjaga kelestarian lingkungan sekitar.
3.2.7 Daftar tuntutan Dari uraian pada subbab sebelumnya didapat beberapa daftar tuntutan yang bertujuan untuk memenuhi aspek-aspek sesuai kebutuhan sebagai berikut: 1)
Kapasitas daur ulang limbah dengan menggunakan alat ini adalah untuk skala kecil/rumah dengan maksimum kapasitas sebanyak 2 Kg/jam.
2)
Suhu pelelehan maksimum 200 derajat celcius karena dikhususkan untuk jenis plastik PP yang berupa cup wadah minuman air mineral.
3)
Jenis masukan berupa cacahan dari cup air mineral atau berbahan PP dan yang memiliki titik leleh sejenis (PET) dengan dimensi maksimum 3X4 cm.
4)
Diameter bijih plastik yang akan dihasilkan sebesar 4mm.
5)
Alat dioperasikan dengan sumber energi listrik tidak lebih dari 1000 W.
3.3
Perancangan Konsep
Pada subbab ini akan membahas konsep rancangan yang membahas bentuk, fungsi, dan alternatif-alternatif solusi terhadap masalah yang akan diselesaikan. Alternatif tersebut akan dibandingkan satu sama lain untuk mengetahui kelemahan dan kelebihan
III-14
masing-masing. Penjabaran ini dilakukan untuk membuat skema pemikiran yang runtut agar mendapatkan satu konsep solusi masalah yang terbaik diantara lainnya.
3.3.1 Fungsi Utama/Keseluruhan Fungsi utama dari mesin pengolah plastik dengan kapasitas 2 Kg/jam melalui proses esktrusi ini adalah untuk melanjutkan proses pengolahan limbah plastik yang hasil awalnya hanya berupa cacahan menjadi bijih plastik yang dapat digunakan lagi untuk proses pembuatan produk plastik lainnya sehingga memilki nilai jual yang lebih tinggi.
3.3.2 Fungsi Bagian Fungsi bagian adalah beberapa jabaran dari fungsi utama yang dipecah-pecah kembali untuk menguraikan secara detil spesifikasi bagian mesin yang akan dibuat. Untuk menentukan fungsi ini dilihat dari proses yang terjadi pada bahan baku hingga menjadi bahan hasil pengolahan oleh mesin ini melalui proses yang dsebut dengan pelletizing (proses membuat bijih plastik). Adapun fungsi bagian yang sudah didefinisikan adalah sebagai berikut: 1) Menggerakkan mekanisme pendorong/penekan Memberikan energi gerak pada bagian mekanisme yang akan digunakan untuk memenuhi fungsi yang lainnya, atau dapat disebut dengan sumber penggerak dari mesin yang akan dirancang. 2) Menampung masukan cacahan plastik Bagian yang memberikan tempat untuk ditampungnya cacahan plastik yang nantinya akan diarahkan menuju ruang proses selanjutnya. 3) Menekan dan mendorong cacahan plastik Mengarahkan cacahan plastik menuju tempat pemanasannya serta memberikan tekanan agar nantinya kerapatan material akan lebih padat. 4) Mencairkan cacahan plastik
III-15
Membuat material cacahan plastik berubah fasa dari padat menjadi cair sehinga fleksibel untuk dibentuk pada proses selanjutnya. 5) Mendinginkan plastik Material yang cair akan memerlukan waktu untuk berubah fasa menjadi padat kembali, untuk mempercepat kondisi perubahan fasa tersebut maka digunakan fungsi pendinginan agar dapat dilakukan proses selanjutnya. 6) Mengarahkan hasil ekstrusi Hasil ekstrusi berupa plastik yang sangat fleksibel perlu diarahkan dengan beberapa batasan termasuk diameter hasil ekstrusi yang diinginkan dan juga mengarahkan jalan ke proses selanjutnya dengan menggunakan fungsi bagian ini. 7) Memotong hasil ekstrusi Bagian yang digunakan untuk membuat hasil ekstrusi menjadi berbentuk pecahan-pecahan kecil yang saling terpisah.
III-16
3.3.3 Kotak Morfologi Setelah didefinisikannya fungsi utama dan fungsi bagian, tahap selanjutnya yaitu membuat peta fungsi-fungsi bagian dengan beberapa solusi yang akan diterapkan pada tiap-tiap fungsi bagian tersebut. Tabel III-2 Kotak Morfologi No
1
Fungsi Bagian
Variasi 1
Variasi 2
Variasi 3
Menggerakkan mekanisme
Hidraulik
2
Motor listrik AC +
6
Tuas(manual)
1
Motor listrik DC +
Transmisi 4
2
Variasi 4
3
transmisi
Menampung masukan Hopper horizontal
Hopper vertikal
Wadah silinder
Continue
Continue
(discontinue)
III-17
5
3
4
5
6
7
Menekan dan mendorong
Screw extruder
Piston
Piston (sistem tuas
(sistem plunger)
Screw conveyor
diameter bertingkat
Pemanas elektrik
Panas api LPG
Bahan kimia
Air suhu ruang
Hembusan udara
Air dan udara
banyak lubang
Roler & dice 1 lubang
Dice bnyk lubang roller
Mekanisme gunting
Kawat panas
cetakan
manual)
Mencairkan
Mendinginkan plastik
Air mendekati suhu es
Mengarahkan hasil ekstrusi
Dice 1 lubang
Memotong hasil ekstrusi Pisau rotasi
III-18
3.3.4 Variasi konsep rancangan Penentuan variasi konsep didapat dari peta kotak morfologi. Nomor alternatif solusi yang dihimpun pada tiap-tiap konsep sesuai dengan garis warna penunjukan pada kotak morfologi. Dari kotak morfologi didapat ada 4 konsep desain yang nantinya akan dinilai tiap-tiap variasinya karena variasi konsep tersebut memiliki kelemahan dan kelebihannya masing-masing. Hal tersebut akan dibahas pada penjelasan dibawah ini. a) Konsep Desain 1 Prinsip kerja alat pembuat bijih plastik dari konsep ini yaitu cacahan plastik masuk melalui hopper yang digunakan dalam posisi vertikal, sehingga jika cacah an plastik diletakkan ditempat tersebut akan jatuh kebawah karena adanya gaya gravitasi kemudian plastik yang masuk pada ruang barrel akan didorong dan ditekan dengan menggunakan screw extruder bertingkat hingga pada titik tertentu. Pada titik tertentu tersebut plastik akan terkena efek panas dari pemanas berupa elektrik heater (band heater) hingga plastik mencapai titik lelehnya dan berubah fasa menjadi cairan. Cairan plastik kemudian terus didorong menggunakan screw extruder hingga dipaksa melewati lubang kecil atau nozel yang memiliki 4 lubang pada nozelnya. Semi cairan yang keluar dari nozel tersebut akan dipotong menggunakan sistem pemotongan yang memanfaatkan energi panas, alat pemotong ini disebut juga hot wire cutting. Mekanisme pergerakan hot wire cutting tersebut memanfaatkan gerakan rotasi dari pulley.
Gambar III-5 Konsep desain 1
III-19
Berikut adalah beberapa penjelasan dari kelemahan dan kelebihan dari konsep ini, adapun kelemahannya adalah: 1) Sistem menggunakan dice/nozel dengan beberapa lubang, pada proses ini dikhawatirkan tiap lubang tidak menghasilkan kepadatan dan kecepatan keluaran plastik yang sama. 2) Motor menggerakkan 2 mekanisme (mekanisme pendorong dan mekanisme pemotongan) sehingga memerlukan daya yang lebih besar. 3) Mekanisme pemotongan dengan menggunakan hot wire cutting yang dipasang pada pulley. Sedangkan konsep ini memiliki beberapa kelebihan yaitu : 1) Cairan plastik yang keluar dari hasil ekstrusi langsung dipotong-potong dan tidak memakai proses pendinginan terlebih dahulu sehingga proses produksi lebih cepat dan proses pembuatan bijih plastik lebih singkat. 2) Pemotongan memakai hot wire cutting tidak memiliki kemungkinan untuk menempelnya plastik yang masih panas sehingga memiliki sifat lengket pada permukaan yang bersentuhan. 3) Penggunaan extruder bertingkat akan meningkatkan tekanan sehingga hasil ekstrusi akan lebih padat sehingga kecil kemungkinan akan ada gangguan porositi ataupun lainnya yang berkaitan dengan nilai kerapatan benda yang kecil. 4) Penggunaan poros 1 sumber energi dari motor yang menggerakkan 2 mekanisme akan menghemat penggunaan listrik dan operasionalnya serta efektifitas
dari
mekanisme
karena
pergerakan
mekanisme
potong
menggunakan hot wire tidak lah membutuhkan daya yang besar. b) Konsep Desain 2 Konsep ini menggunakan prinsip pencairan cacahan plastik dengan menggunakan energi panas yang dihasilkan dari electric heater. Dengan posisi penampung masukan cacahan plastik yang diposisikan semi horizontal sehingga cacahan
III-20
plasitk tetap bisa turun ke ruang ekstrusi karena gaya gravitasi, dan dapat pula dibantuk dengan didorong menggunakan tuas pendorong cacahan agar masuk ke ruang ekstrusi. Cacahan yang masuk diruang ekstrusi akan dilelehkan lalu didorong menggunakan piston yang memiliki mekanisme manual dengan penghubung tenaganya berupa tuas. Penggunaan tuas merupakan indikasi pergerakan secara manual yang memerlukan tenaga manusia sebagai pengguna atau pengoperasinya.
Cacahan plastik yang sudah meleleh akan didorong
menggunakan tuas dengan mekanisme piston/silinder hingga memaksa cairan keluar melewati dice/lubang, keluaran tersebut lalu akan didinginkan dengan kipas angin lalu langsung dipotong dengan slicer yang digerakkan oleh mekanisme motor.
Gambar III-6 Konsep desain 2 Dengan mekanisme yang sudah disebutkan diatas, maka konsep desain 2 memiliki kelemahan yaitu: 1) pergerakan pendorongan masih dengan tuas manual maka memerlukan manusia yang menggerakkan tuas tersebut, dengan demikian maka kapasitas
III-21
akan terbatas dan efektifitas proses secara berkelanjutan juga sangat akan berpengaruh mengingat bahwa tenaga manusia sangat terbatas. 2) Posisi semi horizontal untuk penampung cacahan plastik akan mempengaruhi kontinuitas aliran cacahan karena akan terhambat dengan gaya gesek nya sehingga sulit untuk turun ke ruang ekstrusi. Demikian pula dengan posisi ekstruder yang vertikal maka cairan akan mengalir sebelum ruang ekstrusi terisi penuh/termampatkan. 3) Penggunaan pendingin berupa angin yang dihembuskan dari mekanisme kipas akan memberikan kemungkinan hasil potongan akan berserakan terbawa angin. Kelebihan dari konsep ini adalah : 1) Penggunaan cara pengoperasian secara manual oleh pengguna mengurangi biaya pengoperasian. 2) Posisi yang dibangun secara vertikal maka akan membuat dimensi alat tidak terlalu memerlukan ruang yang lebar. 3) Cocok untuk proses tidak kontinu karena proses pendorongan menggunakan tuas dan mekanisme silinder/piston pendorong. c) Konsep Desain 3 Prinsip kerja konsep desain ke tiga serupa dengan prinsip kerja konsep desain ke satu yaitu cacahan plastik masuk melalui hopper yang digunakan dalam posisi vertikal. Plastik akan didorong menggunakan screw conveyor ke daerah pemanas hingga plastik berubah menjadi semi cairan dan keluar melalui lubang-lubang pada ujung ruang ekstrusi, keluaran tersebut langsung dipotong menggunakan pisau rotasi sehingga akan didapat potongan-potongan kecil plastik.
III-22
Gambar 0III-7 Konsep desain 3 Konsep ini memiliki kelemahan diantaranya yaitu: 1) Proses pendorongan hanya menggunakan screw conveyor yang berfungsi hanya untuk mendorong namun kurang dapat berfungsi optimal untuk menekan karena tekanan yang diberikan kecil, sehingga kepadatan material hasil ekstrusi akan berbeda dengan yang diberikan tekanan yang lebih besar. 2) Proses pemotongan dengan metode pisau rotasi dilakukan tanpa pendinginan, hal ini akan mempengaruhi bentuk hasil akhir potongan plastik, serta dapat membuat pisau potong cepat tumpul. Konsep ini juga memiliki beberapa kelebihan, yaitu: 1) Proses pendinginan yang tidak dimasukkan membuat proses pembuatan bijih plastik menjadi sederhana dan cepat serta jumlah part akan relatif sedikit dibandingkan dengan yang memakai proses pendinginan. 2) Pembuatan screw conveyor akan lebih mudah dibandingkan dengan screw extruder yang bertingkat. 3) Penggunaan elektric heater akan lebih efektif dibandingkan dengan pemanasan menggunakan api LPG
III-23
d) Konsep Desain 4 Proses ekstrusi menggunakan screw conveyor dan dengan electric heater merupakan cara kerja utama dari konsep ini. Pada plastik yang cair ditambah proses pendinginan untuk mempercepat pendinginan dan agar mendapatkan hasil akhir yang baik. Pendinginan dilakukan dengan mencelupkan hasil ekstrusi dari nozel/dice berlubang tunggal ke dalam bak berisi air dengan suhu ruang kemudian diarahkan agar dapat dipotong-potong dengan pisau rotasi menjadi ukuran yang kecil.
Gambar III-8 Konsep desain 4 Proses yang terjadi pada konsep desain 4 ini memiliki kelemahan berupa: 1) Menggunakan proses yang lebih panjang dan untuk peng awalan prosesnya, hasil ekstrusi harus dipastikan terarahkan pada tempatnya. Maka dari itu jika proses terulang atau terputus (diskontinu) akan membuat langkah/step kerja menjadi panjang dan berulang-ulang serta proses panjang akan menambah dimensi ke samping. 2) Proses yang panjang juga akan membuat dimensi menjadi lebih besar dan jumlah part yang lebih banyak dibandingkan dengan yang lainn ya. 3) Penggunaan 2 motor yang berbeda untuk menggerakkan beberapa mekanisme Kelebihan konsep desain ini adalah :
III-24
1) Hasil akhir bijih plastik dengan proses pendinginan jauh lebih bagus, dilihat dari dimensi dan bentuknya 2) Penggunaan electric heater yang efektif. 3) Dice lubang tunggal akan membuat hasil ekstrusi menjadi lebih padat dan baik. e) Konsep Desain 5 Plastik yang ditampung pada wadah akan dicairkan menggunakan api LPG. Setelah cair lalu dibuka katup agar plastik cair dap at mengalir keconveyor yang permukaannya memiliki bentuk cetakan-cetakan bijih plastik. Cairan yang mengisi cetakan pada conveyor akan didinginkan dengan semprotan air dingin menggunakan nozel. Ketika bijih plastik mengering dan terkena gaya gravitasi maka akan jatuh dan ditampung pada wadah penampung dibawah.
Gambar III-9 Konsep desain 5 Kelemahan : 1) Perlu didesain agar cairan plastik tidak mengeras pada conveyor disela-sela cetakannya serta belum dapat dipastikan bijih plastik akan langsung terjatuh jika terbebani gaya gravitasi karena ada kemungkinan tetap menempel pada conveyor . 2) Penggunaan api LPG tidak efektif dalam proses pemanasan, kecuali diban tu dengan adanya proses pengadukan didalam wadah. 3) Rumit menemukan part standar atau proses pembuatan belt conveyor yang dilengkapi dengan cetakan bijih plastik dipermukaannya. III-25
Kelebihan : 1) Efektif untuk wadah besar dan untuk kapasitas besar 2) Penggunaan api LPG dapat memudahkan pengguna dan tidak bergantung pada sumer tenaga listrik. 3) Pendinginan akan lebih cepat karena menggunakan air suhu mendekati suhu es dan plastik sudah dipisah menjadi bentuk yang kecil-kecil serta dengan adanya proses pendinginan seperti ini akan memperoleh kualitas bijih plastik yang baik dan seragam. f) Konsep Desain 6 Konsep ini menggunakan hopper /penampung cacahan plastik arah horizontal terlihat seperti pada gambar. Cacahan akan langsung dipanaskan menggunakan electric heater dan setelah cair akan didorong serta ditekan menggunakan sistem silinder hidrolik dua arah. Dilengkapi juga dengan proses pendinginan menggunakan bak air suhu ruang dan pengarah berupa dice/nozel 3 luba ng serta mekanisme pemotongan dengan prinsip gerakan gunting pada proses akhirnya.
Gambar III-10 Konsep desain 6 Kelemahan : 1) Penggunaan mekanisme silinder hidraulik yang mahal 2) Hopper horizontal memerlukan sistem sekat yang kedap terhadap kebocoran cairan. Kelebihan : 1) Penggunaan silinder 2 arah baik untuk skala industri besar dan kontinu.
III-26
2) Penggunaan mekanisme pendinginan dan pemotongan dengan prinsip gunting akan menghasilkan hasil akhir bijih plastik yang baik.
3.3.5 Penilaian Kriteria Alternatif Konsep Desain Ada beberapa konsep yang telah didapat dari runtutan tahap-tahap sebelumnya. Untuk mendapatkan konsep yang terbaik menurut beberapa aspek yang dinilai penting maka diperlukan adanya penilaian terhadap konsep-konsep tersebut. Sebelum dapat menilai konsep tersebut, maka hal yang dilakukan adalah menilai aspek yang menjadi titik tolak ukur penilaian awal. Tabel III-3 dibawah menunjukkan hasil perbandingan antara aspek satu dengan aspek yang lainnya. Prinsip penilaian dilakukan dengan cara saling membandingkan antara aspek satu dengan semua aspek yang lainnya secara satu persatu, jika aspek satu dinilai lebih penting dibanding aspek lainnya maka diberikan nilai angka satu (1) sedangkan jika tidak terlalu penting maka dinilai angka nol (0). Akumulasi dari total penilaian pada satu aspek tersebut nanti akan dibandingkan dengan total penilaian yang didapat oleh aspek lainnya, kemudian dari titik ini dapat ditentukan bobot-bobot tiap aspek penilaiannya.
Tabel III-3 Perbandingan antar aspek Aspek Kemudahan pembuatan komponen Kemudahan pengoperasian Biaya produksi Sumber energi yang dipakai Kesederhanaan mekanisme Hasil produksi
Simbol
A
A
B
C
D
E
F
Nilai
Bobot
Rank
1
0
0
1
0
2
0.13
4
0
0
1
0
1
0.07
5
1
1
0
4
0.27
2
0
1
3
0.2
3
0
1
0.07
6
4
0.27
1
15
1
-
B
0
C
1
1
D
1
1
0
E
0
0
0
1
F
1
1
1
0
Total nilai
1
III-27
Setelah menentukan bobot nilai tiap-tiap aspek maka tahap selanjutnya adalah mendefiniskan penjelasan penilaian tiap aspek mulai dari nilai 1 hingga 4. Proses penilaian ini akan digunakan untuk mendapatkan nilai total dari tiap-tiap variasi konsep.
Adapun tahap cara penilaian secara keseluruhan dari awal hingga akhir yang akan dilakukan adalah sebagai berikut : 1) Pendefinisan beberapa aspek-aspek kriteria berdasarkan kebutuhan dan kondisi dari lapangan/pengguna (Tabel III-3). 2) Pembobotan tiap aspek dengan membandingkan aspek satu dengan yang lainnya dengan tujuan untuk mendapatkan dan mengurutkan dari aspek yang terpenting hingga yang dinilai kurang (Tabel III-3). 3) Mendefinisikan penilaian (scoring 1 hingga 4) dari penjelasan tiap aspek agar memeperjelas aspek tersebut (Tabel III-4). 4) Menilai tiap variasi dengan penilaian scoring 1 hingga 4 (tabel III-5). 5) Penilaian konsep dengan cara mengalikan nilai scoring dengan bobot aspek (Tabel III-6). 6) Melakukan tahap no 5 pada tiap-tiap aspek (Tabel III-6). 7) Menjumlahkan nilai pengkalian pada proses no 5 dan 6 (Tabel III-6). 8) Menentukan konsep terpilih dengan melihat nilai bob ot yang tertinggi dari hasil penilaian tahap no 5. Untuk penjelasan yang lebih jelas, tabel-tabel peniliaian dari tiap proses diatas akan ditunjukkan pada halaman berikutnya
III-28
Tabel III-4 Penjelasan aspek-aspek Aspek
Nilai
Penjelasan Part yang akan dibuat dengan proses pemesinan konvensional
1 Kemuda
sisanya adalah part-part standar
han pembuat
sebanyak 40%, ada 1 part yang harus dipesan ke tempat khusus dan
2
Part yang akan dibuat dengan proses pemesinan konvensional sebanyak 40%, dan sisanya adalah part-part standar
an kompon
3
en 4
Part yang akan dibuat dengan proses pemesinan konvensional sebanyak 60% dan sisanya adalah part-part standar Part yang akan dibuat dengan proses pemesinan konvensional sebanyak 80% dan sisanya adalah part-part standar Operator memerlukan tahap preparasi berupa meletakkan cacahan
1
plastik pada penampung. Mendorong cacahan plastik sesudah menyetting parameter mesin lalu mengarahkan hasil ekstrusi untuk beberapa kali dalam satu siklus Operator memerlukan tahap preparasi berupa meletakkan cacahan
Kemuda han
plastik pada penampung. Mendorong cacahan plastik setelah 2
menyetting parameter mesin lalu mengarahkan hasil ekstrusi tiap kali siklus yang kontinu, sedangkan jika siklus terputus maka diulang lagi
pengope rasian
Operator memerlukan tahap preparasi berupa meletakkan cacahan 3
plastik pada penampung. Mendorong cacahan plastik sesudah menyetting parameter mesin lalu mengarahkan hasil ekstrusi sekali dalam sekali pemakaian Operator memerlukan tahap preparasi berupa meletakkan cacahan
4
plastik pada penampung dan setting parameter mesin sekali dalam sekali pemakaian
III-29
Tabel III-4 Penjelasan aspek-aspek (lanjutan) Aspek
Nilai 1 2
Biaya produksi 3 4 1 Sumber energi yang
2
dipakai 3
4
Penjelasan Biaya yang dibutuhkan untuk membuat mesin ≥Rp 4.500.000 Biaya yang dibutuhkan untuk membuat mesin Rp 3.500.000 sampai dengan Rp 4.500.000 Biaya yang dibutuhkan untuk membuat mesin Rp 2.000.000 sampai Rp 3.500.000 Biaya yang dibutuhkan untuk membuat mesin ≤ Rp 2.000.000 Mesin akan beroperasi dengan memakai sumber energi gas LPG, listrik dan masih menggunakan tenaga manusia Mesin akan beroperasi dengan memakai sumber energi gas LPG dan listrik Mesin akan beroperasi dengan memakai sumber energi listrik rumah diatas 800 W atau beberapa mekanisme masih manual. Mesin akan beroperasi dengan memakai sumber energi listrik rumah ≤ 800 W Mesin melakukan 7 tahapan proses yaitu pemasukan cacahan,
1
penekanan, pelelehan cacahan plastik, pengarahan hasil ekstrusi, pendinginan, pencekaman sebelum pemotongan, pemotongan Mesin melakukan 6 tahapan proses yaitu pemasukan cacahan,
Kesederhan
2
aan
penekanan, pelelehan cacahan plastik, pengarahan hasil ekstrusi, pemotongan, pendinginan.
mekanisme Mesin melakukan 5 tahapan proses yaitu pemasukan cacahan,
proses 3
penekanan,
pelelehan
cacahan
plastik,
pendinginan,
pemotongan. 4
Mesin melakukan 4 tahapan proses yaitu pemasukan cacahan, pelelehan cacahan plastik, mendorong cairan, pemotongan.
III-30
1
Alat mampu membuat bijih plastik sebanyak 2 Kg/jam
2
Alat mampu membuat bijih plastik sebanyak lebih dari 2 Kg/jam Ada proses pendinginan yang efektif dan pengarahan cairan hasil
Hasil
3
produksi
ekstrusi sehingga dimensi akhir lebih akurat, Alat mampu membuat bijih plastik sebanyak 2 Kg/jam Ada proses pendinginan yang efektif dan pengarahan cairan hasil
4
ekstrusi dimensi akhir lebih akurat, alat mampu membuat bijih plastik sebanyak lebih dari 2 Kg/jam
III-31
Tabel III-5 Pemberian nilai kriteria tiap variasi konsep Aspek
A
Kriteria
Nilai
Kemudahan
1 2 3 4
pembuatan komponen Kemudahan
B
C
pengoperasian
Biaya produksi
Sumber energi D
yang dipakai
Kesederhanaan E
F
mekanisme proses
Hasil Produksi
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Var 1
Var Var 2 3
Var 4
√
Var Var 5 6
√
√
√ √
√
√ √
√ √
√ √ √
√
√ √
√ √
√ √
√
√
√
√
√
√
√ √
√ √
√ √
√ √
√
√
III-32
Tabel III-6 Penilaian akhir variasi konsep Kriteria
Bobot (%)
Variasi 1
Variasi 2
Variasi 3
Rating
Point
Rating
Point
Rating
13.3
1
0.13
3
0.40
6.7
4
0.27
2
26.7
2
0.53
Sumber energi yang dipakai
20.0
3
Kesederhanaan mekanisme proses
6.7
Hasil produksi
26.7
Kemudahan pembuatan komponen Kemudahan pengoperasian Biaya produksi
Jumlah
Variasi 4
Variasi 5
Variasi 6
Point Rating
Point
Rating
Point
Rating
Point
3
0.40
2
0.27
1
0.13
1
0.13
0.13
4
0.27
2
0.13
4
0.27
2
0.13
3
0.80
2
0.53
3
0.80
2
0.53
1
0.27
0.60
4
0.80
3
0.60
3
0.60
2
0.40
3
0.60
4
0.27
3
0.20
4
0.27
2
0.13
3
0.20
1
0.07
2
0.53
1
0.27
2
0.53
4
1.07
4
1.07
4
1.07
2.3
2.60
2.60
3.00
2.60
2.27
III-33
Dari mekanisme penilaian yang telah dilakukan dengan membandingkan tiap variasi konsep menggunakan parameter kriteria dan pembobotannya, maka didapat konsep terpilih adalah konsep variasi 4. Konsep ini menggunakan screw conveyor sebagai pendorong plastik sedangkan untuk memotong hasil ekstrusi menggunakan mekanisme pisau potong yang berotasi. Konsep terpilih tersebut masih memiliki beberapa hal yang harus dibahas seperti bagaimana untuk manufaktur tiap-tiap partnya, aspek ergonomi dan estetika, aspek perawatan, beberapa perhitungan kekuatan dan part standar. Aspek-aspek tersebut akan dibahas untuk menyempurnakan konsep agar menjadi model desain yang jelas dan terdefinisi secara detail, hal ini akan dibahas pada subbab selanjutnya.
Gambar III-11 Konsep terpilih
III-34
3.4
Perancangan Detil
Untuk menentukan desain yang jelas dan terperinci secara detil tiap-tiap partnya dilakukan beberapa tahap dengan mempertimbangkan beberapa aspek seperti pengkanjian konsep desain terpilih, perhitungan dan pemilihan atau elemen mesin standar, proses manufaktur, fungsi kontrol, aspek ekonomi, aspek perawatan dan aspek e rgonomi. Tahap ini disebut juga dengan tahap merancang detail atau embodiement design dengan hasil luaran akhir berupa dokumen gambar kerja. Mengkaji konsep yan g sudah terpilih sangat diperlukan mengingat konsep tersebut masih berupa sketch kasar dan belum terdefinisi secara detil. Beberapa part pada desain akan dilakukan perhitungan berupa rancangan spesifikasi part yang akan dibeli, mulai dari elemen mesin standarnya seperti motor penggerak, transmisi belt/roda gigi, kopling, hingga elemen mesin tidak standar lainnya seperti spesifikasi elemen pemanas (heater). Perancangan part-part tersebut akan dilakukan dengan memulai memetakan diagram alir perhitungan karena part satu dengan yang lainnya saling berkaitan dan saling berhubungan maka dilakukan diagram alir yang sesuai dengan data yang didapat. Perhitungan tersebut akan dilakukan sesuai dengan diagram alir pada gambar III-12.
Gambar III-12 Diagram Alir Perhitungan
III-35
3.4.1
Pemanfaatan atau Pemilihan Elemen Mesin Standar
Tahap awal dalam alur perhitungan untuk merancang alat yang akan dibuat adalah spesifikasi dari elemen mesin standar yang akan digunakan, mulai dari screw conveyor , motor listrik, gearbox, sistem transmisi, beberapa sambungan kritis serta bearing . Perhitungan dilakukan secara runtut karena spesifikasi elemen mesin standar yang akan dhitung saling berkaitan dengan spesifikasi elemen mesin sebelumnya, perhitungan dan penjelasan lebih detilnya akan dibahas pada subbab-subbab dibawah ini.
3.4.2.1
Pemilihan dimensi Screw conveyor
Screw conveyor adalah metode yang digunakan untuk mengantarkan material dalam jumlah yang diperlukan dengan part yang berbentuk poros berulir dimana celah pada antar ulir tersebut digunakan untuk pengangkutan material. Screw conveyor sendiri sudah sangat populer di industri khususnya industri proses yang memerlukan perpindahan material yang diproses dari satu tempat ke tempat lainnya, oleh karena itu data perhitungan yang diperlukan dan beberapa tahap perhitungan sudah dipetakan dan dirinci oleh beberapa screw conveyor manufacturer seperti CEMC,CEMA, dan sejenisnya. Metode perhitungan spesifikasi screw conveyor yang dipakai adalah dengan menggunakan standar perhitungan yang mengacu pada data dan formula perhitungan dari CEMC. Screw conveyor sendiri memiliki beberapa part dalam instalasinya seperti screw, baut coupling, poros, mounting feet, end plates, cover, hanger, hanger bearing , shaft seals, dll. Adapun part yang akan dihitung berdasarkan standar perhitungan CEMC adalah hanya screw conveyor nya saja karena kapasitas alat yang kecil sehingga bukan standar perhitungan CEMC yang mayoritas adalah kapasitas industri besar. Oleh karena itu metode yang digunakan adalah metode pendekatan terhadap acuan tabeltabel CEMC tersebut.
III-36
Gambar III-13 Screw Design CEMC Menurut data tabel diameter terkecil untuk screw yaitu 6 inchi atau152,4 mm. Jika screw tersebut digunakan untuk pengaplikasian pada alat yang akan dirancang maka kapasitas produksi dan dimensi keseluruhan alat akan sangat besar, untuk itu maka dilakukan pendekatan bahwa diameter screw sekitar 2 inchi karena menu rut iterasi perhitungan bahwa dimensi screw 2 inchi akan menghasilkan produk dengan kapasitas yang sesuai dengan kebutuhan yaitu 5 kg/jam. Berikut data-data yang didapat dari spesifikasi conveyor yang akan dibuat, data tersebut akan digunakan untuk melanjutkan proses perhitungan berupa penentuan kapasitas screw dan seterusnya. Diameter screw (Ds)
: 44 mm (1,73 inchi = 0,144 ft)
Diameter poros screw (Dp) : 24 mm (0,944 inchi = 0,07 ft) Panjang screw (Ls)
: 700 mm (27,55 inchi = 2,29 ft)
Jarak antar pitch (P)
: 41,5 mm (16,33 inchi = 1,36 ft)
Berat screw conveyor
: 3 Kg
Untuk diameter screw ≈ 2 inchi, maka diperoleh data dari tabel standar sebagai berikut : Diameter factor (Fd)
: 10,78 (Tabel L CEMC)
Flight factor (Ff)
: 1,48 (Tabel J CEMC)
III-37
Bearing factor (Fb)
: 1 (Tabel M CEMC)
Paddle factor (Fp)
: 1 (Tabel K CEMC)
Material factor (Fm)
: 0,4 (Tabel B CEMC)
Presentase pembebanan tabung (K)
: 45% = 0,45
Berat jenis Plastik PET, PP : 1455, 946 Kg/m3 1) Perhitungan kapasitas screw conveyor dalam
ft per rpm
Dengan dimensi screw conveyor yang telah dijelaskan sebelumnya, maka screw dapat melakukan pengangkutan dengan kapasitas yang didefinisikan oleh formula berikut
Dimana
ft )
C
: Kapasitas screw conveyor (
Ds
: Diameter screw conveyor (inchi)
Dp
: Diameter poros screw (inchi)
P
: Pitch (inchi)
K
: Persentase dari pembebanan tabung (%)
2) Perhitungan kecepatan screw conveyor (rpm) Diketahui data perhitungan yang dibutuhkan untuk mendapatkan kecepatan screw conveyor adalah sebagai berikut : Kapasitas yang direncanakan : 5Kg/jam Kapasitas screw conveyor perjam per rpm : 0,081574 Kg/jam per rpm Kecepatan operasional screw conveyor dapat dihitung dengan formula :
III-38
N = Dimana : N
: Kecepatan dari putaran poros screw (rpm) N =
/ , / = 58,06 rpm ≈ 60 Rpm
3) Perhitungan daya untuk memutar screw conveyor Perhitungan daya didapat dari penjumlahan daya total dari gesekan screw conveyor (HPf) dan daya untuk memindahakan material (HPm). Untuk menghitung daya dari gesekan screw conveyor (HPf) menggunakan rumus di bawah ini :
...
HPf = Dimana HPf
: Daya total dari gesekan screw conveyor
Ls
: Panjang screw conveyor (ft)
N
: Kecepatan screw conveyor (rpm)
Fd
: Diameter conveyor factor (Tabel L)
Fb
: hanger bearing factor (Tabel M)
,.,.,. = 0,001433477
HPf = Sedangkan
untuk
menghitung
daya
untuk
memindahkan
material
(HPm)
menggunakan rumus :
.....
HPm = Dimana
III-39
Hpm
: Daya untuk memindahkan material
C
: Kapasitas screw conveyor (
W
: Berat jenis material (lbs/
Ff
: Flight factor
Fm
: Material factor
Fp
: Paddle factor
ft/jam)
ft)
....,.,.,. = 0,0000150
HPm =
Selanjutnya ialah menghitung daya total menggunakan formula berikut :
+ HP = Dimana HP
: Daya total (HP)
Fo
: Over load factor (Tabel H CEMC:21)
e
: Effisiensi penggerak (%) (Tabel G1 atau G2)
HPm
: Daya untuk memindahkan material (HP)
HPf
: Daya total karena gesekan conveyor (HP)
HP =
0,0014334770,00001505,7
,
= 0,009343 HP
4) Tekanan yang dibutuhkan plastik untuk melewati lubang nozel Perhitungan pada tahap 1-3 merupakan tahap perhitungan desain screw conveyor dengan tenaga yang dibutuhkan untuk memutarkannya saja agar material terdorong. Faktor pendorongan material lelehan plastik keluar dari nozel dengan penampang yang lebih kecil dari barrel belum diperhitungkan, untuk itu pada tahap ke-4
III-40
dilakukan perhitungan ini dengan menggunakan prinsip perbedaan tekanan dari hukum bernoulli pada mekanika fluida.
Gambar III-14 Sketsa barrel dan nozel Tahap pertama yaitu data kecepatan pada titik 1,2,3,4 harus didapat terlebih dahulu. Dengan data yang diketahui aliran massa yang terjadi adalah sebanyak 5Kg/jam maka dapat dikonversikan menjadi aliran fluida dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
ṁ = ᵨ . V/t = ᵨ.A.L/t = ᵨ.Q Dimana ṁ
: laju aliran massa (Kg/s)
ᵨ
: Massa jenis plastik PET, PP (Kg/
m) (pada perhitungan yang dipakai adalah
PET karena nilai yang lebih besar) .
m /
Q
: Debit aliran (
A
: Luas (
L
: Panjang (m)
t
: waktu (s)
V
: volume (
m)
m
III-41
Dengan data yang ada maka debit aliran (Q) adalah
5 / 3600
= 1 = 1455 /m3 = 0,0000009546 m3 / Selanjutnya dari debit yang sudah didapat maka kecepatan pada v1 dan v2,3,4 dapat dihitung dengan persamaan kontinuitas fluida dinamik.
− 1 9,54.10 1 = 1 = = 0,0006 / 45 0,25..1000 Karena aliran air pada pipa akan bercabang 3 paralel yang sama besar di ujungnya maka Q = Q1 = Q2+Q3+Q4 =
9,54.10− m/
Dengan pemisalan Qp = Q2 = Q3 = Q4, maka didapat bahwa 3Qp = Q1 = Q =
9,54.10− m/. Qp = Q/3 = 3,18.10− m/, dari nilai debit tersebut maka dapat dicari kecepatan aliran pada titik 2,3,4 dengan masih menggunakan persamaan yang sama yaitu persamaan kontinuitas.
− 3,18.10 2 = 2 = = 0,0253 / 4 0,25..1000 Karena luas penampang A2 = A3 = A4 maka V2 = V3 = V4 = 0,0253 m/s. Untuk menentukan tekanan yang diperlukan maka menggunakan persamaan bernoulli sebagai berikut :
III-42
Gambar III-15 Hukum bernoulli pada barrel dan nozel
1 v1 1 = 2 v2 2 . 2 . 2 Dimana P1
: Tekanan pada titik acuan 1 (N/m2 = Pa)
P2
: Tekanan pada titik acuan 2 (N/m2 = Pa)
v1
: Kecepatan aliran pada titik acuan 1 (m/s2)
v2
: Kecepatan aliran pada titik acuan 2 (m/s2)
z1
: Ketinggian titik acuan 1 dari datum (m)
z2
: Ketinggian titik acuan 2 dari datum (m)
ᵨ
: Massa jenis fluida (Kg/m3)
g
: percepatan gravitasi (m/s2)
Pada gambar ilustrasi variabel tersebut maka dapat dianggap Z1 dan Z2 adalah sama karena pipa lurus horizontal. P2 adalah tekanan luar dianggap sama dengan tekanan atmosfer 1 atm. Untuk mencari P1 (tekanan yang dibutuhkan untuk mendorong fluida) maka formula yang akan dipakai menjadi
12 = v2 v1 . 2.
III-43
110 = 0,025 0,0006 . 10 2.10 1455 3 1 = 0,45410 = 100.000,5 Maka gaya yang diperlukan oleh screw pendorong untuk menghasilkan tekanan sebesar P1 adalah
F=P1.A1= 0,1000005 N/mm2. 0,25. .(452-202)mm2 = 111,725 N Maka torsi pendorongan adalah besar gaya F dikali dengan diameter screw/2 sehingga didapat nilai sebesar 2,457 Nm. Daya penekanan yang akan diperlukan dengan kecepatan putar screw 60 Rpm yaitu sebesar 147,477 Watt.
3.4.2.2
Perhitungan daya motor penggerak
Dalam penjelasan sebelumnya terdapat beberapa perhitungan gaya-gaya yang menghasilkan daya pada masing-masing perhitungan tersebut. Seluruh daya akan diakumulasi dengan cara menambahkannya sehingga didapat daya untuk menentukan spesifikasi penggerak berupa motor listrik yang akan dipakai. Daya keseluruhan adalah Ptotal + Ppenekanan= 146,477+6,96 Watt = 154 watt. Karena adanya koreksi berupa asumsi gayagaya yang terjadi serta pengabaian poros pemotong cutter yang memiliki torsi pemotongan yang relatif kecil dan bisa diabaikan pada perhitungan d etil maka daya perlu dikalikan dengan faktor koreksi Pmotor = p.fc/efisiensi transmisi. Dimana Pd
: daya rencana
P
: daya motor berdasarkan perhitungan awal
Fc
: faktor koreksi 1,2
Efisiensi transmisi : 80%
. 154 . 1,2 = 185,32 ≈ 0,311 = = 80% III-44
Dengan hasil perhitungan tersebut, daya motor yang akan dipakai sesuai standar yang tersedia dalam kisaran 0,5 Hp.
3.4.2.3
Pemilihan Gearbox
Gearbox adalah part standar yang digunakan untuk mendapatkan putaran dan torsi pada putara poros alat yang sesuai dengan kebutuhan, karena diperlukan adanya konversi besaran putaran dari motor listrik standar yang dipakai agar sesuai dengan kebutuhan. Motor listrik biasanya memiliki nilai putaran dan torsi maksimum dengan nilai tertentu. Pemilihan rasio gearbox dilakukan dengan membandingkan putaran maksimum motor yang dipilih terhadap putaran poros mesin yang akan digunakan. Putaran mesin dalam kisaran 1450 rpm dan putaran poros mesin sebesar 60 rpm, maka perbandingan rasio gearbox yang mendekati yaitu 1:24. Angka rasio tersebut memiliki arti bahwa 1 kali putaran pada poros mesin setara dengan 24 kali putaran pada poros motor, prinsip ini disebut juga dengan speed reducer .
3.4.2.4
Perhitungan dan pemilihan transmisi sabuk dan puli Perhitungan dimensi puli dilakukan dengan melakukan tahap-tahap dibawah
ini : 1. Daya yang akan ditransmisikan
P
: 0,5 hp
Putaran poros motor penggerak
n1
: 60 rpm
Putaran poros mesin/alat
n2
: 60 rpm
Perbandingan putaran
i
: n1/n2 = 1
Jarak antar sumbu poros
c
: 70 mm
Faktor koreksi
fc
: 1,2
2. Daya rencana
Pd
: 0,444 kW
3. Pemilihan penampang V-belt
Pd n TypeB V belt max III-45
4. Pemilihan diameter puli dp = 39 mm diameter terkecil yang tersedia di pasaran din = 20 mm dout = 50 mm dp.n1 = Dp.n2 Din = 39 mm Dout = 50 mm V
5. Kecepatan belt
0,12 (m/dt)
60
C
6. Pengecekan C terhadap diameter puli 7. Sudut kontak
.dp.n
180
0
dout Dout 2
Dp dp c
50mm
.57 180 0
θ k θ = factor koreksi = 1 8. Jumlah V- belt
N
L 2.c 9. Panjang flat belt
2
Pd Po.k
0,12 1..unit
Dp dp
1 4.c
Dp dp 2 222,522mm
Hasil perencanaan sabuk adalah V belt dengan tipe penampang B, panjang sabuk 223 mm dan dengan kedua puli berdiameter pitch 39 mm.
III-46
3.4.2.5 Perhitungan poros dan pemilihan bantalan Poros digunakan pada beberapa part penyambung gerakan mekanisme. Untuk perhitungan yang dibahas pada subbab ini adalah perhitungan poros yang dinilai kritis karena perbandingan ukuran dan gaya yang diterimanya yang perlu dihitung sehingga ketika dipakai tidak rusak sebelum waktunya. Adapun bagian poros yang dihitung adalah menentukan diameter poros mekanisme pemutar pisau potong.
Gambar 0III-16 Perhitungan poros 1) Daya yang akan ditransmisikan Putaran poros motor penggerak
P = 0,37 kW n1 = 60 rpm
2) Faktor koreksi daya
fc = 1,2
3) Daya rencana
Pd = 0,444 kW
4) Torsi/Momen puntir 5) Tegangan geser yang diijinkan
Pd = 70.664,79 (N.mm) Pd T . T u a Sf 1. Sf 2 =
=
92,50
6) Faktor koreksi momen puntir
kt = 2
7) Diameter poros pejal
5,1 2 2 ds . Km . M Kt .T a
1/ 3
ds ≥ 19.8 mm ≈ 20 mm Dengan mengacu pada perhitungan yang sudah dilakukan maka hasil perencanaan poros yang akan dibuat adalah material St-37 pejal dengan dimensi diameter 20 mm.
III-47
Poros memerlukan penopang berupa bantalan agar gaya gesek yang terjadi tidak terlalu besar maka diperlukan perencanaan bearing pada alat yang akan dibuat, ada beberapa jenis bantalan yang tersedia pada part standar ataupun dapat dibuat sendiri seperti bantalan luncur. Untuk mempermudah pengadaan dan aspek manufaktur maka bantalan yang akan dipilih adalah bantalan gelinding atau ball bearing karena mudah ditemui dipasaran dan banyak jenisnya, selain itu pula akan dinilai cocok sebagai pengaplikasian untuk menopang poros terutama pada screw conveyor nya dan beberapa bantalan juga akan dipakai untuk menopang poros pemutar pisau. Perhitungan yang dilakukan adalah hanya pada bantalan penopang poros screw conveyor karena dinilai perlu dilakukan perhitungan, sedangkan bantalan penopang poros pisau tidak dihitung karena beban yang relatif kecil dan perencanaannya hanya berdasarkan diameter poros pisau saja yaitu memerlukan bearing dengan diameter dalam 20 mm.
Gambar III-17 Perhitungan bearing Adapun pemilihan dimensi bantalan ball bearing yang akan dipak ai berdasarkan dari perhitungan sebagai berikut 1) Beban yang ditumpu a) Beban radial
: 100 N (berat screw, barrel dan plastik)
b) Beban aksial
: 0 (tidak ada beban aksial)
c) Putaran poros
: 60 Rpm
d) Diameter poros
: 36 mm III-48
2) Faktor beban
: 1,2
3) Beban rencana a) Beban radial
: 120 N
b) Beban aksial
:0N
4) Beban ekivalen Pr = x. v. Fr. + y. Fa
: 67,2 N
5) Umur nominal bearing
: Lh 10.000 jam
6) Faktor kecepatan ball bearing
: 0,82
1/ 3
33.3 fn n 7) Faktor umur
: 2,71 1/ 3
Lh fh 500
8) Kapasitas nominal dinamis specific C
fh fn
: 221,964 kg
. Pr
9) Pengecekan umur ball bearing
fn . C Pr
LH 500
: 7.425.801 jam
3 / 1
10) Hasil perencanaan a) C = 2010 kg b) B = 17 mm c) d = 36 mm d) D = 72 mm e) Nomor ball bearing 6207
III-49
3.4.2
Perhitungan komponen mesin tidak standar
Beberapa part yang merupakan bukan komponen mesin standar diperlukan dalam rancangan ini. komponen tersebut berupa elemen pemanas dan wadah penampung cacahan plastik atau hopper . untuk menentukan spesifikasi komponen tersebut maka diperlukan perancangan yaitu berupa perhitungan aspek yang akan diperlukan sesuai dengan kebutuhan.
3.4.3.1
Perhitungan daya heater
Pemanas merupakan komponen yang memliki peran penting di dalam pengoperasian fungsi mesin ini. Agar mendapatkan spesifikasi pemanas yang sesuai dengan keperluan sehingga efektif dalam segi ekonomi dan juga efektif dalam performa mesin maka perlu dilakukan perhitungan berupa daya pemanas yang akan dipakai. Untuk menentukan daya pemanas maka dilakukan perhitungan daya berdasarkan prinsip kalor yang diperlukan untuk memanaskan suatu material dari suhu awal hingga suhu tujuan dikali dengan kalor spesifik material dan masanya. Untuk lebih jelasnya gambar dibawah memperlihatkan skema perhitungan daya elemen pemanas.
Th = 200oC
Qp
Gambar III-18 Asumsi perhitungan kalor pada barrel
III-50
Kalor total yang diperlukan adalah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskanbarrel , kalor yang terdisipasi oleh konveksi udara luar, dan kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan plastik. Dengan beberapa asumsi maka kalor total Q = Qb+Qp+Qc 1) Kalor plastik (Qp) Untuk menghitung Qp digunakan persamaan Qp = ṁ. Cp. ΔT Dimana Qp : Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan plastik (W) ṁ : Laju aliran plastik (Kg/jam) Cp : Kalor spesifik plastik PET,PP (kJ/kgoK) (pada perhitungan menggunakan plastik PET karena nilai yang lebih besar) ΔT : Perubahan suhu (K)
Dengan menggunakan data yang tersedia maka,
= 315,97 = ṁ.Cp.ΔT = 5.1,3.(25273 200 273) = 1137,5 2) Kalor barrel Perhitungan kalor barrel akan serupa dengan perhitungan kalor plastik yang sudah dilakukan sebelumnya, hanya saja mengubah nilai dari variabel-variabel yang berubah. Dimana Qb adalah kalor barrel , Cb adalah kalor spesifik baja, m adalah massa barel, dan ΔT adalah perubahan suhu dari suhu awal hingga suhu maksimum pemanasan.
= ṁ.Cb.ΔT = 2,66 .0,48.(25273 200273) = 223,211 Dengan ditambah asumsi bahwa waktu pemanasan barrel pertama dibutuhkan paling lama selama 30 menit atau 1800 detik, maka nilai 223,211 dibagi dengan 1800 sehingga didapat hasil 124,006 watt. 3) Kalor konveksi
III-51
Kalor konveksi yang ada pada penentuan daya elemen pemanas di alat ini yaitu dikarenakan kemungkinan hilangnya panas dari band heater karena kontak dengan udara luar yang dianggap memiliki suhu 20oC. Rugi ini sebenarnya bisa diatasi dengan ditambahkan isolator atau penghalang panas yang dibungkus pada elemen pemanas, namun untuk perhitungan penentuan daya pemanas ini diambil faktor tersebut diabaikan karena bagaimanapun juga pasti ada rugi kalor yang terbuang, untuk melakukan pendekatannya maka rugi kalor tersebut tetap dihitung dengan menggunakan persamaan kalor konveksi yang dapat dihitung dengan penggunaan rumus berikut :
= hc.A.ΔT Dimana Qc : kalor konveksi (W) hc : koefisien perpindahan panas konveksi kuningan (W/m2oC) A : Luas permukaan pemanas yang kontak langsung dengan udara luar (m2) ΔT : Perubahan suhu (suhu awal 25oC, suhu akhir 200oC) Luas permukaan pemanas didapat dari elemen pemanas berupa band heater standar yang akan dipakai. Elemen pemanas tersebut memiliki ukuran diameter luar sebesar 75mm dan panjangnya 80 mm sehingga luas permukaan selimutnya yaitu sebesar A = π x Diameter x Panjang = 18850 mm2 = 0,0188 mm2. Variabel hc didapat dari tabel koefisien perpindahan panas konveksi kuningan, maka daya kalor konveksi yang terbuang adalah
= hc.A.ΔT = 6,5.0,0188.(25273 200273) = 21,441 4) Kalor total Daya elemen pemanas yang dibutuhkan dari perancangan ini yaitu sebesar Qtotal = Qp + Qb + Qc = 315,97 + 124,006 + 21,441= 461,419 Watt
III-52
Dari perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa proses pemanasan pada mesin pembuat bijih plastik ini memerlukan kalor total sebesar 461,419 watt. Karena spesifikasi standar untuk elemen pemanas band heater tidak ada yang persis sebesar angka tersebut maka diambil bahwa spesifikasi elemen panas yang akan dipakai yaitu sebesar 500 watt.
3.4.3.2
Perhitungan dan perancangan hopper Hopper perlu dirancang dimensinya untuk menentukan proses pengulangan
pengisian dari bahan baku untuk membuat bijih plastik berupa cacahan plastik oleh pengguna/operator. Untuk menghitung dan memperkirakan volume hopper maka perlu beberapa data dan pengansumsian yang diruntut sebagai berikut : 1) Ansumsi 1 hari kerja sama dengan 5 jam efektif pemakaian mesin. 2) Kapasitas total cacahan plastik 1 hari kerja = 5 kg/jam X 5 jam = 25 kg/ hari 3)
Volume total cacahan plastik 1 hari kerja = = 0,0264 3
4) Asumsi pengulangan pengisian bahan baku perhari sebanyak 3 kali, maka volume hopper adalah
ℎ ℎ
=
, ., =
0,0106 3 Untuk memudahkan menghitung luas plat depan yang berbentuk trapesium. Untuk mendapatkan luas pelat depan yang berbentuk trapesium (LT), maka dilakukan pengecekan di software Catia V5 agar mempermudah dalam proses menghitung. Hasil dari volume dalam hopper trapesium dapat dilihat pada gambar III.17, yaitu sebesar 0,002 mm3.
III-53
Gambar 0III-19 Luas sisi depan trapesium hopper Volume hopper tersebut dinilai cukup dan lebih besar dibandingkan yang diperlukan untuk sekali proses pengisian, maka dapat ditentukan dimensi hopper yang akan dibuat adalah dengan panjang 150 mm, lebar 100 mm, dan tinggi 200 mm.
Gambar 0III-20 Dimensi hopper
III-54
3.4.3
Fungsi Kontrol dan Kendali
Alat pembuat bijih plastik ini akan beroperasi menggunakan penggerak utama motor listrik dan elemen pemanas berupa band heater yang membutuhkan tenaga listrik sebagai sumber energi utamanya.
Agar pengoperasian dari alat ini memberikan performa yang
terbaik dan dapat diatur oleh pengguna maka diperlukan aspek pengontrolan komponenkomponen tersebut. Dari data sebelumnya didapat dan ditentukan bahwa penggerak utama berupa motor listrik akan hanya beroperasi pada kecepatan tertentu dan tidak perlu diubahubah karena daftar tuntutan tidak mencantumkan kebutuhan pen gguna seperti itu. Sedangkan untuk komponen elemen pemanas diperlukan pengaturan suhu mulai dari 0oC hingga 200oC. Suhu pemanasan harus sangat dijaga mengingat bahwa kualitas dari hasil ekstrusi harus seragam, untuk mendapatkan hasil tersebut maka diperlukan suhu yang konstan ketika sedang dioperasikan. Jenis pengaturan yang cocok digunakan pada kebutuhan elemen pemanas ini yaitu pengaturan closed loop dimana elemen pemanas memerlukan proses regulasi ketika ada beban pendinginan dari luar. Selain itu, untuk faktor keyamanan pengguna maka diatur nyalanya motor listrik yang akan mendorong cacahan plastik ke daerah pemanas dipicu oleh suhu barrel yang sudah mencapai suhu tertentu yaitu kisaran 140oC . Alat tersebut akan digunakan untuk keadaan diam/relatif tidak bergerak dan tidak dipindah-pindahkan ketika saat dioperasikan maka pemakaian tipe sumber tenaga listrik yang tepat adalah listrik AC 220V atau yang biasa digunakan pada peralatan rumah tangga (instalasi listrik rumah). Untuk memenuhi kebutuhan pengaturan yang sudah dijelaskan diatas maka akan dipakai sistem kontrol penggerak motor dan elemen pemanas dengan sistem closed loop dengan penjelasan sketsa kontrol yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
III-55
Motor, Heater
MODUL PID KONTROLLER
Gambar III-21 Gambar skema closed loop
Adapun keuntungan closed loop dibandingkan dengan open loop pada sistem pengaturan di alat yang akan dirancangkan adalah : 1) Jika dimasukkan material plastik yang berbeda maka kecepatan aliran lelehan p lastik juga akan berbeda. Dengan adanya perbedaan kecepatan ini maka akan mempengaruhi
proses
pemanasan
pada
plastik
yang
dimasukkan.
Untuk
mendapatkan kualitas keluaran hasil ektrusi yang sama maka diperlukan adanya proses regulasi pada elemen pemanas. Fungsi ini dapat diatasi dengan adanya pengaturan closed loop. 2) Kenyamanan pengguna juga akan lebih baik jika menggunakan closed loop karena fungsi transmitter yang biasanya ada pada pengguna digantikan menggunakan komponen elektronik. 3) Dapat mengatasi kemungkinan adanya gangguan pada naik turunnya suhu elemen pemanas karena kontak dengan lingkungan atau faktor lain yang mengganggu kinerja elemen pemanas. Selain memiliki kelebihan, beberapa kelemahan juga dimiliki oleh closed loop yaitu : 1) Komponen yang akan dipakai relatif lebih banyak daripada opened loop III-56
2) Harga kontrol untuk closed loop akan lebih mahal dari opened loop 3) Mekanisme proses pengaturan dan instalasi yang akan dibuat menjadi lebih rumit dan panjang dibandingkan dengan opened loop Secara keseluruhan maka closed loop memenuhi kebutuhan d aftar tuntutan pengaturan yang diperlukan oleh pengguna, maka dari itu pada alat yan g akan dirancang aspek pengaturannya menggunakan prinsip opened loop. Beberapa komponen umum pada kontrol yang akan dipakai adalah sebagai berikut : 1) Tombol On/Off (Push button) Tombol push button merupakan komponen standar untuk mengatur besaran proses value 1 atau 0 saja, yang artinya 1 adalah arus mengalir sedangkan angka 0 arus tidak mengalir. Komponen ini digunakan untuk memulai pengaturan besaran suhu dan mendapatkan proses value bagi elemen pemanas. Artinya ketika tombol ditekan maka elemen pemanas mulai akan memanaskan barrel dengan suhu sesuai dengan yang diatur pada kontrol suhu. 2) Tombol Emergency Komponen ini digunakan sebagai tombol pengaman. Ketika ada hal-hal yang tidak diinginkan terjadi pada sistem tombol emergency akan memutuskan semua arus pada sistem sehingga sistem aman dari arus listrik dan penggerak motor serta elemen pemanas akan berhenti beroperasi. 3) Kontaktor Komponen standar ini memiliki cara kerja ketika ada arus yang masuk sehingga memicu kontaknya 2 kutub agar saling terhubung, dengan terhubungnya kutub-kutub tersebut maka arus akan diteruskan. Kontaktor digunakan sebagai pengatur jalannya arus pada motor listrik AC. 4) Kontrol (pengaturan set point, display & PID kon troller) Komponen ini adalah otak atau prosesor dari sitem pengaturan yang akan dibuat, komponen ini berisi PID controller dengan beberapa perangkat elektronik pendukung III-57
seperti TRIAC untuk membuat aliran arus bolak-balik. Komponen ini juga merupakan standar pasaran yang mudah ditemui dan dilengkapi dengan pengaturan set point berupa numpad dan enkoder. 5) Transmitter Transmitter terdiri dari sensing element dan signal conditioner yang berfungsi untuk meraba besaran yang akan diukur pada nilai proses dan mengkondisikan sinyal tersebut sehingga dapat diterima pada PID kontroller sesuai dengan format yang diterjemahkan. Sensing element yang akan digunakan adalah thermocouple yang dapat meraba suhu pada nilai proses yaitu suhu yang berada pada barrel . 3.4.4
Aspek Perawatan
Alat atau mesin yang akan dibuat harus memiliki spesifikasi untuk dapat dioperasikan dalam jangka waktu panjang atau dalam kata lain memiliki umur pakai total yang efektif. Untuk standar mesin sejenis biasanya memerlukan beberapa bagian yang jika digunakan secara terus menerus akan mengalami beberapa kerusakan. Kerusakan tersebut dapat diakibatkan oleh gesekan, kegagalan fatigue, korosi, dan lain-lain. Pengatasan masalah ini yaitu dengan adanya pergantian beberapa bagian/part yang harus diganti ketika umur pakainya sudah mendekati kerusakan. Pertimbangan ini akan merujuk kepada perancangan cara merawat mesin yang mudah dan memungkinkan bagi operator atau pemakainya. Adapun aspek pertimbangan perawatan pada mesin ini adalah sebagai berikut: 1) Sambungan kopling, poros, heater, nozel dan beberapa part yang perlu diganti karena umur pakainya menggunakan sambungan yang tidak fix atau mudah dilepas pasang, yaitu menggunakan sambungan baut/ulir. 2) Bearing penumpu screw conveyor harus dapat dilepas pasang dengan mudah menggunakan alat bantu yang umum dipakai, contohnya tracker dan sejenisnya. 3) Ada kemungkinan ketika mesin telah dioperasikan dan setelah itu tidak dioperasikan dalam waktu yang lama sehingga menimbulkan plastik yang
III-58
mengerak pada bagian nozel ataupun barrel dalam dan screw conveyor nya yang dapat mengurangi umur pakai part-part tersebut maka haruslah dirancang agar nozel, screw conveyor , barrel dapat dibersihkan dengan mudah. Salah satu caranya yaitu dengan membuat sambungannya dapat dibongkar pasang. 4) Membuat mekanisme pisau potong menggunakan 1 poros dengan screw conveyor akan menambah proses perawatan lebih mudah karena hanya akan memakai 1 sumber putar dan 1 sumber energi. 3.4.5
Aspek Ergonomi dan Estetika
Ergonomi merupakan aspek keyamanan dan keamanan dari mesin atau alat yang akan dibuat bagi pengguna (user ). Adapun aspek ergonomi yang dipertimbangkan pada alat ini adalah sebagai berikut: 1) Dimensi Tinggi dan lebar rangka harus dirancang sesuai dengan kondisi pengoperasian pengguna, agar ketika mesin dioperasikan operator tidak merasa kesusahan dan tidak membayahakan kondisi operator jika dalam jangka waktu yang lama. Maka dari itu harus diketahui berapa tinggi postur tubuh rata-rata user. 2) Kebisingan Kondisi suara yang terlalu berisik/bising biasanya akan mengganggu fisik maupun mental dari operator. Kebisingan biasanya akan terjadi karena adanya getaran yang ditimbulkan dari putaran motor atau komponen lain yang bergetar. Pada perencanaan selanjutnya menggunakan getaran sistem yang dibatasi 3)
Berat alat Alat harus memungkinkan untuk dipindah-pindah sesuai dengan kebutuhan lapangan, untuk merespons hal tersebut maka berat total dari alat harus dibatasi sehingga maksimum dapat dipindahkan oleh 2 orang dewasa atau pemindahan alat
III-59
dibantu dengan komponen yang mempermudah alat untuk bergerak contohnya seperti pemakaian roda pada rangka. 4) Sistem keamanan Keamanan bagi operator adalah hal yang utama, maka untuk itu semua sistem yang mempunyai unsur bahaya haruslah diperhatikan agar tidak membahayakan operator. Untuk alat yang akan dirancang sistem yang mempunyai kemungkinan bahaya adalah pada sistem pemanas (heater) dan mekanisme pemotong (cutter ), maka dari itu diperlukan penutup/isolator dari hazard yang ada dengan menambahkan plat penutup pada sistem pemotong (cutter ) dan menambah isolator berupa serat wool pada sistem pemanas yang juga berguna untuk mengurangi rugirugi panas akibat konveksi heater dengan udara sekitar. 5) Bak pendingin Menurut survey berdasarkan pengalaman user dan alat existing serta beberapa data bimbingan yang didapat bahwa hasil ekstrusi berupa penampang bulat diameter 4 mm seperti kawat tidak memerlukan pendinginan bak pendinginan karena dengan bentuk geometri yang relatif kecil tersebut hasil ekstrusi sudah mungkin bisa langsung dipotong dengan pisau rotari. Pendinginan dengan berupa konveksi udara dilingkungan sekitar akan cukup untuk mendinginkan hasil ektrusi. Hal ini banyak membuat perubahan pada desain sehingga banyak faktor yang dipengaruhinya salah satunya yaitu faktor ergonomi dan estetika. Dengan ditiadakannya proses pendinginan maka proses yang harus dilakukan operator akan semakin berkurang sehingga semakin sederhana dan singkat, selain itu juga mengurangi beberapa part yang harus dibuat. Selain aspek kenyamanan, alat juga perlu dipertimbangkan mengenai aspek estetikanya. Adapun pekerjaan yang akan meningkatkan nilai estetika alat adalah sebagai berikut: 1) Proses pengecatan
III-60
Alat yang akan dirancang memiliki beberapa alur proses untuk menghasilkan bijih plastik dari limbah cacahan plastik mulai dari proses pemasukkan atau penampungan cacahan plastik pada hopper , zona pendorongan, zona pelelehan, zona pencetakan melalui dice, hingga tahap terakhir yaitu pada z ona pemotongan. Untuk memudahkan cara kerja alat ini maka tiap tiap zona tersebut direncanakan akan dicat dengan warna yang berbeda-beda dan tiap warna akan ada penjelasan pada poster SOP yang ditempelkan pada alat nantinya. 2) Transparansi Beberapa bagian yang dapat diperlihatkan proses didalamnya akan sangat be rguna agar pengguna mengerti kerja alat dan dapat memperhatikan kondisi alat dari luar, untuk itu maka beberapa penutup akan menggunakan material transparan. 3) SOP Agar mempermudah operator dan orang-orang yang akan mengoperasikan alat serta memperindah alat maka diharapkan nantinya akan dicantumkan cara kerja alat, SOP, dan diagram proses pada alat. 3.4.6
Aspek Manufaktur
Semua part yang telah dirancang dan akan dibuat harus memiliki kriteria dapat dibuat ataupun tersedia part standarnya. Tidak hanya itu, part yang akan dibuat juga bukan hanya sekadar bisa dibuat tetapi juga mempertimbangkan aspek ekonomi dan alternatif proses pembuatannya agar lebih mudah didapatkan part yang sama dengan kualitas yang setara dibandingkan dengan menggunakan proses pembuatan yang lebih rumit. Adapun beberapa part yang akan dikaji terhadap aspek manufaktur pada alat ini adalah sebagai berikut: 1) Screw conveyor & Barrel Screw conveyor digunakan untuk mendorong cacahan plastik. Bentuknya yang rumit maka proses pemesinan konvensional yang biasa dilakukan akan relatif tidak dapat digunakan untuk membuat part ini, proses pembuatannya yaitu dengan III-61
membuat poros screw dan mulai menambahkan screw berupa plat dengan bentuk silinder tipis yang dilas pada poros screw. Ketika disambungkan ke poros screw, p lat tersebut dibengkokkan sedemikian rupa sehingga membentuk alur ulir dengan pitch yang diinginkan. Atau dengan cara lain yaitu melewati proses pemesinan CNC dengan bahan mentah berupa poros yang akan dibentuk profil ulir pada porosnya dengan pitch yang besar agar dapat membawa material pada celah pitchnya. Hal ini merupakan hal yang lama dan rumit, untuk mendapatkan hasil ekstrusi yang baik maka diperlukan part seperti itu. Dengan beberapa pertimbangan maka dipak ai screw dengan 1 poros yang melewati pemesinan CNC bubut dengan p asanganbarrel berupa pipa standard yang sesuai dengan diameter poros luar.
Gambar III-22 Perubahan gambar rancangan barrel 2) Pengarah sebelum pemotongan Fungsi dari part ini yaitu untuk mengarahkan dan menahan hasil ekstrusi ketika akan dipotong menggunakan cutter rotasi. Karena proses ekstrusi dan pemotongan hasil ekstrusi tidak memerlukan pendinginan maka pengarah sebelum pemotongan tidak diperlukan. 3) Hopper Part ini difungsikan sebagai tempat penampung masukan cacahan plastik yang akan diekstrusi. Hopper biasanya berbentuk sisi yang lebar pada mulut atasnya
III-62
dan sisi yang lebih kecil pada mulut bawahnya. Bentuk yang biasa dipakai yaitu kerucut dan trapesium, untuk mempermudah penyambungan hopper dengan barrel ruang ekstrusi maka digunakan bentuk trapesium agar dapat membuat penyambungan pada sisi kontak dengan barrel lebih mudah. Hopper akan dibuat dengan menggunakan beberapa lembaran plat terpisah yang akan ditekuk dan saling disambungkan sesuai kebutuhan.
Gambar III-23 Perubahan gambar rancangan hopper 4) Meja penempatan & mounting barrel Part barrel ekstrusi haruslah ditumpu pada sisi bawahnya agar kokoh. Penumpuan ini direncanakan part barrel dan beberapa part yang berada diatas rangka tersebut akan bertumpu pada part meja tumpuan. Akan sangat tidak efisien jika meja tumpuan tersebut terbuat dari baja slab ataupun sejenisnya. Untuk membuat penggunaan material dan waktu yang lebih efisien, maka part barrel dan beberapa part yang berada diatas rangka direncanakan akan bertumpu langsung pada rangka profil dapat menggantikan peran meja penempatan yang awalnya berupa balok pejal atau plat tebal.
III-63
Gambar III-24 Dudukan berupa profil Sedangkan part yang berfungsi untuk dudukan antara barrel dan meja penempatan adalah mounting barrel. Profil mounting barrel yang bersentuhan dengan pipa barrel haruslah sesuai agar dapat menahan barrel sehingga tidak bergerak ke kanan maupun ke kiri. Pada rancangan awal, sisi yang bersentuhan tersebut berbentuk radius seperti yang terlihat pada gambar dibawah.
Gambar III-25 Perubahan gambar rancangan mounting barrel
Mounting barrel dengan profil radius 27,5 mm akan sulit untuk dibuat dengan menggunakan mesin konvensional karena harus memakai cutter milling yang beradius 27,5mm yang biasanya tidak tersedia pada part standar. Maka dari itu digunakan modifikasi bentuk dengan mengadaptasikan bentuk persegi dan pada sisi atasnya digunakan pencekaman seperti pada sistem pipa karena part tersedia di
III-64
pasaran. Selain itu, bagian ini juga menjadi multi fungsi karena pada sisi tengahnya dilubangi untuk menopang poros yang memutarkan pisau rotasi. 5) Nozel/dice Nozel/Dice adalah sebagai cetakan awal untuk membentuk hasil ekstrusi menjadi berupa kawat dengan penampang diameter 4 mm. bentuk sisi luar perencanaan awal dice berupa corong kerucut dengan lubang didalam berbentuk corong kerucut pula dibuat dengan cara bubut dalam, untuk mempermudah proses pembuatan tanpa mengubah atau mengurangi fungsi dari part itu sendiri maka pertimbangan aspek manufaktur yang diterapkan pada part ini yaitu dengan membuat bentuk luar dice berupa silinder rata dan dengan lubang didalam berbentuk corong kerucut dengan sisi pengecilan diameternya menggunakan sisi miring/chamfer atau bisa ju ga dengan menggunakan sudut dari mata bor.
Gambar III-26 gambar rancangan nozel 3.4.7
Aspek ekonomi
Aspek ekonomi perlu dijelaskan untuk menggambarkan faktor-faktor yang terjadi dalam perancangan bukan hanya pada bidang teknis namun juga non-teknis seperti halnya faktor-faktor yang akan dibahas pada subbab ini. Aspek ini akan menjelaskan apakah perbandingan ongkos untuk membuat alat akan efektif dengan penggunaan dari alat itu sendiri.
III-65
Alat pembuat bijih plastik ini nantinya akan digunakan oleh pengguna yang bertempat pada pengolahan limbah plastik. Pada kondisi saat ini, pengguna mengolah limbah plastik dengan cara disortir dan diolah serta dibersihkan sehingga menghasilkan hasil akhir berupa cacahan plastik saja yang langsung dijual ke industri daur ulang plastik dengan harga sebesar Rp 11.000/kg. Pengguna akan merencanakan pembuatan hasil olahan limbah-limbah tersebut menjadi lebih bervariasi dan dengan harga jual yang meningkat. Hal ini sudah lama ingin diterapkan namun belum terwujud secara nyata karena masih ada beberapa kendala yang harus ditangani salah satunya yaitu kurangnya kemampuan untuk membuat teknologi tepat guna yang dapat digunakan untuk mencapai perencanaan yang sudah disebutkan sebelumnya. Dengan hadirnya peran teknologi yang diterapkan pada pengolahan limbah tersebut maka tentunya beberapa produk hasil akhir dari pengolahan limbah akan meningkat. Salah satu contohnya yaitu terhadap pengolahan limbah plastik yang berakhir pada produk cacahan plastik saja. Jika koperasi dapat menerapkan teknologi untuk membuat cacahan plastik menjadi bijih plastik atau lebihnya lagi menjadi produk plastik yang siap pakai seperti ember, pot bunga, wadah plastik, dll maka hal tersebut akan sangat efektif untuk meningkatkan tingkat kesejahteraan masyarakat serta secara tidak langsung. Penjualan bijih plastik bisa mencapai Rp 16.000/kg nya, sedangkan cacahan plastik hanya dihargai sekitar Rp 11.000/kg. Kenaikan harga sekitar 45,5% ini dinilai sangat bermanfaat bagi pengguna dan lebih lagi jika nantinya dapat dikembangkan menjadi alat pencetak benda plastik (moulding) maka tentu tingkat ekonomi juga akan meningkat. Di sisi lain, pengolahan cacahan plastik menjadi bijih plastik juga akan mengurangi ruang penyimpanan baik bergerak (mobil angkut) maupun tak bergerak (gudang) yang akan membuat ongkos penyimpanan menjadi lebih efektif karena dapat memuat lebih banyak dengan volume penyimpanan yang sama. Untuk itu maka harus dipertimbangkan bahwa komponen-komponen penyusun alat yang akan dibuat haruslah sesuai dengan kebutuhan dan dengan harga yang tidak terlalu mahal, adapun komponen yang akan dibeli adalah tercantum pada tabel dibawah ini.
III-66
Tabel III-7 Bill of Standard Material
No
1
Nama Komponen
Rangka mesin
Material Spek
Baja Profil
Unit
1
Paket
300.000
300.000
1
Paket
1,2 jt
1,2 jt
4
Buah
30.000
120.000
1
Buah
300.000
300.000
3
Buah
80.000
240.000
1
Buah
40.000
40.000
Dimensi Profil L 2x2
Harga
Jumlah
Satuan
Total
Kontrol motor AC 2 2
Panel kontrol
phase + Universal closed loop system
3 4
Roda Wormgear
Standar Rasio 1:25 Goldham
5
Coupling
(Flexible coupling)
Dia 50 106x131 x160 Do 40; Di 15-25 2 inch
6
Barrel
Pipa standar
7
Band Heater
Mika, 500 W
Di 55
1
Buah
300.000
300.000
8
Pipe clamp
Standar
Di 55
2
Buah
30.000
30.000
9
Bearing screw
Ball bearing
Di 36
1
Buah
40.000
40.000
x690mm
Tabel III-7 Bill of Standard Material (Lanjutan)
III-67
No
Nama Komponen
10
Hopper
11
Dice/Nozel
12
13
14
15
Poros pemotong
Material Spek Plat Stainless steel Kuningan St-37
Pisau
plat St-37
pemotong
tebal 1,5 mm
Dudukan pisau Dudukan barrel
plat St-37 tebal 4 mm Alumunium
Dudukan 16
bearing screw
Alumunium
conveyor 17
Poros penghubung
Harga
Jml
Unit
2
Kg
100.000
200.000
1
Kg
100.000
100.000
2
Kg
30.000
60.000
75x15
1
Kg
20.000
20.000
70x80
1
Kg
20.000
20.000
1
Kg
40.000
40.000
1
Kg
40.000
40.000
Dimensi 200x500 D 80x71 Dia 20x925
128x100 x20 158x70x 15
Satuan
Total
Standar
Di 55
2
Buah
30.000
30.000
18
Sabuk
Standar
Di 36
1
Buah
40.000
40.000
19
Puli
V-Alu
Dp 39
2
Buah
70.000
140.000
Ball bearing
Di 20
1
Buah
30.000
30.000
20
Bearing poros pemotong
Total biaya dari pembuatan mesin pengolah cacahan plastik menjadi bijih plastik ialah Rp 3.290.000.
III-68
3.4.8
Gambar susunan model detail
Berikut adalah gambar susunan beserta keterangan no part dari keseluruhan sistem yang akan dibuat pada pelletizing plastic waste machine ini, sedangkan gambar detil tiap part akan dilampirkan pada lembaran belakang dari laporan.
Gambar III-27 Gambar susunan
III-69
Tabel III-8 Penjelasan part No. Jumlah Bagian
Nama Bagian
1 2 3 4
1 4 1 1
Rangka Mesin Roda Motor AC 2 Fasa Wormgear
5 6
3 1
Coupling Panel kontrol
7
1
Barrel
8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 2 1 1 1 1 6 1 2
17
1
18
1
Band Heater Pipe Clamp Bearing Screw Hopper Dice/Nozel Poros Pemotong Pisau Pemotong Dudukan Pisau Dudukan Barrel Dudukan Bearing Screw conveyor Poros Penghubung
19 20
1 2
21
2
Sabuk Pulley Bearing poros pemotong
Bahan
Ukuran
Keterangan
Baja Standar Standar Standar
Profil L 2x2 Dibuat Dia 50 Dibeli 0,5 Hp Dibeli rasio 1 : 25 Dibeli Do 40 ; Di 12Alumunium 25 Dibeli Alumunium 200x150x300 Dibeli D 2 inch x Steel 690mm Dibeli Din 55, 500 Standar W Dibeli Standar Din 55 Dibeli Standar Din 36 Dibeli SS plate 200x500 Dibuat Kuningan Dia 80x71 Dibuat St-37 Dia 20x925 Dibuat St-37 plate 75x15 Dibuat St-37 plate 70x80 Dibuat Alumunium 128x100x20 Dibuat Alumunium St-37 Standar Alumunium standar
158x70x15
Dibuat
Dia 20x69 V-Belt tipe B ; LC 223 mm Dp 39; Do 50
Dibuat Dibeli Dibeli
Di 20
Dibeli
III-70
DOKUMENTASI 4.1
Bill of material
Berikut adalah hasil akhir tahap perancangan detil yaitu berupa daftar material-material yang dibeli dan dibuat. Tabel IV-1 Bill of Material
IV-1
4.2
Gambar Kerja 4.2.1
Gambar Susunan Total
4.2.2
Gambar Susunan Rangka
IV-2
Gambar IV-1 Gambar Susunan Rangka
4.2.3
Gambar Susunan Screw Conveyor
Gambar IV-2 Gambar Susunan Screw Conveyor
IV-3
4.2.4
Gambar Susunan Hopper
Gambar IV-3 Gambar Susunan Hopper
4.3
Prosedur operasi manual Alat yang dibuat untuk mengekstrusi limbah plastik berupa cacahan memiliki
prosedur operasi manual sebagai berikut 1) Siapkan bahan baku berupa cacahan plastik dengan bentuk pipih berdimensi 3x4 cm. 2) Siapkan alat dengan tersambung langsung ke sumber energi berupa listrik 220V AC. 3) Letakkan bahan baku cacahan plastik didalam hopper 4) Hidupkan alat dengan menekan tombol power supply pada ujung steker, lalu setting suhu pemanasan yang diinginkan 5) Tunggu beberapa menit hingga sensor suhu menunjukkan suhu yang diinginkan telah dicapai sehingga motor siap untuk dijalankan, kemudian tekan tombol on (hijau) untuk mengekstrusi plastik. 6) Tekan tombol off ketika alat sudah dipakai. IV-4
4.4
Prinsip Kerja Alat
Alat yang sudah dirancang dan dibangun memiliki prinsip kerja yang sederhana yaitu mengubah bahan baku cacahan plastik menjadi plastik-plastik berbentuk kawat panjang. Pengubahan ini terjadi karena adanya energi panas yang ditransfer ke cacahan plastik sehingga meleleh lalu ditekan melewati cetakan berupa lubang di nozel sehingga terbentuk kawat-kawat plastik hasil ektrusi. Motor sebagai penggerak screw conveyor untuk mendorong cacahan plastik dan heater digunakan untuk mengubah fasa plastik dari padat menjadi cair agar dapat dibentuk dan mudah didorong dengan poros screw conveyor
4.5
Spesifikasi Alat Spesifikasi alat menggambarkan performa dan bentuk fisik dari alat yang akan dibangun, poin ini merupakan poin yang sangat penting berkaitan dengan data penunjang agar jika alat berhasil diuji coba dan menjadi produk massal atau akan dipakai pada user tertentu, maka spesifikasi alat inilah yang harus pertama kali dilihat dan diketahui oleh user. Dari hasil perancangan yang sudah dibahas pada beberapa subbab diatas maka didapatkan spesifikasi alat secara umum berupa dimensi, data teknis, dan hal-hal yang berkaitan dengan kondisi alat akan diuraikan pada poin-poin dibawah ini. 1) Mengekstrusi cacahan plastik PET atau material polimer sejenis dengan titik leleh dibawahnya. 2) Sumber tenaga listrik total yaitu 700 Watt 3) Suhu maksimum yang dapat dicapai 300 C 4) Dimensi tinggi , panjang, lebar 5) Putaran screw conveyor 72,5 Rpm dengan kecepatan ekstrusi 5 mm/s dan kapasitas hasil ekstrusi 5 Kg/jam.
IV-5
HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1
Hasil Rakitan Proses perancangan yang sudah dilakukan berlangsung selama kurang lebih 2 bulan
lamanya dengan waktu efektif 1 minggu 2 kali diskusi rancangan, kemudian dilanjutkan dengan membuat prototipe agar dapat mengetahui hasil rancangan dan memberikan beberapa masukan dari hasil rancangan berupa model asli yang dapat diuji coba. Proses keseluruhan ini merupakan masih didalam proses perancangan, data yang diambil dari prototipe adalah masukan untuk memperbaiki dan menyempurnakan rancangan yang telah dibuat. Adapun proses pembuatan prototipe memakan waktu selama kurang lebih 2 bulan dengan lama waktu efektif 1 minggu 2 kali pengerjaan pada bengkel pemesinan di Politeknik Negeri Bandung. Adapun hasil rakitan yang akan ditunjukkan adalah 2 sub rakitan utama yaitu rakitan mekanikal dan elektrikal.
5.1.1
Rakitan Elektrikal Dengan menggunakan sistem kontrol closed loop seperti yang sudah
dijelaskan pada bahasan perancangan detil tentang aspek kontrol, maka rangkaian keseluruhan yang akan dibuat adalah sebagai berikut
Gambar V-1 Rangkaian Kelistrikan V-1
Diagram gambar skematik dari rangkaian keseluruhan adalah sebagai berikut
Gambar V-2 Skematik Diagram Kelistrikan
5.1.2
Rakitan Mekanikal Part Mekanikal berupa hopper, barrel, screw conveyor , bearing, gearbox,
motor, rangka, kuningan, heater, dan beberapa part aksesoris pembantu lainnya disusun menjadi kesatuan dengan proses penyatuan part menggunakan sambungan ulir untuk penyambungan ke rangka sedangkan rangka dibuat den gan sambungan las SMAW.
V-2
Gambar V-3 Rakitan Mekanikal
5.2
Metode Pengujian Metode pengujian dibagi menjadi 3 metode berdasarkan dari data yang dapat
diambil. Adapun ketiga jenis metode tersebut dijelaskan pada poin-poin dibawah ini. 1) Visual Beberapa data visual dapat ditangkap secara mudah oleh indra manusia dalam hal ini berupa gerakan poros atau sambungan kopling untuk mengecek kesatusumbuannya atau pergerakan yang dihasilkan oleh getaran yang terjadi pada bagian yang berputar sehingga dapat merambat ke rangka jika rangka tidak kokoh. 2) Audio Indra pendengaran manusia dapat dijadikan sebagai metode pengujian pada alat ini, terutama terhadap data-data pengujian dengan bentuk berupa audio seperti tingkat kebisingan atau suara yang muncul karena adanya getaran yang terjadi pada alat. 3) Menggunakan alat bantu pengujian Pengujian menggunakan alat bantu diperlukan karena adanya data-data yang tidak dapat diambil dengan hanya menggunakan indra manusia karena sulit dan menimbulkan bahaya contohnya seperti arus listrik dan panas pada pemanas.
5.3
Peralatan Pengujian Selain indra manusia yang dipakai untuk melihat kondisi hasil pengujian alat ada
beberapa data yang harus diobservasi menggunakan bantuan alat, untuk melakukan V-3
pengujian-pengujian tersebut maka diperlukan alat bantu agar mempermudah proses pengujian dan mendapat data yang cepat serta akurat dan tidak membaha yakan. Adapun beberapa alat bantu yang digunakan dalam menguji kinerja dari alat yang sudah dibuat yaitu 1) Test Pen Untuk mengetahui aliran listrik dan koreksi rangkaian kelistrikan maka pengetesan dengan cara mudah dan cepat yaitu menggunakan test pen. Jika arus keluar dari salah satu output/socket relay maka test pen akan menyala, jika tidak maka tetap mati. Dilakukan perbandingan aliran yang muncul pada output dirangkaian yang sudah dibuat dengan logika dan prediksi rancangan rangkaian listrik sebelumnya, jika cocok maka tidak ada masalah yang terjadi, namun jika terdapat ketimpangan dengan rancangan kelistrikannya maka perlu dilakukan perbaikan. 2) AVO meter Untuk mengecek arus dan voltase yang terjadi pada rangkaian kelistrikan. Hal ini dipastikan untuk menjaga keamanan agar arus dan voltase tidak melebihi spesifikasi yang sudah ditentukan sebelumya. 3) Beban dengan berat 50 Kg – 70 Kg Benda dengan berat 50-70 Kg digunakan untuk menguji kekuatan dari sambungan las pada rangka. Cara mudahnya yaitu rangka diuji dengan diberi beban manusia berdiri atau duduk diatasnya dengan sedikit hentakan untuk membuktikan bahwa sambungan rangka sudah kuat. 4) Stopwatch Mesin memiliki kemampuan menghasilkan 5 Kg/jam plastik, untuk menguji hal tersebut maka diperlukan stopwatch dalam menghitung waktu yang diperlukan. 5) Timbangan Diperlukan untuk menimbang hasil dari ekstrusi plastik yang sudah dilakukan apakah nantinya memenuhi dan sesuai dengan spesifikasi akhir dari rancangan yang sudah ditentukan diawal yaitu 5 Kg/jam plastik. 6) Thermometer Digital V-4
Pemanas merupakan salah satu aktuator utama yang memiliki peran penting didalam alat ini, untuk mengetahui performa pemanas apakah dapat mencapai suhu yang sudah ditentukan yaitu 170 C maka dilakukan pengujian terhadap pemanas dengan cara mengukur suhu pemanas ketika pemanas hidup. 7) Jangka Sorong Dilakukan pengukuran ulang diameter hasil ekstrusi apakah sud ah mencapai diameter tujuan awal yaitu 4 mm.
5.4
Proses Pengujian Proses pengerjaan pembuatan part-part dan pengerjaan perakitan alat dilakukan di
Laboratorium Pemesinan Politeknik Negeri Bandung. Oleh karena itu, pro ses pengujian juga dilakukan pada lokasi yang sama untuk mempermudah pengambilan data. Adapun beberapa pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut 1) Pengujian
kekuatan
rangka
setelah
dilakukan
pengelasan
berupa
dengan
dilakukannya pengujian kekuatan rangka dengan cara melakukan pemberian beban pada rangka terutama beban bending pada sisi yang terjauh dari hasil pengelasan. Jika bagian pengelasan mengalami rusak/retak maka dilakukan pengelasan ulang. 2) Pengujian mekanisme sambungan putaran poros menggunakan kopling fleksibel. Pengujian ini dilakukan untuk memastikan bahwa putaran dapat diteruskan dengan baik sehingga tenaga yang diteruskan terdistribusi secara sempurna serta memperbaiki umur pakai dari komponen tersebut, adapun tahapan yang dilakukan dalam pengujian ini yaitu pertama bagian-bagian poros serta kopling disambung terlebih dahulu kemudian dicoba berikan putaran dari motor secara manual menggunakan tangan. Ketika diputar, perhatikan sambungan kopling apakah muncul celah diantara kopling dan kopling miring, jika iya maka perbaiki posisi poros sambungannya hingga putaran pada kopling tidak ada celah yang mengindikasikan bahwa poros-poros sudah mendekati satu sumbu. Pengujian ini dilakukan pada bagian sambungan poros gearbox dengan poros motor dan gearbox dengan poros screw konveyor. V-5
3) Pengujian kontrol dilakukan dengan tahapan berupa dimulai dari pembuatan rangkaian kontrol yang sudah disambung dengan aktuator-aktuatornya berupa pemanas dan motor listrik. Amati beberapa aliran arus dengan test pen pada kabel yang terhubung kepada aktuator apakah sesuai dengan prinsip rangkaian yang diinginkan. 4) Pengujian mekanisme pendorongan cacahan plastik pada screw konveyor. Pengujian ini dilakukan dengan cara memasukkan cacahan plastik ke dalam hopper tanpa pemasangan pemanas dan nozel. Perhatikan apakah cacahan plastik keluar melalui mulut besar barrel/pipanya. 5) Pengujian pelelehan plastik dilakukan dengan cara memasangkan semua bagian sub susunan konveyor yaitu poros screw konveyor, barrel, pemanas, dan hubungan poros screw konveyor dengan motor agar dapat berputar.
5.5
Hasil Pengujian dan Analisa 5.5.1
Pengujian Mekanisme
1) Hasil pengujian rangka cukup baik menahan beban dan tidak terjadi defleksi yang besar sehingga tidak perlu dilakukan pengelasan ulang. Hanya saja proses selanjutnya yaitu perlu dilakukan penggerindaan dan pendempulan pada bagian las agar terlihat lebih rapi. Maka diperlukan pengujian lagi terhadap kekuatan las karena setelah digerinda ada beberapa bagian luas las yang berkurang. Hasil pengujian terakhir menyatakan bahwa rangka dinilai cukup kuat dan kokoh dalam menopang part-part yang bertumpu padanya. 2) Hasil dari pengujian mekanisme putaran poros motor ke input poros gearbox memberikan celah yang sedikit pada hubungan kopling, maka dianggap sambungan poros tersebut sudah cukup baik karena tidak terlihat putaran kopling yang tidak stabil.
V-6
Gambar V-4 Kopling Poros Gearbox-Motor Namun pada sambungan poros gearbox terhadap poros screw conveyor terdapat celah yang cukup besar pada sambungan kopling.
Gambar V-5 Kopling Poros Gearbox-Screw conveyor Putaran tetap dapat diteruskan ke poros screw konveyor hanya saja kopling berputar tidak stabil karena tidak mendekati satu sumbu putar, untuk memperbaiki ini maka diperlukan penyetingan ulang posisi screw konveyor dengan cara membuat dudukan barrel dapa diatur posisi koordinat kiri-kanannya, sedangkan posisi atas-bawah dapat diatur menggunakan tambahan ring pada baut. 3) Pendorongan poros screw terhadap inputan cacahan plastik dengan cara memasukkan cacahan pada hopper dan menunggu hasil ekstrusi keluar dari barrel didapat hasil yang cukup baik, namun ketika hopper diberi inputan berupa cacahan plastik yang akan dilelehkan, maka hasil diameter ekstrusi belum seragam dan plastik ekstrusi berubah menjadi warna hitam. Penghitaman plastik ini disebabkan karena suhu pemanasan terlalu tinggi. Selain itu jika alat sudah tidak dipakai dalam proses ekstrusi lagi, maka terdapat plastik yang mengeras yang berkumpul pada bagian mulut n ozel. V-7
Plastik yang mengeras tersebut berbentuk mengerucut dengan ukuran diameter dalam nozel. Untuk meminimalisasikan masalah ini diperkirakan jika mulut nozel lebih kecil diameter dalamnya maka didapat kenaikan tekanan pada nozel dan hasil diameter ekstrusi dapat memenuhi syarat seragam dan lebih padat serta sisa hasil ekstrusi yang tersangkut dimulut nozel menjadi sedikit.
5.5.2
Pengujian kontrol Alat
Kontrol alat yang direncanakan adalah ketika power supply tersambung maka otomatis heater akan menyala hingga mencapai suhu yang ditentukan pada temperature controller. Ketika suhu tercapai maka motor sudah dapatdioperasikan dengan menekan tombol on (hijau) dan motor akan otomatis mati ketika suhu menurun dengan selisih 50 C dari suhu pemanasan yang diatur dan ditambah fungsi off (merah) untuk mematikan putaran motor kapanpun serta ada tombol darurat untuk memutus sumber listrik utama sebagai pengaman.
Gambar V-6 Panel kontrol Setelah rangkaian selesai dirangkai, maka diuji aktuator heater dan motor. Heater diuji dengan melihat suhunya pada display temperature controller dan motor dapat dilihat performanya melalui putaran motor. Hasil pengujian adalah secara keseluruhan fungsi kontrol sudah terpenuhi hanya saja pada bagian motor mati otomatis ketika suhu menurun dengan selisih 50 C dari suhu pemanasan belum dapat tercapai karena
V-8
rangkaian pada fungsi tersebut belum terpenuhi. Solusinya yaitu harus dilakukan perbaikan dan pembuatan kembali rangkaian untuk fungsi yang masih belum terpenuhi.
5.5.3
Pengujian Hasil Produk yang Dibuat
Kapasitas teoritik yang dirancang pada awal-awal tahap perancangan adalah 5 Kg/jam dengan hasil akhir berupa bentuk bijih plastik yang bersih dan siap dipakai untuk proses pembuatan produk plastik selanjutnya. Hasil uji coba pada alat yang sudah dibangun adalah hasil akhir produk hanya berupa ekstrusi plastik yang panjang dan belum ada proses pendinginan dan pemotongannya karena terkait batasan waktu dalam pembuatan prototipe. Selain itu hasil ekstrusi tidak berbentuk bulat dengan diameter seragam serta dihasilkan plastik yang mengalami perubahan warna, hal tersebut dikarenakan suhu pemanasan yang terlalu tinggi sehingga membuat plastik hampir mencapai titik nyalanya. Kendala lain yaitu pengujian kapasitas praktisnya
belum
diukur secara detil karena memerlukan bahan baku cacahan plastik yang cukup banyak agar dapat terlihat hasil ekstrusi yang padat dan bagus serta mudah dalam menghitungXkapasitasX produksinya.
Gambar V-7 Hasil ektrusi
V-9
KESIMPULAN DAN SARAN 6.1
Kesimpulan Dari beberapa tahap perancangan mulai merencana, mengkonsep, perancangan
detil, hingga membuat prototipe maka dapat disimpulkan bahwa 1) Solusi untuk mengatasi permasalahan limbah plastik pada Sungai Citarum adalah dengan cara mengolah limbah plastik tersebut menjadi bahan yang lebih bermanfaat sehingga dapat dijual dan dipakai kembali, salah satunya yaitu dengan membuat mesin pembuat bijih plastik yang memakai bahan baku limbah plastik dari Sungai Citarum tersebut. 2) Rancangan alat pengolah limbah plastik botol PET dengan kapasitas 5 Kg/jam sudah diselesaikan. 3) Prototipe alat pengolah limbah plastik dengan kapasitas 5 Kg/jam sudah dibuat, hanya saja belum pada sampai proses pendinginan dan pemotongan hasil ekstrusi plastiknya karena keterbatasan waktu. Spesifikasi alat yang dicapai adalah penggunaan screw feeder diameter 2 inchi panjang 700 mm pitch 41,5 mm dengan putaran 72,5 rpm
yang digerakkan oleh motor 0,25 Hp, total daya
pemanas 800 watt.
6.2
Saran Adapun saran yang perlu diberikan agar dipertimbangkan kembali beberapa poin
yang penting guna mencapai hasil alat prototipe dengan kualitas yang baik yaitu 1) Suhu optimum ekstrusi plastik belum dapat ditentukan pada angka berapa karena masih melakukan iterasi dan uji coba hasil ekstrusinya.
VI-1
2) Dilakukan mekanisme rancangan bagian penyambungan poros screw dengan kopling agar dapat mendekati 1 sumbu antara part-part tersebut sehingga putaran tersambungkan dengan baik. 3) Diperlukannya proses pendinginan dan pemotongan hasil ekstrusi plastik segera dirancang dan dibuat agar hasil biji plastik yang baik dapat didapat dari alat ini. 4) Penyempurnaan alat dengan menambah beberapa penutup untuk bagian-bagian yang memiliki potensi bahaya.
VI-2
DAFTAR PUSTAKA Conveyor Eng. & Mfg. Co, Screw conveyor Components & Design, Texas USA : CEMC, 2006. WAM Inc, Catalogue CEMA Screw conveyors, Lawrenceville USA : CEMA, 2002. Rao, Natti S & Schott, Nick R, Understanding Plastics Engineering Calculations, Munich : Hanser Publishers, 2000. Dachlan, Diella. 2013. “Indra Darmawan : Lilin Kecil di Sisi Raksasa Saguling.” Diakses pada tanggal 15 November 2016 dari http://www.citarum.org/node/1469. Pebrian, Hediyadi, Prototipe Mesin Pengolah Limbah Styrofoam Menjadi Bahan Baku Produk Berbahan Plastik Yang Ramah Lingkungan. PKM Penerapan Teknologi Mahasiswa Diploma III Program Studi Teknik Mesin. Bandung: Politeknik Negeri Bandung, 2011. Google Officer, Patents list. Diakses pada tanggal 29 Nov ember 2016 dari http://www.googlepatent.com
