## ANALISA DISAIN MESIN PENCACAH PLASTIK DENGAN PISAU PEMOTONGAN LURUS DAN BERPENGGERAK TANGAN

## Bahrul Ilmi
Dosen Program Studi Teknik Mesin Universitas IBA email : bahrul.ilmi.uiba@gmail.com

## ABSTRAK
Penelitian  terhadap  disain  mesin  pencacah  plastik  yang  banyak  dilakukan  saat  ini  adalah  untuk  mesin dengan  desain  menggunakan  motor  penggerak  listrik.  Begitu  juga  mesin-mesin  pencacah  plastik  yang saat  ini  banyak  dijual  di  pasaran  adalah  mesin  yang  yang  berkapasitas  cukup  besar  dan  menggunakan penggerak  mesin  bensin  atau  diesel  dan  menggunakan  motor  listrik  berdaya  listrik  diatas  750  watt. Mesin-mesin ini tidak cocok dipakai untuk usaha skala mikro misalnya untuk dipakai para pemulung dan juga  usaha  skala  rumah  tangga.  Berangkat  dari  latar  belakang  permasalahan  tersebut  maka  tujuan penelitian ini adalah menganalisa suatu disain mesin pencacah sampah plastik yang berkapasitas kecil dan hanya digerakkan oleh tangan, sehingga dapat dipergunakan dalam usaha skala rumah tangga dan mikro. Sebagai  batasan  penelitian,  mesin  yang  dianalisa  ini  menggunakan  pisau  pemotong  lurus  dan  sampah plastik  yang  dicacah  berupa  cup  kemasan  air  minum.  Dilakukan  perhitungan  dan  analisa  elemen  mesin seperti  poros  dan  bantalan  untuk  melihat  kekuatan  dan  keamanan  komponen  mesin.  Analisa  persentase cup  plastik  tercacah  dan  kapasitas  mesin  per  jam  dilakukan  untuk  melihat  apakah  mesin  cukup  efektif untuk dipergunakan. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa disain mesin sudah cukup baik karena mudah digunakan, umpan plastik dapat dicacah dengan baik dengan  kapasitas pencacahan mesin sebesar 0,46 kg per jam.
Kata Kunci: pencacah plastik, pisau pemotongan lurus, berpenggerak tangan

## 1. PENDAHULUAN
Plastik  merupakan  bahan  yang  tidak  terpisahkan  dalam  kehidupan  kita  sehari-hari. Dengan berbagai kelebihannya plastik dipakai di hampir semua bidang kehidupan. Sayangnya sampah dari bahan plastik ini tidak dapat dengan mudah terurai secara alami. Berjuta-juta ton bahan ini menumpuk memenuhi bumi di daratan maupun di lautan. Menurut kepala tim ilmuan Universitas  Georgia  AS  Dr.  Jenna  Jembeck  (Parker,  Laura.  2015)  setiap  tahunnya  sampah plastik  dibuang  sebanyak  delapan  juta  ton  ke  lautan  di  seluruh  dunia  dan  hal  ini  disebabkan kesalahan dalam tata kelola sampah. Berdasarkan penelitian pakar ekologi Australia Dr. Christ Wilcox  (Moore,  Darrel.  2015),  sampah  plastik  dibuang  sebanyak  4  -  12  juta  ton  ke  perairan setiap negara. Dari penelitian ini terungkap bahwa Indonesia menempati urutan kedua setelah China dari 20 negara yang bertanggung jawab terhadap 83% sampah plastik yang mencemari lautan dunia.
Pengelolaan  sampah  plastik  ini  dapat  lebih  optimal  jika  setiap  komponen  masyarakat turut  serta  didalam  pengelolaannya.  Selama  ini  di  Indonesia  peran  pemulung  sangat  berarti didalam  mengurangi  jumlah  sampah  plastik  yang  dibuang.  Para  pemulung  mengumpulkan sampah ini lalu dibersihkan dan dijual ke  pengepul lalu dari pengepul dijual ke pabrik dalam bentuk  plastik  yang  sudah  dicacah  halus.  Sampah  plastik  ini  menjadi  berharga  dan  nilainya meningkat  lebih  dari  dua  kali  lipat  jika  sudah  dibersihkan  dan  dicacah  halus  dibandingkan yang  belum  dicacah  halus.  Sampah  plastik  yang  sudah  dicacah  halus  ini  memudahkan  dan ekonomis  dalam  pengangkutannya  untuk  didaur  ulang  lagi  di  pabrik  menjadi  barang-barang plastik.
Penelitian  yang  dilakukan  terhadap  disain  mesin  pencacah  plastik  yang  dilakukan Rajagukguk  (Rajagukguk,  Jenniria.  2013),  penelitian  yang  dilakukan  Syamsiro  (Syamsiro,
Mochamad. et.al. 2016), penelitian yang dilakukan Upingo (Upingo, Hariyanto. et.al. 2016) dan penelitian-penelitian  lain  saat  ini  adalah  untuk  mesin  dengan  desain  menggunakan  motor penggerak  listrik.  Begitu  juga  mesin-mesin  pencacah  plastik  yang  saat  ini  banyak  dijual  di pasaran adalah mesin yang yang berkapasitas cukup besar dan menggunakan penggerak mesin bensin  atau  diesel  dan  menggunakan  motor  listrik  berdaya  listrik  diatas  750  watt.  Hal  ini menyebabkan  mesin-mesin  ini  tidak  cocok  dipakai  untuk  usaha  skala  mikro  misalnya  untuk dipakai  para  pemulung  dan  juga  usaha  skala  rumah  tangga.  Berangkat  dari  latar  belakang permasalahan  tersebut  maka  tujuan  penelitian  ini  adalah  menganalisa  suatu  disain  mesin pencacah sampah plastik yang berkapasitas kecil dan hanya digerakkan oleh tangan, sehingga dapat  dipergunakan  dalam  skala  rumah  tangga  dan  terutama  para  pemulung  untuk meningkatkan  nilai  tambah  produk  yang  dihasilkannya,  sehingga  dapat  meningkatkan kesejahteraan mereka. Sebagai batasan penelitian, mesin yang dianalisa ini menggunakan pisau pemotong lurus dan sampah plastik yang dicacah berupa cup kemasan air minum.

## 2. LANDASAN TEORI

## 2.1.  Plastik
Menurut Tata Surdia (Surdia, Tata. 1992), jenis plastik plastik yang banyak dipergunakan untuk  mengemas  air  minum  kemasan  botol  dan  cup  adalah poly  ethilene  teraphtalat (PET) karena    mudah  diolah,  yaitu  dicetak  dengan  penekanan,  injeksi, ekstrusi  peniupan  dan  dengan hampa udara. Polietilen pada temperatur rendah bersifat fleksibel tahan impak dan tahan bahan kimia.
Plastik-plastik  yang  dipergunakan  industri  dalam  mengemas  produknya  terdiri  dari beberapa  jenis  polimer  yang  berbeda-beda  rantai  monomernya.  Umumnya  ada  tujuh  jenis polimer yang dipergunakan dan diberi kode dengan logo segi tiga panah (logo daur ulang) dan diberi angka  1  sampai  7  oleh The  Society  of  Plstic Industry . Ketujuh jenis  polimer  ini  secara berurutan, yaitu: poly ethilen teraphtalat (PET), high density poly ethilene (HDPE), poly vinyl chloride (PVC), low  density  poly  ethilene (LDPE), poly  propilene (PP), poly  stirene (PS)  dan polimer-polimer jenis lain.

## 2.2   Siklus Perancangan Produk
Menurut David G Ullman (Ullman, David. G. 1997) dalam perancangan produk terdapat siklus kehidupan produk, yaitu dimulai dengan identifikasi kebutuhan, kemudian merencanakan proses perancangan, mengembangkan kebutuhan teknis, mengembangkan konsep, mengembangkan produk, manufaktur produk, perakitan, distribusi, instalasi,  pemakaian produk oleh konsumen dan akhirnya didaur ulang atau digunakan kembali.
Menurut  Karl  T  Ulrich  (Ulrich.  1995)  dalam  perspektif  investasi,  hasil  pengembangan produk yang sukses adalah yang dapat diproduksi dan terjual secara menguntungkan. Ada lima dimensi  yang  diperhitungkan  untuk  mengukur  kinerja  pengembangan  produk,  yaitu:  kualitas produk, biaya manufaktur, lamanya waktu pengembangan, biaya pengembangan dan kapabilitas produk.
Pada mesin pencacah sampah plastik yang diteliti ini bahan baku yang akan diolah/umpan berupa    plastik  PET  sampah    kemasan    cup  air    minum.  Plastik  ini  dipotong-potong  dengan pisau  pemotongan  lurus  menjadi  serpihan-serpihan  kecil.  Untuk  menggerakkan  poros  pisau digunakan tangan dengan mekanisme transmisi rantai dan sproket.
Proses  kerja  mesin  diawali  dengan  menggerakkan  tuas  pemutar  yang  dihubungkan dengan sproket, lalu sproket menggerakkan rantai yang dihubungkan dengan sproket pada poros pisau  pemotong,  pisau  pemotong  terdiri  dari  pisau  gerak  dan  pisau  diam,    selanjutnya  plastik dimasukkan ke dalam hopper yang selanjutnya masuk ke dalam mesin dan dipotong oleh pisau gerak dan ditahan pisau diam agar benda terpotong  dengan  sempurna.  Bagian  hasil  potongan yang  halus  akan keluar  melalui  saringan, selanjutnya hasil potongan ini ditampung di tempat penampungan.

## 2.3  Perhitungan Elemen Mesin
Bagian  atau  elemen  mesin  pada  mesin  manual  pencacah  sampah  plastik  ini  terdiri  dari rangka,  casing/rumah  mesin,  sproket,  rantai,  poros,  bantalan  dan  pisau  potong.  Perhitungan poros, bantalan, sproket dan rantai disusun secara garis besarnya saja.
2.3.1 Poros Transmisi
Daya ditransmisikan pada poros ini melalui sproket rantai. Pembebanan utamanya berupa torsi,  pembebanan  berupa  lenturan  nilainya  kecil.  Jika  momen  puntir  adalah  T  (kg.mm)  maka (Sularso, 1994):    102 60 / 2 1000 / n T = Pd 
Sehingga,
𝑇 = 9,74 𝑥 10 5 𝑃𝑑 𝑛
Bila  momen  rencana  T  (kg.mm)  dibebankan  pada  suatu  diameter  poros  d s (mm)  maka tegangan geser  (kg/mm2) yang terjadi adalah:
3 3 s 5,1 16 / d d T = π T = τ
Tegangan geser yang diizinkan untuk pemakaian umum pada poros dapat diperoleh dengan berbagai cara.  Dihitung atas dasar batas kelelahan puntir yang besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan tarik (kg/mm2). Jadi batas kelelahan puntir  adalah  18%  dari  kekuatan  tarik  ,  sesuai  dengan  standar  ASME.  Untuk  harga  18%  ini faktor  keamanan  diambil  sebesar  1/0,18  =  5,6.  Harga  5,6  ini  diambil  untuk  bahan  SF  dengan kekuatan  yang  dijamin,  dan  6,0  untuk  bahan  S-C  dengan  pengaruh  masa,  dan  baja  paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sf1 (Surdia, 1992).

## 2.3.2 Bantalan
Bantalan  adalah  elemen  mesin  yang  menumpu  poros  berbeban,  sehingga  putaran  atau gerakan  bolak-baliknya  dapat  berlangsung  secara  halus,  aman  dan  panjang  umur.  Bantalan dapat diklasifikasikan atas:
1. Gerakan bantalan terhadap poros
- Bantalan luncur, pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.
- Bantalan gelinding, pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.
2. Arah beban terhadap poros
- Bantalan radial. Arah beban yang ditumpu adalah tegak lurus sumbu poros.
- Bantalan aksial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros.
- Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
Dalam perencanaan bantalan radial, kekuatan bantalan termasuk hal yang penting. Kekuatan bantalan diberikan setelah diameter poros telah ditentukan. Misalkan pada sebuah bantalan ujung terdapat suatu beban yang terbagi rata dan bekerja pada bantalan dari sebelah bawah. Panjang bantalan dinyatakan dengan l (mm), beban persatuan panjang dengan W (kg), serta reaksi pada tumpuan dihitung, maka:

## 𝑊 = 𝑤𝑙
Besarnya momen lentur maksimum yang ditimbulkan oleh gaya-gaya di atas adalah:
𝑀 = 𝑤𝑙 2 2 ⁄ = 𝑊𝑙 2 ⁄
Besarnya momen tahan lentur untuk poros lingkaran pejal adalah Z = πd 3 /32 dan M≤ σ a Z dimana σ a (kg/mm 2 ) adalah tegangan lentur yang diijinkan, maka:
𝑊𝑙 2  ≤   𝜎 𝑎 ⁄ ( 𝜋𝑑 3 32 ) 𝑙 ≤ 𝜋 16 𝜎 𝑎 𝑊 𝑑 3 = 1 5,1 𝜎 𝑎 𝑊 𝑑 3 = 𝑙 𝑚𝑎𝑥
𝑑 ≥ √5,1 𝑊𝑙 𝜎 𝑎 ⁄ 3

## 3. METODE PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan yang Dibutuhkan
3.1.1 Alat
Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian ini secara garis besar antara lain:
a. Mesin las listrik
b. Mesin rol
c. Mesin bubut
d. Mesin gurdi
e. Mesin gergaji
f. Mesin gerinda
g. Kikir dan amplas
h. Jangka sorong dan mistar baja
i. Tang dan kunci pas
j. Timbangan pegas
3.1.2 Bahan
Bahan  yang  akan  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  untuk  pembuatan  mesin  dan pengujian mesin, secara garis besar antara lain:
a. Batang baja AISI 4340 untuk poros mesin
b. Baja per untuk pisau gerak dan pisau diam
c. Pelat baja untuk saringan dan rumah mesin
d. Baja profil L untuk rangka dan kaki mesin
e. Bantalan
f. Sproket
g. Rantai rol
h. Tuas putar
i. Flywheel
j. Cat mesin
k. Plastik cup air minum

## 3.2 Diagram Alir Penelitian
Tidak Ya Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian Identifikasi Masalah Formulasi Konsep Pemecahan Masalah Pembuatan Prototipe Mesin Pengujian Mesin Apakah Disain Mesin Sudah Baik ? Perhitungan Elemen Mesin Mulai
Selesai Analisa

## 4.  PENGOLAHAN DATA
4.1  Perhitungan Elemen Mesin
4.1.1 Poros
Pada mesin pencacah ini terdapat dua poros. Data dan perhitungan poros mesin pencacah plastik yang telah dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Panjang tuas engkol (r 1 ) = 16 cm = 0,16 m ( hasil pengukuran ).
2. Beban untuk memutar engkol (p 1 ) = 1 kg ( hasil pengukuran ).
3. Percepatan gravitasi (g) = 9,81m/s 2 .
4. Putaran poros I (n 1 ) = 130 rpm ( hasil pengukuran ).
5. Jari-jari sproket 1 (r2) = 10 cm = 0,1 m.
6. Jari-jari sproket 2 (r3) = 3,5 cm = 0,035 m.
7. Gaya untuk memutar engkol (F 1 )  = 9,81 N.
8. Torsi pada poros 1 (T 1 ) = 1,57 Nm.
9. Kecepatan sudut (ω) = 13,61 rad/s.
10. Daya yang ditransmisikan (P) = 0,021 kW.
11. Daya rencana ( Pd ) pada poros I =  0,029 kW.
12. Momen puntir rencana pada poros I (T)  =  217,3 kg.mm.
13. Tegangan geser yang diizinkan (τ a ) = 4 kg/mm 2 .
14. Diameter poros I (ds I ) =  8 mm.
15. Diameter poros II (ds II ) =  10 mm.
4.1.2 Bantalan
Mesin  ini  menggunakan  bantalan  bola  radial  alur  dalam  baris  tungal,  agar  mampu menerima beban radial.
1. Beban ekivalen  dinamis (P) = 8,758 kg.
2. Beban radial ekivalen Statis (P O ) =  9,384 kg.
3. Faktor kecepatan bantalan bola (fn) = 0,477.
4. Faktor umur bantalan bola (fh) = 54,464.
5. Umur nominal bantalan bola (Lh) = 9221 Tahun.

## 4.1.2 Komponen Mesin
Komponen-komponen mesin pencacah plastik ini terdiri dari 14 komponen utama, yaitu:
1. Rumah mesin.
2. Saluran masuk.
3. Rangka.
4. Poros.
5. Bantalan.
6. Sproket kecil.
7. Rantai.
8. Sproket besar.
9. Tuas engkol.
10. Saringan.
11. Pisau tetap.
12. Flywheel.
13. Saringan keluar.
14. Pisau gerak.
Keseluruhan komponen mesin di atas dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 4.1. Komponen Mesin

## 4.2 Hasil Pengujian Mesin Pencacah
Pengujian dilakukan menggunakan tiga merek bahan cup plastik air minum, yaitu Aqua, Daira dan Alfa One. Adapun data hasil pengujian mesin pencacah dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini.
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Pencacahan
No. Merek Cup Plastik Tebal Rerata (mm) Berat Rerataper 10 Cup (gr ) Waktu Pencacahan ( detik ) Berat Rerata Hasil (gr) Persentase Tercacah Bibir Badan 1 Aqua 0,85 0,25 33.3 180 23.05 23,05/33,3 x 100% =  69,21 % 2 Daira 0,80 0,25 31.9 180 23.20 23,20/31,9 x 100% =  72,73 % 3 Alfa 0,82 0,25 32,3 180 22.85 22,85/32,3 x 100% =  70,74 %

## 5.  HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari hasil perhitungan elemen mesin dapat dilihat bahwa poros mesin cukup kuat dan aman. Bantalan  yang  direncanakan  cukup  tahan  lama  menahan  beban  yang  ada.  Dimensi  keseluruhan mesin  adalah  600  mm  x  350  mm  x  1200  mm.  Mesin  pencacah  plastik  ini  dapat  dilihat  pada gambar-gambar berikut ini.
Gambar 5.1 Tampak Depan dan Belakang Mesin
Gambar 5.2 Tampak Dalam Mesin
Dari  hasil  pengujian  mesin  pencacah  yang  dilakukan  dengan  tiga  merek  cup  air  minum cukup efektif. Nilai rerata persentase cup plastik yang tercacah dapat dilihat pada tabel berikut ini.
Tabel 5.1 Nilai Rerata Cup Plastik Tercacah
No. Rerata Tebal Cup (mm) Rerata Berat per 10 Cup   (gr ) Rerata Waktu Pencacahan ( detik ) Rerata Berat Hasil (gr) Rerata Persentase Tercacah Bibir Badan 1 0,823 0,25 32.5 180 23.03 23,03/32,5 x 100% =  70,87 % Kapasitas Pencacahan per jam = 3600 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘/𝑗𝑎𝑚 180 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 x 23,03 gram
= 460,6 gram/jam
= 0,46 kg/jam

## 6.   KESIMPULAN
Dari  pembahasan  terhadap  hasil  penelitian  ini,  maka  dapat  ditarik  kesimpulan  sebagai berikut:
1. Komponen mesin cukup kuat dan aman dioperasikan.
2. Desain mesin pencacah plastik dengan pisau pemotongan lurus dan berpenggerak tangan ini cukup efektif mencacah plastik cup air minum dengan rerata persentase plastik yang tercacah sebesar 70,87 %.
3. Kapasitas  pencacahan  mesin  sebesar 0,46  kg/jam  sudah  cukup  memenuhi  kebutuhan  untuk penggunaan dalam skala industri rumah tangga.

## DAFTAR PUSTAKA
Moore, Darrel. 2015. Eight Million Tonnes of Plastic Dumped in World’s Oceans Each Years.
CWIM Journal Online. Posted on 13 February 2015. www.ciwm-
journal.co.uk/archives/12133 . Diakses 2 Mei 2017.
Parker,  Laura.  2015.  Eight  Million  Tons  of  Plastic  Dumped  in  Ocean  Every  Year.  National
Geographic. Published February 13, 2015. http://
news.nationalgeographic.com/news/2015/02/150212-ocean-debris-plastic-garbage- patches-science/ . Diakses 2 Mei 2017.
Rajagukguk,  Jenniria.  2013.  Analisis  Perancangan  Mesin  Penghancur  Plastik.  Jurnal  Dinamis.
Volume  2  No.  12.  Januari  2013.  ISSN:  0216-7492. http://  jurnal.usu.ac.id/ index.php/jddtm/article/view/3710/1757 . Diakses 9 Mei 2017.
Sularso. 1994. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Pradnya Paramita. Jakarta.
Surdia, Tata. 1992. Pengetahuan Bahan Teknik. Pradnya Paramita. Jakarta.
Syamsiro,  Mochamad.  et.al.  2016.  Rancang  Bangun  Mesin  Pencacah  Plastik  Sebagai  Bahan Baku Mesin Pirolisis Skala Komunal. Jurnal Mekanika dan Sistem Termal. Volume 1 No.
2. Agustus 2016. e-ISSN: 2527-4910.
https://www.researchgate.net/ publication/309210723_Rancang_Bangun_Mesin_Pencacah_Plastik_Sebagai_Bahan_Ba ku_Mesin_Pirolisis_Skala_Komunal . Diakses 9 Mei 2017.
Ullman, David G. 1997. The Mechanical Design Process. McGraw-Hill, Inc. Singapore.
Ulrich, Karl T, Steven D. Epinger. 1995.  Product Design and Development. McGraw-Hill, Inc. Singapore.
Upingo,  Hariyanto.  et.al.  2016.  Optimalisasi  Mesin  Pencacah  Plastik  Otomatis.  Jurnal Teknologi  Pertanian  Gorontalo.  Volume  1  No.  2.  Oktober  2016.  e-ISSN:  2503-2992. https://www.researchgate.net/publication/316739146_OPTIMALISASI_ MESIN_PENCACAH_PLASTIK_OTOMATIS . Diakses 9 Mei 2017.