## MODIFIKASI DAN DESAIN ULANG MESIN ROTATING MIXER

## Budi Hartono
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Ibn Khaldun Bogor Jl.K.H.Sholeh Iskandar Km 2 kd badak kota Bogor – 16162 bo3di_hartono@yahoo.co.id

## Abstrak
Pewarnaan  komponen  plastik  pada  industri  cetak  injeksi  plastik  dilakukan  dengan  mesin rotating mixer . Sebagai alat pendukung produksi mesin injeksi, rotating mixer akan selalu beroperasi selama  mesin  injeksi  beroperasi.  Ketidak-lancaran  operasi rotating  mixer sangat  berpengaruh  pada kapasitas produksi mesin injeksi. Tujuan modifikasi alat ini adalah meningkatkan kapasitas produksi sebesar 30% dari 50 kg/3 menit menjadi 65 kg/3 menit, untuk mengefisiensikan biaya produksi, dan menambah kesempatan waktu pemeliharaan alat.
Penerapan  modifikasi rotating  mixer dilakukan  pada  konstruksi  dengan  menghitung  kekuatan komponen  yang  dibutuhkan  dan  kemudian  diperbandingkan  dengan  komponen  yang  ada.  Setiap komponen dapat dipertahankan bila batas ijin kekuatannya berada diatas beban baru yang diberikan. Komponen akan diganti spesifikasinya bila tidak dapat menopang beban baru atau bila komponen lain yang berhubungan berubah sehingga mempengaruhi dimensi komponen tersebut.
Dari  perhitungan  didapatkan  bahwa  dengan  memodifikasi  alat  dapat  meningkatkan  kapasitas sebesar 30% dengan mengganti komponen motor daya, bearing , poros, puli, sabuk V. Komponen yang masih dapat dipertahankan adalah sambungan baut, dan rangka batang.
Kata kunci: rotating mixer, modifikasi, motor, bearing, poros

## Pendahuluan
Di  sektor  industri,  material  plastik banyak digunakan untuk menggantikan komponen  logam,  sebagai  interior  kendaraan, eksterior dari alat alat rumah tangga, elektronika, isolator  dalam  kelistrikan,  dan lain lain. Komponen - komponen plastik membutuhkan  kualitas  penampilan  yang  baik, salah  satunya  dari  sisi  warna. Mixer adalah realisasi  dari  kebutuhan  tersebut.  Fungsi mixer ialah  mencampurkan  butiran  pewarna  dengan butiran  plastik.Operasional rotating  mixer berada  dibawah tanggung  jawab  gudang  ( Ware House) ,  yang  memiliki  keterbatasan  ruang.
Penghematan jumlah rotating mixer merupakan  penghematan  ruang  dan  biaya operasional  yang  besar.  Perbandingan  antara peran  dan  kemampuan  alat  ini  di  area  injeksi plastik  menunjukkan  perlunya  peningkatan kapasitas  operasional  tanpa  menambah  alat sehubungan  dengan  keterbatasan  ruang  yang tersedia.  Suatu  area  produksi  dengan  12  mesin injeksi  berdaya  tekan  350  ton  memerlukan ±600kg/jam butiran plastik untuk dicetak. Area tersebut  memerlukan  sebuah rotating  mixer yang  berkapasitas  60kg  /  3  menit  (dihitung dengan  waktu  bongkar-muat  3  menit/ cycle ) yang    bekerja  terus  menerus  selama  mesin injeksi bekerja. Mesin injeksi beroperasi 24 jam tanpa  berhenti,  dan  mesin  hanya  beristirahat untuk inspeksi dan perawatan di akhir minggu.
Sebuah mesin rotating mixer berkapasitas  50kg  /  3  menit  tidak  dapat memenuhi kebutuhan satu area produksi. Pabrik dengan  5  area  produksi  membutuhkan  6  buah mesin rotating  mixer berkapasitas  50kg  /  3 menit,  dengan  penerapan  modifikasi    ini,  akan hanya  dibutuhkan  5  buah mesin rotating  mixer berkapasitas 65kg / 3 menit.
Penerapan  modifikasi  pada  konstruksi akan  mengefisiensikan  biaya  pengadaan  alat, operasional, manpower , dan penggunaan ruang.

## Metodologi
Modifikasi yang dilakukan pada mixer meliputi komponen-komponen sebagai berikut:
Tabel 1. Daftar Komponen Mixer Rotating
Gambar dibawah ini adalah mixer rotating yang akan di modifikasi
Gambar 1. Mixer Rotating
Diagram alir modifikasi adalah :

## Gambar 2. Diagram Alir Modifikasi

## Hasil dan Pembahasan
Modifikasi dilakukan berdasarkan data. Data perancangan dikumpulkan dengan mengobservasi  alat.  Hal  tersebut  dilakukan dalam  dua  tahap.  Tahapan  pertama  ialah mengukur  dimensi  komponen  komponen  pada mesin,  dan  menyajikannya  dalam  bentuk gambar.  Tahapan  kedua  ialah  mengidentifikasi bahan  yang  digunakan  setiap  komponen,  dan mengumpulkan  literatur  yang  berisi  data properties bahan tersebut.
Pembahasan meliputi perhitungan konstruksi  saat  ini  dengan  beban  kerja  baru yang  dinaikkan  30%  menjadi  65kg  satu  kali operasi  selama  3  menit.  Komponen  komponen lama  yang  tidak  dapat  menahan  beban  kerja baru  akan  dimodifikasi  baik  dari  segi  bahan maupun  ukuran  dengan  menghitung  ulang sesuai kebutuhan beban kerja yang baru.
Gambar 3.  Distribusi beban pada penampung
Daya  motor  yang  diperlukan  untuk memutar penampung adalah sebagai berikut: diketahui:
1. pusat  beban  material  terhadap  sumbu putar penampung (r penampung ): 0.3 m
2. massa material (m beban ) 65 kg; maka berat material (W beban ) tersebut adalah
N kg W g m W dtk m kg dtk m beban beban beban 637 637 81 . 9 65 2 2      

3. volume  bahan  penampung  (V penampung )= 5.751x10 -3 m 3
4. berat  jenis  bahan  penampung  (ρ besi )= 7.74x10 4 N/m 3
5. putaran motor (n 1 ) = 300 rpm
6. waktu akselerasi (t) = 0.2 detik 1
7. massa penampung
1 Dihitung menggunakan Stop Watch .
8. berat penampung
9. diameter poros (d poros ) = ∅ 25 mm (dianggap sama di sepanjang poros)
10. panjang poros (l poros ) = 1022 mm
11. massa poros (m poros ) 12. berat penampung Jumlah putaran puli besar setiap 1 menit rpm rpm m m n d d n 54 . 61 300 507 . 0 104 . 0 1 2 1 2     

## Torsi yang dibutuhkan untuk memutar
beban
Kecepatan sudut :
massa beban total:
  2 2 2 86 . 6 3 3 . 0 3 . 114 2 3 2 beban rotasi Kelembaman m kg I m kg I MR I       Nm T dtk rpm dtk m kg T n t I dt d I I T 04 . 221 60 54 . 61 2 . 0 2 86 . 6 60 2 ) (T dibutuhkan yang Torsi 2     
            

## Daya yang dibutuhkan
Watt P P Watt P Nm rpm P nT P start 2500 75 . 1 5 . 1424 60 04 . 221 54 . 61 2 (watt) 60 2           Sabuk V
Diketahui:
Gambar 4. Jalur sabuk antara puli besar dan puli kecil
1. diameter puli besar (d 2 ) = 0.507 m
2. diameter puli kecil (d 1 ) = 0.104 m 3. putaran motor (n 1 ) = 300 rpm
4. sabuk V tipe C dari bahan karet
5. jarak antar sumbu puli (s) = 0.9725 m
6. sudut baji sabuk V (γ) =20°
7. koefisien  gesek  antara  puli  dengan  sabuk (  ) = 0.3 2 8. tegangan tarik sabuk (σ ijin sabuk ) = 2.45 x10 6
N/m 2 9. kerapatan  bahan  karet  (ρ karet )  =  1.12  x10 5
N/m 3
10. frekuensi operasi = 20 jam / hari
2 Koefisien Gesek antara Besi Cor dan Karet;
Khurmi, Machine Design , (Eurasia Publishing
House, Delhi, 1982), tabel 17.2 hlm. 651.

## Kecepatan sabuk
dtk m mnt dtk mnt dtk d m rpm d n v 634 . 1 60 507 . 0 54 . 61 60 2 2          Luas penampang sabuk
Gambar 5. Penampang sabuk
Sudut kerja sabuk
Gambar 6.  Sudut kerja sabuk
    96 . 11 2072 . 0 sin 9725 . 0 2 104 . 0 507 . 0 2 sin 1 2        m m m s d d Sudut sentuh di puli kecil rad 72 . 2 08 . 156 ) 96 . 11 ( 2 180 2 180           

## Panjang sabuk
Panjang sabuk yang paling sesuai ialah no 121 3 dengan panjang 3073mm
3 Kiyokatsu Suga, Sularso: Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradnya Paramitha, Jakarta, 1987, tabel 5.3, hal 168.
2 4 2 10 367 . 2 67 . 236 14 2 ) 81 . 11 22 ( m mm A mm mm mm A sabuk sabuk       

## Berat sebuah sabuk
Gambar 7.  Gaya gaya yang bekerja pada poros dan sabuk
Gaya tarik (F 1 ) dan Gaya ulur (F 2 ) pada sabuk
388 . 2 log 3 . 2 20 sin 72 . 2 3 . 0 log 3 . 2 sin log 3 . 2 2 1 2 1 2 1     F F F F F F    2 1 2 1 2 1 2 1 926 . 10 926 . 10 038 . 1 log 3 . 2 388 . 2 log F F F F F F F F      Tegangan kerja sabuk sabuk sabuk A F 1   2 6 2 4 10 054 . 4 10 367 . 2 62 . 959 m N sabuk sabuk m N        Jumlah sabuk yang dibutuhkan ijinsabuk sabuk z   
Jadi dibutuhkan 2 buah sabuk tipe C121.

## Poros
diketahui:
1. berat beban (W L ) = berat penampung + berat material
=  444.6  N  +637  N =1081.6 N
2. berat poros (W Poros ) = 38.829 N
3. panjang  poros  (l poros )  =  1022  mm  = 1.022 m
4. q = W Poros / l poros = 38 N/m
5. volume bahan puli pengikut (V puli 2 ) = 2.103x10 m 3 N m W V W m N puli puli besi puli 8 . 162 10 103 . 2 10 74 . 7 3 3 4 2 2 2 3          6. berat  seluruh  sabuk  (W all  belt )  =  2  x  81 N = 162N
7. jumlah  gaya  gaya  yang  bekerja  di samping sabuk
(W side )  = W puli 2 + W all belt + F 1 + F 2 = 162.8 N+ 162 N+ 959.62 N+ 87.828N
= 1372.248 N
8. batas  mulur  bahan  poros  (σ ijin  poros )  =
2 m N 8 10 2.86 
9. modulus  young  bahan  poros  (E poros )  = 2 m N 11 10 2  N F N F F 62 . 959 828 . 87 926 . 10 926 . 10 1 2 1         N F W F F F W v F F P dtk m dtk m 828 . 87 634 . 1 5 . 1424 926 . 9 634 . 1 926 . 10 5 . 1424 2 2 2 2 2 1         N W m m W A L W belt m N belt karet sabuk sabuk belt 81 10 12 . 1 10 367 . 2 055 . 3 3 5 2 4            buah z m N m N 2 65 . 1 10
4525 . 2 10 054 . 4 2 2 6 6     
Berat penampung dan material
didistribusikan di dua titik seperti pada gambar 3-6. Beban W L dibagi dua pada jarak 720 mm.
Gambar 8. Distribusi gaya pada poros mesin rotating mixer
k) Reaksi di bearing A dan B
Distribusi momen lengkung sepanjang poros
Gambar 9. Distribusi momen lengkung sepanjang poros
1 L untuk x 
Gambar 10.  Distribusi momen lengkung untuk x < L 1             Nm m m N M L q L R M x q x R M L m N L A A x 766 . 17 0515 . 0 38 0515 . 0 344 1 1 lim 2 2 1 2 1 2 1 lim 1 2 2 1                         2 1 L x L untuk  
Gambar 11.  Distribusi momen lengkung untuk
L 1 ≤ x < L 2 3 2 L x L untuk  
Gambar12. Distribusi momen lengkung untuk L 2 ≤ x < L 3
                Nm M m m N m N M L q L L W L R M x q L x W x R M L L m N L L A L A x                                  2 2 2 lim lim 2 2 1 2 2 2 1 1 2 lim 2 2 2 1 1 671 . 112 7715 . 0 38 72 . 0 8 . 540 7715 . 0 344 5 . 0 5 . 0
               
    Nm m m N m N m N M L q L L W L L W L R M x q L x W L x W x R M m N L L L L A L L A x 097 . 149 823 . 0 38 0515 . 0 8 . 540 ... ... 7715 . 0 8 . 540 823 . 0 344 5 . 0 5 . 0 5 . 0 5 . 0 2 2 1 lim 2 3 2 1 2 3 1 3 lim 3 2 2 1 2 1 3 3                                       4 3 L x L untuk  
Gambar 13 .  Distribusi momen lengkung untuk
L 3 ≤ x < L 4
Gambar 14.  Diagram benda bebas, gaya lintang, dan momen

## Diameter poros
untuk beban dengan massa 65kg, diameter poros minimum yang dibutuhkan adalah:
 dicari berdasar momen puntir:
mm m Nm T d m N poros 20 016 . 0 10 86 . 2 04 . 221 16 16 3 8 3 2        
    dicari berdasar momen lengkung:
mm m Nm M d m N poros 20 018639 . 0 10 86 . 2 823 . 181 32 32 3 8 3 2            antara dua persamaan diatas dapat ditetapkan 20 mm sebagai diameter poros.

## Bearing
Beban  yang  bekerja  pada bearing adalah sama dengan reaksi A dan B pada poros. Reaksi  B  lebih  besar  dibandingkan  reaksi  A, karena  itu  perhitungan bearing menggunakan acuan reaksi B sebagai beban yang bekerja pada bearing (R B =W R ).
Gambar 15.  Skema Posisi Bearing diketahui:
1. beban radial bearing (W R ) = 2158.1 N
2. beban aksial bearing (W T ) = 0 N
3. diameter poros (d poros ) = 0.02m
4. untuk (d poros ) = 0.02m digunakan bearing dengan seri 6204
5. beban dinamis dasar (C) = 9810 N 4
6. faktor radial (X R ) = 0.6 5 7. faktor aksial (Y T ) = 0.5 6
8. faktor kerja (K s ) = 2 7 9. faktor umur (k) = 3
4 Khurmi, Machine Design , (Eurasia Publishing House, Delhi, 1982), tabel 22.8 hlm. 971. 5 Khurmi, Machine Design , (Eurasia Publishing House, Delhi, 1982), tabel 22.5 hlm. 967.
6 Khurmi, Machine Design , (Eurasia Publishing House, Delhi, 1982), tabel 22.5 hlm. 967.
7 Khurmi, Machine Design , (Eurasia Publishing
House, Delhi, 1982), hlm. 966.
         
              Nm m m N m N m N m N M L q L L R L L W L L W L R M x q L x R L x W L x W x R M m N L B L L L A B L L A x 597 . 43 9555 . 0 38 1325 . 0 1 . 2158 ... ... 184 . 0 8 . 540 904 . 0 8 . 540 9555 . 0 344 5 . 0 5 . 0 5 . 0 5 . 0 2 2 1 lim 2 4 2 1 3 4 2 4 1 4 lim 4 2 2 1 3 2 1 4 4                                          
  
 
Beban ekivalen             N W N W K W Y W X W e e s T T R R e 72 . 2589 2 0 5 . 0 1 . 2158 6 . 0            Umur kerja bearing
 Dalam satuan putaran   rev W C L k e 6 10           rev L rev N N L 7 6 3 10 43 . 5 10 72 . 2589 9810
           Dalam satuan jam kerja jam 4721 1 54 . 61 60 10 43 . 5 60 7 2       rpm rev n L L H
Balok Penyangga dan Batang Rangka
(a) (b) 8
Gambar16. (a) Bearing holder, (b) Penampang balok penyangga
8 Penyangga dari alat ini adalah baja profil L 80x45x8 yang selanjutnya disebut balok.
Diketahui:
1. beban yang bekerja pada balok penyangga adalah beban terbagi rata
2. beban radial bearing (W R ) = 2158.1 N 3. berat pemegang bearing (W bearingholder ) =
74.235 N 4. berat bearing (W bearing ) = 8.8 N
5. panjang balok (L balok ) = 0.272 m
6. modulus  young  bahan  balok  (E balok )  =
2 m N 11 10 2  7. berat balok (W balok ) = 26.295N
8. jumlah balok (z balok ) = 6
9. Ø  mayor  batang  (d 2 )  =  Ø50mm  =
Ø0.05m 10. Ø  minor  batang  (d 1 )  =  Ø40mm  =
Ø0.04m 11. batas  mulur  bahan  batang  (σ ijin  batang )  =
2 m N 8 10 78 . 1 
12. modulus young bahan batang (E batang ) =
2 m N 11 10 2  Beban pada balok penyangga
Q = W R +W bearingholder +W bearing
Q = 2158.1 N +74.235 N +8.8 N
Q = 2241.135 N q = Q / L balok q  =  2241.135  N  /  0.272m  =  8239.467
N/m
Beban pada batang rangka     N N N W z W Q W balok balok 9 . 2398 6 295 . 26 135 . 2241 batang batang        q balok = W batang / L balok q balok = 2398.9 N / 0.272 m = 8819.5 N/m q balok = 2398.9 N / 0.272 m = 8819.5 N/m
Gambar 17.  Skema gaya yang bekerja pada titik simpul J dan L
Sudut batang
             905 . 16 304 . 0 997 . 0 2 272 . 0 878 . 0 tan
  m m m Reaksi di titik J dan L N F F N N R F N m R F L q F L q L L F F R L q L L R M jk lm L lm m N L lm balok lm balok balok balok lm lm L balok balok balok L J 176 . 1171 176 . 1171 905 . 16 cos 568 . 1120 cos 568 . 1120 272 . 0 467 . 8239 cos cos cos cos 0 0 2 1 2 1 2 1 2 1                                        j). Momen kelembaman balok (profil L) Gambar 18.  Titik pusat balok mm y mm y mm x mm x mm mm mm A mm mm mm A 40 4 4 5 . 26 640 8 80 296 8 37 2 1 2 1 2 2 2 1               Titik pusat balok     mm x x A
A x A x A x
c c c 115 . 11 640 296 4 640 5 . 26 296 2 1 2 2 1 1                   mm y y A A y A y A y c c c 615 . 28 640 296 40 640 4 296 2 1 2 2 1 1              
Titik  pusat berada  pada  (-11.115,  - 28.615)
Momen  kelembaman  balok  penyangga tersebut  (dengan  menyederhanakan  bentuk penampang balok) adalah:
     
4 1 4 4 1 2 2 3 12 1 1 2 1 1 3 12 1 1 54 . 180924 87 . 179345 67 . 1578 ) 4 ( 615 . 28 296 8 37 mm Ix mm mm Ix mm mm mm mm mm Ix y y A bh Ix c              
      4 2 4 4 2 2 2 3 12 1 2 2 2 2 3 12 1 2 33 . 379700 99 . 38366 33 . 341333 ) 615 . 28 ( 40 296 80 8 mm Ix mm mm Ix mm mm mm mm mm Ix y y A bh Ix c               4 7 4 4 4 2 1 10 606 . 5 87 . 560624
33 . 379700 54 . 180924 m Ix mm Ix mm mm Ix Ix Ix Ix        
t).Momen di titik J, L dan ditengah balok (L balok /2)
          Nm M m M L q M Nm M M m M L q M M M L m N L balok L L J m N J balok J L J 4 . 25 272 . 0 467 . 8239 8 . 50 272 . 0 467 . 8239 2 2 24 1 2 2 24 1 2 2 12 1 2 12 1                 

## Sudut defleksi balok
                   000386 . 0 10 16 . 6 10 606 . 5 10 2 24 272 . 0 467 . 8239 24 1 5 4 7 11 3 3 2 rad m m rad L q m N m N balok   
Defleksi balok
  m m y m m y L q y balok m N m N balok balok balok  045 . 1 10 045 . 1 10 606 . 5 10 2 384 272 . 0 467 . 8239 384 1 6 4 7 11 4 4 2                   Luas potongan batang     2 5 2 batang 2 1 2 batang 10 854 . 7 04 . 0 05 . 0 4 4 m m m A d d A          Tegangan batang 2 7 2 5 batang 10 491 . 1 10 854 . 7 176 . 1171 m N jk jk jk m N A F        
karena σ ijinbatang > σ jk maka batang tersebut aman.

## Puli
diketahui:
1. diameter puli besar(d 2 ) = 0,507 m 2. diameter puli kecil(d 1 ) = 0.104 m 3. volume bahan puli pengikut (V puli 1 )=
2.85x10 -4 N m V W m N besi 05 . 22 10 85 . 2 10 74 . 7 3 4 4 puli 1 puli 3 1         
4. volume bahan puli pengikut (V puli 2 )= 2.103x10 -3 m 3 5. N m V W m N besi 8 . 162 10 103 . 2 10 74 . 7 3 3 4 puli puli 3 2 2         
6. jumlah lengan puli besar = 4
7. rasio ukuran Ø mayor (a) dan Ø minor (b) = 2
8. batas mulur bahan puli (σ ijin puli ) = 2 m N 8 10 78 .
1 
9. Kecepatan rim
Tegangan sentrifugal yang bekerja pada rim puli besar (σ s ) adalah:
  2 2 3 4 2 4 2 10 11 . 2
806 . 9 634 . 1 10 74 . 7 m N s dtk m dtk m m N s besi s g v           karena σ ijin puli > σ s maka puli tersebut aman.
Momen yang bekerja pada puli besar (M) adalah:
Nm Nm z T M 52 . 110 4 04 . 221 2 2    
Ukuran Ø minor (b) dari penampang ellips   puli ijin 3 3 puli ijin 3 2 2 puli ijin 8 8 8 2 32 32                 M b b M b b b ba Z Z M mm m b Nm b Nm b M b 6 . 11 10 16 . 1 10 78 . 1 8 52 . 110 10 78 . 1 8 52 . 110 8 2 - 3 m N 8 3 m N 8 3 puli ijin 2 2                Ukuran Ø mayor (a) dari penampang ellips
mm a mm a b a
2 . 23 6 . 11 2 2     dtk m mnt dtk mnt dtk v rpm m v n d v 634 . 1 60 54 . 61 507 . 0 60 2     



## Baut
diketahui:
1. gaya batang (F jk ) = 1118.35 N
2. sambungan menggunakan baut M14
3. diameter minor baut M14 (d minor ) =
11.546mm = m 2 10 15 . 1  
4. tegangan geser yang diijinkan (τ ijin baut )
= 2 8 10 38 . 8 m N  luas penampang baut   2 4 2 2 2 minor 10 04 . 1 10 15 . 1 4 4 m m A d A baut baut         
Tegangan geser yang bekerja pada baut
2 7 2 4 10 075 . 1 10 04 . 1 35 . 1118 m N baut jk m N A F        
karena τ ijin baut > τ , maka baut tersebut aman.

## Kesimpulan
Hasil  perhitungan  menunjukkan  kemungkinan peningkatan  kapasitas  produksi  dari  alat rotating mixer sebesar 30% dari 50kg / 3 menit menjadi  65kg  /  3  menit.  Peningkatan  kapasitas produksi  tersebut  dapat  diwujudkan  dengan mengganti  beberapa  komponen  pada  alat tersebut  sesuai  dengan  hasil  perhitungan sebagai berikut

## Daftar Pustaka
1. Agustinus,  Supriyono, Rangka  Batang ,
ATMI, Solo, 1981
2. Au, Tung, Elementary Structural
Mechanics ,  Prentice  Hall  of  India,  New Delhi, 1965
3. Egor.  P.  Popov, Mechanics ,  Erlangga, Jakarta, Cetakan ke-7, 1996.
4. Halliday, Resnick, Physics , Erlangga,
Jakarta, 1998. 5. Khurmi, Machine Design , Eurasia Publishing House, Delhi, 1982. 6. Kiyokatsu Suga, Sularso, Dasar Perencanaan  dan  Pemilihan  Elemen Mesin , Pradnya Paramitha, Jakarta, 1987.
7. _________, Standard Component for Plastic Mold , Tokyo, 2003.
8. _________, Tabel  Elemen  Mesin ,  ATMI, Solo, 1995