Analisis Kinerja Mesin Pencacah Plastik Berdasarkan Kecepatan Putar, Getaran, Kapasitas, dan Kualitas Hasil Cacahan

Mesin pencacah plastik merupakan salah satu teknologi yang digunakan untuk memperkecil ukuran sampah plastik sebelum memasuki proses pengolahan atau daur ulang. Material plastik yang semula berukuran besar dipotong menjadi serpihan yang lebih kecil agar lebih mudah disimpan, diangkut, dipilah, dan diproses kembali.

Kinerja mesin pencacah tidak hanya ditentukan oleh kemampuan mesin dalam menghasilkan cacahan. Kondisi komponen mekanis, kecepatan putar, ketajaman pisau, kestabilan rangka, tingkat getaran, kapasitas produksi, dan keseragaman hasil cacahan juga perlu diperhatikan. Oleh karena itu, evaluasi mesin pencacah harus dilakukan secara menyeluruh agar dapat diketahui apakah mesin mampu bekerja secara efektif dan tetap stabil selama beroperasi.

Poros dan Pisau Pencacah

Poros merupakan salah satu komponen utama pada mesin pencacah plastik. Komponen ini berfungsi menopang dan memutar pisau pencacah. Putaran dari motor listrik diteruskan melalui sistem transmisi menuju poros sehingga pisau dapat bergerak dan memotong material plastik yang dimasukkan ke dalam ruang pencacah.

Selama proses pencacahan, poros menerima beberapa jenis beban, antara lain beban puntir, beban lentur, dan beban kejut. Beban puntir muncul karena poros meneruskan torsi dari motor atau gearbox. Beban lentur terjadi akibat berat komponen dan gaya yang bekerja pada pisau. Sementara itu, beban kejut muncul ketika pisau mengenai material plastik yang keras, tebal, atau memiliki bentuk tidak seragam.

Kondisi poros harus diperhatikan karena poros yang tidak lurus, tidak seimbang, atau tidak terpasang dengan baik dapat menyebabkan getaran berlebihan. Getaran tersebut kemudian diteruskan menuju bantalan, rangka, dan landasan mesin. Dalam jangka panjang, kondisi ini dapat mempercepat keausan komponen dan menurunkan kestabilan operasi mesin.

Pisau pencacah berfungsi memotong, merobek, atau menghancurkan material plastik menjadi ukuran yang lebih kecil. Kinerja pisau dipengaruhi oleh bentuk, jumlah, susunan, sudut potong, ketajaman, dan jenis material yang digunakan. Jarak antara pisau berputar dan pisau diam juga memengaruhi keberhasilan proses pencacahan.

Pisau yang tajam dapat menghasilkan proses pemotongan yang lebih cepat dan cacahan yang lebih seragam. Sebaliknya, pisau yang tumpul memerlukan gaya potong yang lebih besar. Kondisi tersebut dapat meningkatkan beban motor, menurunkan kecepatan putar poros, memperbesar getaran, dan menyebabkan material tersangkut di dalam ruang pencacah.

Oleh karena itu, pemeriksaan ketajaman, keseimbangan, dan posisi pemasangan pisau perlu dilakukan secara berkala. Susunan pisau yang tidak seimbang dapat menimbulkan gaya sentrifugal yang tidak merata dan menjadi salah satu penyebab munculnya getaran pada mesin.

Bantalan Poros

Bantalan atau bearing merupakan komponen yang berfungsi menopang poros sekaligus mengurangi gesekan saat poros berputar. Bantalan memungkinkan poros bergerak dengan stabil dan mempertahankan posisi poros selama mesin beroperasi.

Kondisi bantalan sangat berpengaruh terhadap tingkat getaran mesin. Kerusakan permukaan lintasan bantalan, keausan elemen gelinding, pelumasan yang tidak memadai, kelonggaran, dan ketidaksejajaran dapat menyebabkan peningkatan getaran. Selain itu, pemasangan bantalan yang terlalu longgar atau terlalu kencang juga dapat mengganggu gerakan poros.

Rumah bantalan menjadi salah satu titik penting dalam pengukuran getaran karena getaran yang berasal dari poros akan diteruskan ke bagian tersebut. Oleh sebab itu, pengukuran pada bantalan dapat memberikan gambaran mengenai kondisi dinamis poros dan komponen mesin lainnya.

Pada mesin pencacah plastik, beban yang diterima bantalan tidak selalu konstan. Beban dapat berubah ketika ukuran, ketebalan, dan jumlah plastik yang masuk ke ruang pencacah berbeda-beda. Perubahan beban tersebut dapat memengaruhi respons getaran pada bantalan.

Kecepatan Putar Mesin

Kecepatan putar menunjukkan jumlah putaran poros dalam satu menit dan biasanya dinyatakan dalam satuan revolusi per menit atau rpm. Kecepatan putar merupakan salah satu parameter penting karena memengaruhi jumlah pemotongan, kapasitas pencacahan, ukuran cacahan, gaya dinamis, dan getaran mesin.

Semakin tinggi kecepatan putar poros, semakin banyak proses pemotongan yang dapat terjadi dalam satu satuan waktu. Kondisi tersebut berpotensi meningkatkan kapasitas pencacahan. Namun, peningkatan kecepatan tidak selalu menghasilkan kinerja yang lebih baik.

Kecepatan yang terlalu tinggi dapat meningkatkan gaya sentrifugal, getaran, kebisingan, panas, dan beban dinamis pada komponen. Sebaliknya, kecepatan yang terlalu rendah dapat menyebabkan kapasitas pencacahan menurun dan material tidak terpotong secara sempurna.

Pada mesin yang menggunakan pulley dan gearbox, putaran motor tidak selalu sama dengan putaran poros pencacah. Sebagai contoh, motor dapat memiliki kecepatan 1.400 rpm, tetapi putaran poros pencacah menjadi lebih rendah setelah melalui sistem reduksi.

Hubungan putaran input dan output gearbox dapat dituliskan sebagai:

Keterangan:

• $i$ = rasio reduksi gearbox;
• $n_{\mathrm{in}}$ = putaran poros masuk, rpm;
• $n_{\mathrm{out}}$ = putaran poros keluar, rpm.

Putaran poros keluaran dapat dihitung menggunakan:

Oleh karena itu, penelitian harus menjelaskan secara tegas apakah nilai 1.400 rpm merupakan putaran motor atau putaran aktual poros pencacah.

Getaran Mekanis pada Mesin Pencacah

Getaran mekanis merupakan gerakan bolak-balik suatu komponen mesin terhadap posisi keseimbangannya. Pada mesin berputar, getaran dapat muncul akibat gaya yang berubah secara periodik selama proses operasi.

Getaran dalam batas tertentu merupakan kondisi yang normal. Namun, getaran yang terlalu besar dapat menunjukkan adanya masalah pada mesin. Beberapa penyebab getaran pada mesin pencacah antara lain:

• ketidakseimbangan poros atau pisau;
• ketidaksejajaran antara motor, gearbox, dan poros;
• kerusakan atau kelonggaran bantalan;
• baut rangka yang longgar;
• landasan mesin yang tidak rata;
• pulley yang tidak sejajar;
• sabuk-V terlalu kencang atau terlalu longgar;
• pisau tumpul atau susunan pisau tidak seimbang;
• perubahan beban selama pencacahan;
• material tersangkut di ruang pencacah.

Pada penelitian mesin pencacah, pengukuran getaran diperlukan untuk mengetahui respons mekanis mesin selama menerima beban pencacahan. Nilai getaran dapat digunakan sebagai salah satu indikator kestabilan operasi mesin.

Penelitian terdahulu terhadap mesin pencacah plastik juga menunjukkan bahwa evaluasi kinerja dapat mencakup kapasitas aktual, rendemen, ukuran cacahan, kebisingan, dan getaran mesin. Hal tersebut menunjukkan bahwa pengukuran getaran dapat dipadukan dengan parameter hasil pencacahan untuk memperoleh evaluasi kinerja yang lebih menyeluruh.

Parameter Getaran

Getaran dapat dinyatakan dalam tiga parameter utama, yaitu perpindahan, kecepatan, dan percepatan.

1. Perpindahan getaran

Perpindahan atau displacement menunjukkan besarnya simpangan suatu komponen dari posisi keseimbangannya. Parameter ini biasanya dinyatakan dalam mikrometer atau µm.

Perpindahan umumnya digunakan untuk mengevaluasi getaran dengan frekuensi rendah atau gerakan poros yang memiliki simpangan relatif besar.

2. Kecepatan getaran

Kecepatan atau velocity menunjukkan laju perubahan perpindahan getaran terhadap waktu. Nilainya biasanya dinyatakan dalam mm/s.

Kecepatan getaran banyak digunakan untuk menilai kondisi umum mesin karena dapat menggambarkan tingkat energi getaran pada rentang frekuensi tertentu. Dalam penelitian mesin pencacah ini, kecepatan getaran menjadi parameter utama yang diukur menggunakan vibrometer.

3. Percepatan getaran

Percepatan atau acceleration menunjukkan laju perubahan kecepatan getaran terhadap waktu. Percepatan biasanya dinyatakan dalam m/s² atau satuan gravitasi, yaitu g.

Parameter percepatan lebih sensitif terhadap getaran dengan frekuensi tinggi dan sering digunakan untuk mendeteksi gangguan pada bantalan atau tumbukan mekanis.

Arah Pengukuran Getaran

Pengukuran getaran pada mesin umumnya dilakukan dalam tiga arah, yaitu horizontal, vertikal, dan aksial.

Getaran horizontal

Pengukuran horizontal dilakukan pada arah mendatar terhadap landasan mesin. Getaran yang dominan pada arah ini dapat berhubungan dengan ketidakseimbangan poros, kelonggaran rangka, atau kekakuan struktur yang tidak memadai.

Getaran vertikal

Pengukuran vertikal dilakukan pada arah tegak lurus terhadap landasan. Respons getaran vertikal dapat dipengaruhi oleh berat mesin, kekakuan dudukan, kondisi sambungan rangka, dan gaya akibat proses pencacahan.

Getaran aksial

Pengukuran aksial dilakukan sejajar dengan sumbu poros. Getaran aksial yang tinggi dapat berkaitan dengan ketidaksejajaran poros, masalah pada kopling, atau gaya dorong yang bekerja sepanjang sumbu poros.

Istilah “aksial” lebih tepat digunakan dibandingkan “longitudinal” apabila arah pengukuran sejajar dengan sumbu poros.

Pengukuran pada ketiga arah tersebut diperlukan karena getaran mesin tidak selalu memiliki besar yang sama pada setiap arah. Hasil pengukuran dapat digunakan untuk mengetahui arah getaran yang paling dominan.

Pengukuran Getaran Menggunakan Vibrometer

Vibrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tingkat getaran pada mesin. Alat ini dapat menampilkan nilai perpindahan, kecepatan, atau percepatan getaran, tergantung pada kemampuan dan pengaturan alat.

Pada mesin pencacah plastik, pengukuran dapat dilakukan pada rumah bantalan dan landasan mesin. Sensor atau ujung pengukur harus ditempatkan dengan benar agar hasil pengukuran mewakili kondisi getaran pada titik tersebut.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengukuran adalah:

• titik pengukuran harus tetap pada setiap pengulangan;
• arah pengukuran harus dicatat;
• kondisi beban harus dibuat sama;
• putaran mesin harus stabil;
• durasi pengukuran harus seragam;
• alat harus memiliki rentang dan ketelitian yang sesuai;
• pengukuran sebaiknya dilakukan lebih dari satu kali.

Pengulangan diperlukan agar hasil yang diperoleh tidak hanya berasal dari satu pembacaan sesaat. Nilai rata-rata dan penyebaran data dapat dihitung untuk menggambarkan konsistensi operasi mesin.

Rangka dan Landasan Mesin

Rangka berfungsi menopang motor, gearbox, poros, bantalan, ruang pencacah, dan komponen transmisi. Rangka menerima beban statis dari berat komponen serta beban dinamis selama proses pencacahan.

Rangka harus memiliki kekuatan dan kekakuan yang memadai. Rangka yang kuat belum tentu cukup kaku. Suatu rangka mungkin tidak mengalami patah, tetapi dapat mengalami simpangan atau getaran yang besar apabila kekakuannya rendah.

Sambungan las, sambungan baut, bentuk profil, ketebalan material, dan kondisi landasan dapat memengaruhi respons getaran mesin. Baut yang longgar atau kaki mesin yang tidak menyentuh landasan secara merata dapat menyebabkan gerakan mesin semakin besar.

Perlu dibedakan antara analisis getaran dan analisis struktur. Pengukuran getaran dapat digunakan untuk menilai kestabilan operasi mesin, tetapi belum cukup untuk menyimpulkan kekuatan struktur secara menyeluruh. Penilaian kekuatan struktur memerlukan analisis tambahan berupa tegangan, deformasi, atau faktor keamanan.

Oleh karena itu, apabila penelitian hanya melakukan pengukuran getaran, istilah yang lebih tepat adalah “kestabilan operasi mesin berdasarkan tingkat getaran”.

Kapasitas Pencacahan

Kapasitas pencacahan menunjukkan jumlah material yang dapat dicacah oleh mesin dalam satu satuan waktu. Kapasitas biasanya dinyatakan dalam kg/jam.

Kapasitas aktual dapat dihitung menggunakan persamaan:

Keterangan:

• $Q$ = kapasitas aktual, kg/jam;
• $m$ = massa plastik yang berhasil dicacah, kg;
• $t$ = waktu pencacahan, jam.

Apabila waktu pengujian dicatat dalam menit, persamaannya menjadi:

dengan $t$ dinyatakan dalam menit.

Sebagai contoh, jika mesin mampu mencacah 20 kg plastik dalam waktu 1,2 jam, kapasitas aktualnya adalah:

Kapasitas aktual perlu dibandingkan dengan kapasitas rancangan. Jika mesin dirancang memiliki kapasitas 20 kg/jam, hasil pengujian dapat menunjukkan apakah target tersebut tercapai.

Kapasitas mesin dipengaruhi oleh:

• jenis dan ketebalan plastik;
• ukuran material awal;
• kecepatan putar poros;
• jumlah dan ketajaman pisau;
• ukuran bukaan saringan;
• cara memasukkan material;
• kondisi motor dan transmisi;
• terjadinya penyumbatan.

Efisiensi Pencacahan

Istilah efisiensi harus didefinisikan secara jelas karena dapat memiliki beberapa pengertian. Pada mesin pencacah, efisiensi dapat dinilai berdasarkan jumlah material yang berhasil dicacah atau perbandingan kapasitas aktual terhadap kapasitas rancangan.

Efisiensi berdasarkan massa material yang berhasil dicacah dapat dihitung menggunakan:

Keterangan:

• $\eta_p$ = efisiensi atau rendemen pencacahan, %;
• $m_c$ = massa material yang berhasil dicacah, kg;
• $m_0$ = massa material awal, kg.

Sebagai contoh, apabila dari 20 kg plastik yang diuji diperoleh 18,5 kg hasil cacahan, maka:

Sementara itu, efisiensi berdasarkan kapasitas dapat dihitung menggunakan:

Keterangan:

• $\eta_Q$ = efisiensi kapasitas, %;
• $Q_a$ = kapasitas aktual, kg/jam;
• $Q_r$ = kapasitas rancangan, kg/jam.

Penelitian harus memilih definisi efisiensi yang sesuai dengan data yang benar-benar diambil. Apabila tidak dilakukan pengukuran daya listrik, istilah “efisiensi energi” sebaiknya tidak digunakan.

Kualitas Hasil Cacahan

Kualitas hasil cacahan menunjukkan tingkat kesesuaian produk hasil pencacahan dengan ukuran dan bentuk yang diperlukan untuk proses selanjutnya. Hasil cacahan yang baik tidak selalu berarti berukuran paling kecil. Ukuran harus disesuaikan dengan kebutuhan pengolahan atau daur ulang.

Kualitas cacahan dapat dinilai berdasarkan:

• ukuran rata-rata cacahan;
• rentang ukuran;
• keseragaman;
• persentase hasil yang sesuai target;
• jumlah material yang tidak tercacah;
• kondisi cacahan, seperti terpotong, terlipat, atau hanya robek.

Pengujian keseragaman dapat dilakukan menggunakan ayakan atau pengelompokan ukuran. Persentase cacahan yang memenuhi ukuran target dapat dihitung dengan:

Keterangan:

• $K$ = persentase cacahan sesuai ukuran, %;
• $m_s$ = massa cacahan yang sesuai ukuran target, kg;
• $m_c$ = total massa hasil cacahan, kg.

Sebagai contoh, apabila total cacahan sebanyak 18,5 kg dan cacahan yang memenuhi ukuran target sebanyak 16 kg, maka:

Ukuran target perlu ditentukan sebelum pengujian. Tanpa ukuran target, penilaian “halus”, “kasar”, atau “seragam” akan bersifat subjektif.

Hubungan Kecepatan Putar, Getaran, Kapasitas, dan Kualitas Cacahan

Kecepatan putar, getaran, kapasitas, dan kualitas cacahan merupakan parameter yang saling berkaitan. Kecepatan putar yang lebih tinggi dapat meningkatkan frekuensi pemotongan sehingga kapasitas mesin berpotensi meningkat. Namun, peningkatan putaran juga dapat memperbesar gaya dinamis dan tingkat getaran.

Getaran yang tinggi dapat mengganggu kestabilan posisi poros dan pisau. Kondisi tersebut berpotensi menyebabkan jarak pemotongan berubah dan hasil cacahan menjadi kurang seragam. Getaran juga dapat mempercepat kelonggaran baut, keausan bantalan, dan kerusakan komponen transmisi.

Sebaliknya, mesin dengan getaran rendah belum tentu memiliki kapasitas dan kualitas cacahan terbaik. Karena itu, kinerja tidak sebaiknya dinilai hanya berdasarkan satu parameter.

Pada penelitian dengan putaran tetap 1.400 rpm, hubungan sebab-akibat antara perubahan RPM dan kinerja tidak dapat dibuktikan karena tidak ada variasi kecepatan sebagai pembanding. Penelitian tersebut lebih tepat disebut sebagai evaluasi kinerja mesin pada kondisi operasi 1.400 rpm.

Evaluasi dapat dilakukan melalui tahapan berikut:

1. mesin dioperasikan pada kondisi yang ditentukan;
2. massa dan jenis plastik dibuat tetap;
3. waktu pencacahan dicatat;
4. kapasitas aktual dihitung;
5. hasil cacahan dikelompokkan berdasarkan ukuran;
6. getaran diukur pada bantalan dan landasan;
7. hasil seluruh parameter dianalisis secara bersama-sama.

Kesimpulan

Kinerja mesin pencacah plastik tidak hanya ditentukan oleh kapasitas produksi. Kondisi poros, pisau, bantalan, rangka, kecepatan putar, tingkat getaran, efisiensi, dan kualitas hasil cacahan harus dianalisis secara terpadu.

Poros dan pisau berperan langsung dalam proses pemotongan, sedangkan bantalan menopang putaran poros. Kecepatan putar memengaruhi frekuensi pemotongan dan beban dinamis. Getaran dapat digunakan sebagai indikator kestabilan operasi mesin, sementara kapasitas dan kualitas cacahan menggambarkan keberhasilan proses pencacahan.

Pada penelitian mesin pencacah plastik yang beroperasi pada 1.400 rpm dengan beban 20 kg, evaluasi dapat difokuskan pada pengukuran getaran pada bantalan dan landasan, perhitungan kapasitas aktual, penentuan efisiensi pencacahan, dan pengujian keseragaman hasil cacahan. Pendekatan tersebut memberikan gambaran yang lebih lengkap mengenai kemampuan mesin selama beroperasi.