BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Perancangan Mesin Pemisah Biji Buah Sirsak Proses pembuatan mesin pemisah biji buah sirsak melalui beberapa tahapan perancangan yaitu tahap identifikasi kebutuhan, perumusan masalah, sintetis, analisis, observasi dan presentasi. Pada tahap identifikasi kebutuhan ini ditemukan permasalahan mengenai kesulitan dalam pemisahan biji buah sirsak dengan cara manual. Tahapan perumusan masalah, dimana tahap ini merumuskan tentang masalah-masalah yang timbul pada sistem yang dibutuhkan untuk memisahkan biji buah sirsak. Tahap berikutnya adalah tahap sintetis dimana tahap ini merupakan tentang penemuan beberapa alternatif desain dari mesin yang akan dibuat. Dari beberapa alternatif tersebut akan dipilih alternatif terbaik, kemudian dianalisa lebih lanjut mengenai perhitungan gaya, tegangan, deformasi, getaran dan faktor-faktor yang lain pada tahap analisis. Tahap berikutnya adalah tahap evaluasi yang berisi tentang evaluasi hasil tahap analisis dan sintetis dibandingkan terhdap spesifikasi mesin yang ditentukan. Tahap terakhir adalah tahap presentasi, berupa penyusunan hasil perancangan mesin pemisah biji buah sirsak dalam bentuk gambar lengkap, daftar komponen, spesifikasi bahan dan proses pembuatannya.
2.2 Alternatif Desain 2.2.1 Alternatif Desain Pertama
Alternatif desain yang pertama adalah mesin pemisah biji buah sirsak yang menggunakan rol beratur dari karet dan kawat kasa stainless steel. kawat kasa ini diletakkan dibagian bawah dari rol pemukul dengan diberi celah (clearance) yang dapat diatur jaraknya. Kawat kasa ini dipilih ukuran lubang yang sesuai (9 mm x 9mm), agar biji buah sirsak tidak dapat melewatinya. Cara kerja dari mesin ini sebagai berikut, buah sirsak yang sudah dikupas dan dibuang bonggolnya dimasukkan kedalam hopper, sirsak akan turun dan masuk kedalam celah karena terdorong oleh rol pemukul dan tergerus oleh rol tersebut. Karena bagian alasnya adalah kawat kasa, maka daging buah akan masuk kelubang-lubang kasa dan jatuh kebawah menuju ketempat penampungan yang sudah disiapkan, sedangkan bijimya akan tertahan dan keluar melalui saluran keluaran biji. Biji sirsak tersebut tidak akan melewati lubang kasa, sedangkan daging buahnya bias karena berbentuk pasta (semi padat).
Keterangan :
1. hopper 2. rol pemukul 3. rangka 4. pelat penahan 5. saluran biji 6. puli 7.sabuk V 8.saluran buah 9.kawat 10.motor listrik 11.penampang Gambar2.1 Alternatif Desain Pertama
Gambar2.2 Detail Rol Karet dan Kasa Dari alternatif yang pertama dapat diambil penilaian mengenai kelebihan dan kelemahan pada mesin tersebut. Kelebihan :
1. Hasil lebih bersih. Daging buah yang diperoleh bersih karena daging buah yang sudah terpisah dengan bijinya akan langsung menuju penampung melalui saluran buah. 2. Lebih mudah dalam perawatan dan pembersihan mesin sehabis digunakan. 3. Pengoperasiannya mudah. Kelemahan : 1. Hasil yang diperoleh sedikit, karena dengan kecepatan rol pemukul yang rendah maka kapasitas pemisahan menjadi sedikit. Kecepatan rol pemukul dibuat rendah karena mempertimbangkan diameter rol pemukul yang tidak terlalu besar (25 cm) sehingga diharapkan dengan kecepatan yang rendah maka proses pemisahan akan lebih efektif dan bersih. 2.
Mesin kurang praktis. Setelah rol karet yang dipakai mengalami keausan, maka akan mengalami kesulitan dalam penyetelan clearance antara rol karet dengan alas kasa.
3.
Kemungkinan biji buah tidak bisa keluar dan ikut tergilas kembali.
4. Waktu yang diperlukan pemisahan lebih lama. 2.2.2. Alternatif Desain Kedua Alternatif mesin kedua memanfaatkan rol pemukul yang biasa dipakai untuk memisahkan kulit kacang tanah. Prinsipnya hampir sama dengan alternatif yang pertama, bedanya pada mesin ini daging buah tidak jatuh tetapi terdorong menuju saluran daging buah. Sirsak yang sudah dikupas kulitnya dan dibuang bonggolnya dimasukkan kedalam hopper, selanjutnya sirsak akan tergilas diantara rol dan alas karet yang bertingkat seperti anak tangga. Akibat
dari gilasan ini, daging buah sirsak terpisah dengan bijinya. Selanjutnya daging buah akan terbawa menuju saluran buah, sedangkan bijinya akan terlontar keluar menuju kesaluran pembuangan biji. Keterangan : 1. hopper 2. saluran buah 3. saluran biji 4. motor listrik 5. penampung 6. rol pemukul 7. rangka 8. sabuk V 9. puli Gambar2.3 Alternatif Desain Kedua
Gambar2.4 Detail Rol Karet dan alas Karet Kelebihan dan kelemahan yang ada pada alternatif desain mesin kedua adalah sebagai berikut :
Kelebihan : 1.
Kemungkinan biji buah yang pecah selama proses pemisahan dapat diperkecil karena menggunakan alas dari karet yang bersifat elastis.
2.
Seandainya masih ada biji yang masih ikut tercampur dengan daging buah, mudah untuk dibuang karena biji masih utuh (tidak pecah).
3.
Pengoperasian mudah.
Kelemahan : 1.
Kemungkinan masih ada biji yang ikut tercampur dengan daging buah (walaupun sedikit). Hal ini karena ada biji yang masih melekat dengan daging
2.
Kesulitan dalam pembersihan mesin setelah dipakai karena banyak sisa daging buah yang melekat diantara celah-celah rol dan celah-celah alas karet.
3.
Hasil pemisahan kurang bersih.
2.2.3 Alternatif Desain Ketiga
.
Alternatif desain yang ketiga ini menggunakan pemukul seperti halnya alternatif pada mesin yang pertama dan kedua, tetapi proses pemisahannya mirip dengan desain yang pertama. Perbedaan yang paling menonjol adalah pada rotor pemukulnya. Mesin pertama dan kedua mengginakan rol karet yang pejal, sedangkan mesin yang ketiga menggunakan rotor pemukul yang mempunyai sudu-sudu seperti pada kipas, dimana terdapat delapan sudu yang dilas dengan sleeve yang terbuat dari stainless steel. Sleeve ini kemudian dilas menjadi satu dengan poros yang terhubung dengan penggerak.
Setiap sudu terdiri dari pelat stainless steel sebagai penguat, kasa penyaring yang terbuat dari pelat, dan ujungnya terbuat dari karet. Karet ini dipasang pada pelat stainless steel dengan menggunakan baut yang juga terbuat dari stainless steel agar tidak berkarat. Prinsip kerja dari mesin ini hampir sama dengan alternatif desain yang pertama, perbedaannya biji buah menuju saluran biji bukan karena desakan dari rol karet, tetapi dipengaruhi gaya sentrifugal akibat putaran dari rotor pemukul. Buah sirak yang masuk ke hopper akan tergilas diantara sudu-sudu dan alas kasa. Akibat dari gilasan ini maka daging buah akan masuk ke celah-celah kasa yang terbuat dari pelat dan keluar menuju penampungan melalui saluran buah, sedangkan bijinya akan terlontar dan menghantam tutup atas mesin yang melengkung berbentuk setengah lingkaran lalu keluar melalui saluran biji. Biji-biji ini ditampung dalam tempat penampungan yang telah disiapkan.
Gambar 2.5 Alternatif Desain Ketiga Keterangan : 1. karet sudu pemukul 2. plat penguat
5. puli + sabuk V 6. motor listrik
3. saluran daging buah
7. rangka
4. hopper
8. saluran biji
Gambar2.6 Detail Rotor Pemukul dengan Sudu Karet dan Alas Penyaring Kelebihan dan kelemahan yang ada pada alternatif desain ketiga adalah sebagai berikut : Kelebihan : 1. Hasil yang diperoleh dapat lebih banyak karena celah diantara sudu satu dengan yang lain lebih besar sehingga kapasitas pemisahan lebih besar. 2. Hasil pemisahan lebih bersih karena daging buah yang sudah terpisah langsung jatuh dan keluar menuju penampungan melalui saluran buah. 3. Biji buah yang terlontar tidak akan keluar melalui hopper karena letak hopper di pinggir (samping mesin). 4. Mudah dalam perawatan dan pembersihan karena tutup mesin dilengkapi dengan engsel yang dapat dibuka dan ditutup. 5. Pengoperasian mudah. Kelemahan : Biaya pembuatan mesin ini lebih mahal. Hal ini karena bahan-bahan untuk membuat rotor pemukul seperti pelat penguat, sleeve, kasa penyaring, dan baut pengikat harus dibuat dari bahan stainless steel yang harganya mahal. 2.3 Alternatif Desain Terbaik
Setelah diuraikan ketiga alternatif desain mesin, maka pada tahap berikutnya adalah penilaian desain terbaik. Penilaian ini dilakukan untuk dapat menyimpulkan mengenai analisa dari ketiga variasi mekanisme mesin. Tabel 3.1 Perbandingan Nilai Prioritas masing-masing Kriteria Kriteria
jumlah
A
0,5
B
0,5
C
1
1
1
3,5 0,5
0
D
0,5
1
0,5 0
E
2,5 0,5
0,5 0 Jumlah kriteria
0,5
0,5 0
0,5
1,5 0,5
1,5
0,5
1 10
Keterangan : A = Hasil pemisahan B = kapasitas pemisahan C = Pengoperasian D = Perawatan E = Proses pengerjaan Untuk menentukan bobot dengan cara membandingkan setiap kriteria satu persatu. Kriteria yang penting diberi nilai 1 dan yang kurang penting diberi nilai 0 dan jika sama-sama penting maka nilainya masing-masing 0,5. Selanjutnya kriteria ini digunakan untuk menentukan bobot dalam skala 100. Bobot masing-masing kriteria adalah : A=
3,5 x 100% = 0,35 10
B=
2,5 x100 % = 0,25 10
C=
1,5 x100 % = 0,15 10
D=
1,5 x100 % = 0,15 10
E=
1 x 100% = 0,10 10
Tabel 3.2 Pemilihan Alternatif Terbaik Alternatife I
Alternatife II
Alternatife III
Bobot Kriteria
Nilai
Skor
Nilai
Skor
Nilai
Skor
(N)
(N x k)
(N)
(N x k)
(N)
(N x k)
(k)
Hasil pemisahan
0,35
5
1,75
5
1,75
8
2,8
Kapasitas pemisahan
0,25
4
1
5
1,25
7
1,75
Pengoperasian
0,15
7
1,05
7
1,05
7
1,05
Perawatan
0,15
6
0,9
6
0,9
6
0,9
Proses pengerjaan
0,1
6
0,6
6
0,6
6
0,6
Jumlah
1
5,3
Keterangan nilai : 0= sama sekali tidak menyelesaikan masalah 1= sangat tidak cukup untuk menyelesaikan masalah 2= sangat sedikit menyelesaikan masalah 3= sedikit menyelesaikan masalah 4= lumayan menyelesaikan masalah
5,55
7,1
5= cukup menyelesaikan masalah 6= cukup baik menyelesaikan masalah 7= baik menyelesaikan masalah 8= sangat baik menyelesaikan masalah 9= baik sekali menyelesaikan masalah Setelah dilakukan penilian terhadap ketiga mesin tersebut maka dapat diambil alternatif desain terbaik dengan mengambil nilai tertinggi dari ketiga mesin tersebut, yaitu alternatif mesin ketiga. 2.4 Mesin Pemisah Biji Buah Sirsak dengan Kapasitas 50 Kg/jam Proses perancangan mesin pemisah biji buah sirsak dengan kapasitas 50 Kg/jam telah melalui tahapan. Hasil gambar rancangan tersebut merupakan hasil dari tahapan-tahapan tersebut. Dalam perancangan suatu mesin perlu adanya keterangan tambahan untuk memperjelas cara kerja, bagian-bagian utama mesin maupun fungsinya. Berikut cara kerja, bagian utama mesin serta fungsinya dari mesin pemisah biji buah sirsak yang dibuat : 2.4.1 Cara Kerja Mesin Cara kerja mesin pemisah biji buah sirsak dengan kapasitas 50 Kg/jam adalah sebagai berikut : 1. Siapkan buah sirsak yang sudah dikupas kulit dan bonggolnya sudah dibuang, kemudian belah menjadi dua/empat bagian tergantung besarnya ukuran sirsak. 2. Hidupkan mesin dengan menekan tombol ON hingga putaran rotor
stabil.
3. Masukkan buah sirsak tersebut kedalam hopper, maka buah sirsak tersebut akan masuk dan tergilas diantar sudu pemukul dan alas kasa stainless steel. 4. Karena pengaruh dari gilasan sudu rotor tadi, maka daging buah akan masuk melewati celah kasa dan keluar menuju penampungan buah, sedangkan bijinya yang tersaring akan terlontar dan keluar menuju penampungan biji melalui saluran biji 5. Setelah proses pemisahan selesai, matikan mesin dengan menekan tombol OFF, kemudian buka penutup mesin dan bersihkan. 2.4.2 Bagian-bagian Utama Mesin Adapun bagian-bagian utama dari mesin pemisah biji buah sirsak dengan kapasitas 50 Kg/jam secara garis besar adalah sebagai berikut : a. Motor listrik Motor yang dipakai sebagai tenaga penggerak mesin ini adalah motor listrik. b. Puli Untuk menghubungkan gerak putar motor ke poros rotor pemukul menggunakan transmisi sabuk V (V-Belt).
c. Sabuk V (V-Belt) Sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari motor ke transmisi dan dari poros transmisi ke rotor pemukul adalah sabuk V. d. Poros
poros
Direncanakan bahan untuk poros transmisi dan poros rotor pemukul dibuat dari S45C (baja tarik dingin yang mempunyai kekuatan tarik 58 Kg/mm2). e. Rotor pemukul Rotor ini terdiri dari sudu-sudu dengan ujung yang terbuat dari karet, berfungsi untuk menggilas buah sirsak yang sudah dikupas dan dibuang bonggolnya agar terpisah dari bijinya. f. Alas penyaring Alas penyaring ini mempunyai fungsi menyaring agar daging buah tidak bercampur dengan bijinya. g. Saluran daging buah dan saluran biji Daging buah yang sudah terpisah dengan bijinya akan keluar melalui saluran daging buah kemudian ditampung di tempat yang sudah disediakan. Sedangkan bijinya yang terlontar akan keluar melewati saluran biji dan menuju tempat penampungan biji. h. Rangka mesin Rangka mesin dibuat dari besi profil L dengan ukuran profil 4 cm x 4 cm dan ketebalan 3 mm. i. Engsel Engsel ini berfungsi memudahkan membuka dan menutup tutup mesin pada waktu proses pembersihan.
Keterangan : 1. ujung karet
2. pelat penguat 3. alas kasa 4. daging buah 5. biji terlontar Gambar3.7 Detail Proses Pemisahan Biji dan Daging Buah Sirsak 2.4.3 Keunggulan Mesin. Mesin pemisah biji buah sirsak dengan kapasitas 50 Kg/jam ini direncanakan mempunyai keunggulan-keunggulan dibanding dengan mesin yang sudah ada maupun dengan cara manual.adalah sebagai berikut : 1.
Kapasitas pemisahan lebih besar dan lebih cepat
2.
Hasil pemisahan yang didapat lebih bersih. Daging buah yang dihasilkan bersih dan higienis karena sistem pemisahannya terbuat dari bahan-bahan yang tahan karat dan terbuat dari karet.
3.
Pembersihan mesin setelah dipakai dan perawatannya lebih mudah karena tutup mesin dilengkapi dengan.engsel yang memudahkan membuka dan menutup mesin. Engsel ini juga dapat dilepas dengan cara melepas baut dan mur yang terdapat pada engsel.
4.
Kemungkinan biji pecah lebih kecil karena ujung sudu untuk menggilas sirsak terbuat dari karet yang elastis.
2.5 Rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan 2.5.1
Daya rotor tanpa beban
Rotor pemukul terdiri dari poros, sleeve yang terbuat dari stainlees steel. Data tentang stainlees steel dan karet yang digunakan dalam pembuatan rotor pemukul adalah sebagai berikut : - ρ stainlees steel = 7,7 x 10 3 Kg/m 3
(Robert C Junivall:169)
- ρ karet
(Robert C Junivall:189)
= 920 Kg/m 3
- µ karet dengan steel = 0,3 (kering)
(Khurmi,1980:651)
= 0,18 (basah) a). Kecepatan Sudut ( ω )
ω =
2πn 60
(George H Martin,1985:19)
Dimana :
ω = Kecepatan sudut (rad/s) n = Putaran (rpm) b). Poros Pejal Volume (V) V=
π 4
D2 . l-
π 4
d 2 .l
Dimana : D = Diameter luar (mm) d = Diameter dalam (mm)
l = Panjang poros (mm) Massa (M) M= ρ .V Dimana :
(Sularso,2002:3)
ρ = Massa jenis (Kg/m) V = Volume (m) c). Daya Beban Untuk proses pemisahan biji. Gaya sentrifugal fc = M . R . ω
2
(George H Martin,1985:406)
Dimana : M = Massa (Kg) R = Jari-jari (m)
ω = Kecepatan sudut (rad/s) 2.5.2
Perhitungan Sabuk Perbandingan putaran yang digunakan n1 . d1 = d 2 . n 2 Dimana : d 1 = Diameter puli penggerak (mm) d 2 = Diameter puli yang digerakkan (mm) n 1 = Putaran poros penggerak (rpm) n 2 = Putaran poros yang digerakkan (rpm) a). Putaran pada poros transmisi n1 . d 2 = d 2 . n 2 n2 =
n1 .d 1 d2
b). Putaran pada poros rotor pemukul
(Khurmi,1980:657)
n2 =
2.5.3
n1. d1 d2
Panjang Sabuk a). Panjang keliling sabuk (L) L=2C+
π 2
(dp + Dp) +
1 (Dp – dp) 2 4C
(Sularso,2002:170)
Dimana : L = Panjang keliling sabuk (mm) C = Jarak antara sumbu poros (mm) dp = Diameter puli penggerak (mm) Dp = Diameter puli yang digerakan (mm) b). Kecepatan linier (keliling) sabuk (V) V=
π .d .n 60
(Khurmi,1980:667)
Dimana : d = Diameter puli penggerak (m) n = Putaran puli penggerak (rpm) c). Perhitungan gaya tegang sabuk Gaya yang bekerja pada sabuk V dapat dicari sebagai berikut : T1 = e µθ T2
T2 =
P =
(Khurmi,1980:670)
T1 e µθ (T1 − T2 ) v 75
(Khurmi,1980:669)
1 ⎞ ⎛ T1 ⎜ T1 − µθ ⎟ e ⎠ P = ⎝ 75 P = T1 . v . C Dimana : P = Daya yang direncanakan (HP) T 1 = Tegangan sabuk pada sisi kencang (Kg) T 2 = Tegangan sabuk pada sisi kendor (Kg) µ
= Koefisien gesek
θ = Sudut kontak sabuk pada puli kecil (rad) v
= Kecepatan linier sabuk (m/s)
2.5.4 Poros a). Massa dari keseluruhan poros rotor pemukul adalah massa sleeve ditambah dengan massa keseluruhan sudu termasuk baut pengikatnya. m = Massa sleeve + massa sudu dan baut b). Berat rotor pemukul (W) W =mxg Dimana : m = massa keseluruhan (Kg) g = Gravitasi (N)
2.5.5 Perhitungan defleksi poros akibat beban rotor pemukul Modulus elastisitas (E) E = 207 Gpa = 207 . 10 11 (N/m 2 )
(Shigley&Mitchell,1991:464)
Defleksi yang terjadi Fl 3 y = − 48 EI
(Shigley&Mitchell,1991:470)
Dimana : F = Gaya yang membebani (N) l = Panjang poros (m)
E = Modulus elastisitas (N/m 2 ) I = Momen inersia luasan (m 4 )
2.5.6 Pasak a). Pasak pada poros motor listrik, digunakan pasak standar dengan ukuran b x l x h (6 x 6 x 18) mm. Torsi (T) T =
60 p 2πn
Dimana : P = Daya yang direncanakan (Watt) n = Putaran motor listrik (rpm) b). Gaya tangensial (Ft) Ft =
T r
(Khurmi,1980:477)
Dimana : T = Torsi (Nm) r = Jari-jari (m) c). Tegangan geser yang terjadi (τ
k
)
τk =
Ft A
(Sularso,2002:25)
Dimana : Ft = Gaya tagensial (N) A = Ukuran pasak standar (mm)S
2.5.7 Bantalan a). Umur nominal bantalan (Lh) untuk bantalan bola adalah Lh = 500 fh 3
(Sularso,2002:136)
780 = 500 fh 3 3
fh =
7800 500
= 2,498 b). Faktor kecepatan (fn) 1
⎛ 33,3 ⎞ 3 fn = ⎜ ⎟ ⎝ n ⎠
(Sularso,2002:136)
n = Putaran poros (rpm) c). Beban ekivalen untuk bantalan radian (Pr) Pr = XVF r + Yf a
(Sularso,2002:135)
Dimana : V = Faktor pembebanan pada cincin dalam yang berputar (=1) F r = Gaya yang membebani (N) F a = Gaya aksial pada bantalan (N)
b). Faktor umur (fh) fh = fn
C Pr
Dimana : fn = Faktor kecepatan (rpm) C = Kapasitas dinamis spesifik (Kg) P r = Beban ekivalen (N)
(Sularso,2002:135)
