DESAIN DAN KINERJA MESIN PEMINDAH BAHAN PADA SISTEM PENGERING EFEK RUMAH KACA (ERK)-HYBRID DAN IN-STORE DRYER (ISD) TERINTEGRASI UNTUK BIJI JAGUNG
TAMARIA PANGGABEAN
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
2
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Desain dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung” adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, Agustus 2008
Tamaria Panggabean NIM 151060051
3
ABSTRACT TAMARIA PANGGABEAN. Design and Working Performance Mechine Material Handling for Corn in The Integrated System of Greenhouse Effect (GHE)-Hybrid Dryer and In-Store Dryer (ISD). Under direction of WAWAN HERMAWAN, DYAH WULANDANI and TEGUH WIKAN WIDODO.
A bucket elevator has been designed and constructed for vertical conveying of corn, as a part of integrated system of Green House Effect (GHE)–Hybrid Dryer and In-Store Dryer (ISD). The bucket elevator was designed to convey dry corn from the GHE-Hybrid dryer to the ISD, at a capacity of 1400 kg/h, a vertical distance of 5.1 m, a belt speed of 0.433 m/s and a bucket spacing of 0.3 m. A set of working performance test was conducted to measure the working performance of the bucket elevator such as the capacity, residue grain, broken grain, and power consumption of the elevator, using three levels of grain moisture content (i.e. 14%, 18% and 28%). The test results were discussed in this thesis. The first test results showed that the average of head wheel rotational speed was 92 rpm, the average capacity was 612.22 kg/h, the average residue grain was 0.27%, the average broken grain was 0.1 % and the average electrical power consumption was 308 Watt. Since the capacity was very lower than the expected capacity (1400 kg/h), the head wheel rotational speed was increased to 184 rpm. The test results using this speed showed that the capacity was increased to 945.47 kg/h, the residue grain was 0.17%, the broken grain was 0.44 % and the power consumption was 324 Watt. The test using tree levels of moisture content showed that the higher moisture content produced a lower capacity, and higher residue grain and broken grain. The capacity was 1000 kg/h at 14% moisture content. However at 18% and 28% moisture content the capacity were 630 kg/h and 500 kg/h respectively. Keywords : bucket elevator, corn, working performance, integrated drying system, moisture content
4
RINGKASAN TAMARIA PANGGABEAN. Desain dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN, DYAH WULANDANI dan TEGUH WIKAN WIDODO. Sebuah prototipe bucket elevator sudah dirancang dan dibuat untuk pengangkutan biji jagung, sebagai bagian dari sistem terintegrasi pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD). Bucket elevator dirancang untuk mengangkut biji jagung kering dari pengering ERK-Hybrid ke ISD, dengan kapasitas1400 kg/jam, jarak vertikal 5,1 m, kecepatan sabuk 0,433 m/detik dan jarak antar bucket 0,3 m. Serangkaian pengujian dilakukan untuk mengukur kinerja dari bucket elevator seperti : kapasitas pemindahan, biji tersisa, biji rusak dan konsumsi daya listrik menggunakan tiga tingkatan kadar air yaitu 14%, 18% dan 28%. Hasil rancangan dan pengujian akan dibahas dalam tesis ini. Hasil pengujian pertama pada kecepatan putar di puli atas 92 rpm, menghasilkan kapasitas pemindahan rata-rata 612,22 kg/jam, biji tersisa rata-rata 0,27%, biji rusak rata-rata 0,1% dan kebutuhan daya listrik rata-rata 308 Watt. Karena kapasitas yang direncanakan lebih rendah dari yang diharapkan (1400 kg/jam), kecepatan putar di puli atas ditingkatkan menjadi 184 rpm. Hasil pengujian menggunakan kecepatan putar di puli atas tersebut menunjukkan peningkatan kapasitas pemindahan menjadi 945,47 kg/jam, biji tersisa 0,17%, biji rusak 0,44% dan kebutuhan daya listrik 324 Watt. Pengujian menggunakan tiga tingkat kadar air menunjukkan kadar air yang tinggi menghasilkan kapasitas pemindahan terendah, biji tersisa dan biji rusak tertinggi. Pada kadar air 14% dihasilkan kapasitas pemindahan 1000 kg/jam, sedangkan pada kadar air 18% and 28% menghasilkan kapasitas pemindahan masing-masing 630 kg/jam dan 500 kg/jam. Keywords :
bucket elevator, biji jagung, kinerja, sistem pengering terintegrasi, kadar air
5
© Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB
6
DESAIN DAN KINERJA MESIN PEMINDAH BAHAN PADA SISTEM PENGERING EFEK RUMAH KACA (ERK)-HYBRID DAN IN-STORE DRYER (ISD) TERINTEGRASI UNTUK BIJI JAGUNG
TAMARIA PANGGABEAN
Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
7
Judul Tesis
:
Desain dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung
Nama
:
Tamaria Panggabean
NIM
:
F151060051
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S Ketua
Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si M.Sc Anggota
Dr. Ir. Teguh Wikan Widodo, Anggota
Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan M.Agr.
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S
Tanggal Ujian 5 Agustus 2008
Tanggal Lulus 19 Agustus 2008
8
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr. Ir. I. Wayan Budiastra, M.Agr
9
Kupersembahkan …………………. Untuk Suamiku tercinta LT. Silaban, Anakku tercintaValenri Silaban, Mamaku tercinta G. Simanjuntak Saudara-saudaraku tersayang…… dan Keluarga besarku………. yang selama ini telah mendukungku dan mendoakanku
10
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan YME yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis yang berjudul “Desain dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung”. Penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S sebagai pembimbing pertama, yang telah memberi nasehat dan bimbingan selama ini. 2. Dr. Ir. Dyah Wulandani,. M.Si sebagai pembimbing kedua, yang telah memberi nasehat dan bimbingan selama ini. 3. Dr. Ir. Teguh Wikan Widodo, M.Sc sebagai pembimbing ketiga, yang telah memberi nasehat dan bimbingan selama ini. 4. Dr. Ir. I. Wayan Budiastra, M.Agr sebagai penguji luar komisi pada ujian tesis. 5. Prof. Dr. Ir. Armansyah. H Tambunan, M.Agr sebagai Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian (Koordinator Mayor). 6. Dr. Ir. Leopold Nelwan, M.Si sebagai ketua penelitian proyek KKP3T tahun 2007 Departemen Pertanian dimana penulis menjadi anggotanya. 7. BPPS Dikti yang telah membiayai studi penulis. 8. Program KKP3T tahun 2007 dengan nomor kontrak 1632/LB.620/J.1/5/2007 Departemen Pertanian yang telah membiayai penelitian penulis. 9. Teman-teman penulis, Selly Oktarina SP., M.Si, Hilda Agustina STP., M.Si, Farry Apriliiano, S.TP, Merynda Indryani Syafutri, STP, Friska Syaiful STP, Olly Sani Hutabarat, STP, M.Si dan teman-teman dari Universitas Sriwijaya lainnya. 10. Farry Aprilliano, Riswanti Sigalingging, Lilik Tri Mulyantara, Diswandi Nurba, Deni Hendarto, I Putu Surya, Susanto Budi, dan Warji yang merupakan teman-teman satu angkatan penulis di Program Magister IPB. 11. Pak Parma, Pak Harto dan Pak Abas atas bantuan tenaga dan waktunya dalam membantu membuat bucket elevator. 12. Firman dan Darma yang telah membantu dalam pengambilan data. 13. Pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas peranannya sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik. Semoga Tuhan YME memberikan balasan dan manfaat atas segala bantuan moril materil, nasehat dan ilmu yang diberikan. Penulis menyadari bahwa isi dari tesis ini sangat jauh dari sempurna. Oleh karena itu saran dan kritik sangat penulis harapkan agar lebih menambah khazanah pengetahuan penulis. Akhirnya penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat. Amin. Bogor, Agustus 2008 Tamaria Panggabean
11
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 24 Juli 1977 dari ayah AP. Panggabean (Alm) dan Ibu G. Simanjuntak. Penulis merupakan putri keempat dari enam bersaudara. Penulis telah menyelesaikan pendidikan program sarjana (S1) pada tahun 2001 di Program Studi Teknik Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sriwijaya. Pada tahun 2006 penulis diterima di Sekolah Pascasarjana Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penulis telah bekerja sejak tahun 2004 sebagai tenaga pengajar dengan jabatan asisten ahli di Program Studi Teknik Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sriwijaya.
12
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv DAFTAR GAMBAR......................................................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvii PENDAHULUAN .......................................................................................... Latar Belakang ............................................................................................ Tujuan Penelitian......................................................................................... Manfaat Penelitian.......................................................................................
1 1 3 3
TINJAUAN PUSTAKA................................................................................. 4 Jagung.......................................................................................................... 4 Sistem Pengering Efek Rumah Kaca-Hybrid dan In-Store Dryer .............. 4 Pemindahan Bahan...................................................................................... 5 Pemilihan Mesin Pemindah Bahan ............................................................. 6 Bucket Elevator ........................................................................................... 7 Desain.......................................................................................................... 13 METODOLOGI PENELITIAN .................................................................. Tahapan Penelitian ...................................................................................... Proses Desain .............................................................................................. Identifikasi Masalah ............................................................................. Gagasan Awal ...................................................................................... Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan ..................................... Analisis................................................................................................. Pelaksanaan .......................................................................................... Konstruksi Bucket Elevator......................................................................... Tempat dan Waktu ...................................................................................... Bahan dan Alat ............................................................................................ Pengujian..................................................................................................... Uji Fungsional...................................................................................... Uji Kinerja............................................................................................ Uji Stabilitas.........................................................................................
14 14 15 15 15 28 28 30 30 31 31 33 33 33 35
HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... Dasar Pemilihan Bucket Elevator sebagai Mesin Pemindah Bahan ........... Konstruksi Prototipe Bucket Elevator ......................................................... Kaki rangka .......................................................................................... Rangka ruang pemindah bahan ............................................................ Bucket ................................................................................................... Sabuk datar (flat belt)........................................................................... Puli silinder ..........................................................................................
36 36 36 38 38 39 39 40
13
As atau Poros........................................................................................ Corong Pemasukan............................................................................... Corong Pengeluaran ............................................................................. Penutup Mesin...................................................................................... Pembahasan Hasil Desain ........................................................................... Kapasitas .............................................................................................. Daya Listrik.......................................................................................... Transmisi Sabuk-V (V-belt) ................................................................. Pengujian..................................................................................................... Uji Fungsional...................................................................................... Uji Kinerja............................................................................................ Uji Stabilitas......................................................................................... Perbaikan Konstruksi Prototipe Bucket Elevator ........................................ Perawatan Bucket Elevator..........................................................................
40 41 41 42 42 42 44 44 45 45 46 56 56 57
KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 58 Kesimpulan.................................................................................................. 58 Saran............................................................................................................ 58 DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... 59 LAMPIRAN.................................................................................................... 61
14
DAFTAR TABEL Halaman 1 Kelebihan dan kelemahan bucket elevator dan pneumatic conveyor ...........
6
2 Kelebihan dan kelemahan sabuk dan rantai..................................................
11
3 Nama bahan untuk pembuatan bucket elevator ............................................
32
4 Hasil uji kinerja untuk pengujian pada kecepatan putar 58,1 rpm................
47
5 Hasil uji kinerja untuk pengujian pada kecepatan putar 147 rpm.................
47
6 Hasil uji kinerja pada tiga tingkatan kadar air ..............................................
49
15
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Cara kerja bucket c. Centrifugal;
a. Scooping
bucket;
b. Direct
fill bucket;
d. gravity; e. direct gravity ...................................... 8
2 Jenis-jenis bucket a. Deep bucket ke belt; b. Shallow deep ke rantai tunggal; c. V-type dua rantai ke sisi bucket................................................ 9 3 Diagram gaya yang dialami biji-bijian sewaktu berada pada mangkuk sendokan saat pelepasan. Jari-jari efektif mangkuk sendokan saat pelepasan berkisar dari r1 ke r2 ................................................................. 10 4 Diagram alir proses perancangan............................................................... 13 5 Tahapan penelitian ..................................................................................... 14 6 Skema rangkaian pengering ERK-Hybrid – Bucket Elevator – ISD ......... 15 7 Kaki rangka ................................................................................................ 18 8 Rangka ruang pemindah bahan .................................................................. 19 9 Bucket......................................................................................................... 20 10 Sabuk datar (flat belt)................................................................................. 22 11 Sabuk datar dari karet ................................................................................ 22 12 Puli silinder ................................................................................................ 24 13 Crowned Pulley.......................................................................................... 24 14 As ............................................................................................................... 24 15 Corong pemasukan..................................................................................... 25 16 Corong pengeluaran ................................................................................... 25 17 Penutup atas dan bawah ............................................................................. 26 18 Sabuk-V tipe standar A ............................................................................. 28 19 Bucket elevator hasil rancangan................................................................. 37 20 Kaki rangka ................................................................................................ 38 21 Rangka ruang pemindah bahan .................................................................. 38 22 Posisi bucket............................................................................................... 39 23 Pemasangan sabuk datar ............................................................................ 39 24 Peletakan puli silinder................................................................................ 40
xvi 16
25 Peletakan as................................................................................................ 40 26 Corong pemasukan..................................................................................... 41 27 Corong pengeluaran ................................................................................... 41 28 Penutup atas dan bawah ............................................................................. 42 29 Volume bucket pada saat diangkut............................................................. 44 30 Pasangan puli transmisi penggerak gear box............................................. 45 31 Pasangan puli transmisi penggerak bucket elevator .................................. 45 32 Interaksi kadar air terhadap sudut curah .................................................... 50 33 Interaksi kadar air terhadap daya ............................................................... 51 34 Interaksi kadar air terhadap energi............................................................. 51 35 Interaksi kadar air terhadap biji tersisa ...................................................... 53 36 Interaksi kadar air terhadap biji rusak........................................................ 54 37 Interaksi kadar air terhadap kapasitas ........................................................ 54 38 Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada bucket elevator ................................ 55
17
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir untuk memilih poros (as) ...................................................... 62 2 Perhitungan diameter poros (as) ................................................................ 64 3 Diagram alir untuk memilih sabuk-V (V-belt)........................................... 67 4 Perhitungan sabuk-V (V-belt) untuk menggerakkan gear box................... 69 5 Perhitungan sabuk-V (V-belt) untuk menggerakkan bucket elevator ........ 74 6 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros ................................................................................................ 79 7 Faktor koreksi ............................................................................................ 80 8 Ukuran puli-V ............................................................................................ 81 9 Kapasitas daya yang ditransimisikan untuk sabuk tunggal, Po (kW) ........ 82 10 Perhitungan kecepatan sabuk, kecepatan putar dan daya .......................... 83 11 Perhitungan stabilitas ................................................................................. 86 12 Kecepatan putar puli atas optimum............................................................ 89 13 Waktu dan kecepatan jatuh biji jagung ...................................................... 90 14 Perhitungan daya motor bucket elevator................................................... 91 15 Kapasitas bucket per meter panjang konveyor ..................................... 95 16 Faktor K1, K2 dan K3 ............................................................................... 96 17 Perhitungan kebutuhan sabuk (belt), sabuk, plat eser untuk pembuatan bucket elevator........................................................................................... 97 18 Data pengujian ke-1 pada saat kecepatan putar 58,1 rpm.......................... 98 19 Data pengujian ke-2 pada saat kecpatan putar 58,1 rpm............................ 100 20 Data pengujian ke-3 pada saat kecepatan putar 147 rpm........................... 102 21 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata 14%................... 104 22 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata18%.................... 106 23 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata 28%................... 108 24 Gambar teknik bucket elevator .................................................................. 110 25 Gambar teknik bucket ................................................................................ 111 26 Gambar teknik corong pengeluaran ........................................................... 112 27 Gambar teknik corong pemasukan............................................................. 113 28 Gambar teknik motor listrik....................................................................... 114
18
29 Gambar teknik penutup atas dan bawah .................................................... 115 30 Gambar teknik pillow block dan as ............................................................ 116 31 Gambar teknik rangka ruang pemindah ..................................................... 117 32 Gambar teknik kaki rangka ........................................................................ 118 33 Gambar teknik puli silinder dan ring puli .................................................. 119 34 Gambar teknik puli penggerak gear box.................................................... 120 35 Gambar teknik puli penggerak bucket elevator ......................................... 121
PENDAHULUAN Latar Belakang Jagung termasuk jenis tanaman pangan kedua setelah padi (Simatupang 2003) dan merupakan salah satu komoditas pertanian yang sangat penting sebagai makanan pokok manusia dan pakan ternak yang terus meningkat kebutuhannya (Tangendjojo et al. 2003; Djulin et al. 2003). Luas panen jagung di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami peningkatan yaitu 3.346.427 ha pada tahun 2006 menjadi 3.450.650 ha pada tahun 2007 (Kominfo 2007). Hal ini diiringi dengan peningkatan produksi 11.610.640 ton jagung pipilan pada tahun 2006 menjadi 12.381.561 ton pada tahun 2007 (Kominfo 2007). Proses pengolahan jagung setelah panen meliputi pemipilan, pengeringan, sortasi, penyimpanan dan pengemasan. Dewasa ini pemanfaatan jagung lebih banyak digunakan sebagai jagung pipilan. Penanganan pasca panen yang paling kritis pada jagung adalah pengeringan. Hal ini disebabkan penanganan pengering yang terlambat akan menyebabkan meningkatnya aflatoxin. Standar kandungan aflatoxin pada jagung menurut SNI maksimum 5 ppb. Untuk itu pada biji-bijian terutama jagung pipilan, harus memperhatikan penanganan pengeringan dan penyimpanan sehingga penyebab tingginya kandungan aflatoxin yang menyebabkan bahaya bagi kesehatan dapat dihindari. Mengingat hal di atas, perlu dibuat alat pengering yang memperhatikan penanganan pengeringan dan penyimpanan, salah satu solusi yaitu dengan menggunakan pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) terintegrasi untuk biji-bijian. Penggunaan sumber energi terbarukan untuk memenuhi kebutuhan energi termal pada pengeringan produk pertanian merupakan usaha yang dapat dilakukan dalam rangka menurunkan biaya energi selain mendapatkan kepastian keberadaan sumber energi dalam jangka panjang. Sumber energi surya dan biomassa merupakan sumber-sumber yang sangat potensial untuk maksud termal pada proses pengeringan produk pertanian. Salah satu tipe pengering berenergi surya yang telah dikembangkan adalah pengering tipe Efek Rumah Kaca (ERK) (Abdullah 1993).
2
Kemudian sistem pengering tahap kedua, pada umumnya dapat disebut sebagai pengering dalam penyimpanan In-Store Dryer (ISD). Pada kadar air yang lebih rendah, kira-kira 18%, biji-bijian termasuk jagung pipilan lebih aman untuk disimpan dalam jangka waktu yang relatif lebih lama pada suhu dan kelembaban yang umum ada di Indonesia, apabila menggunakan asumsi biji-bijian 270C umur simpan yang aman dapat lebih dari 20 hari, sedangkan pada kadar air yang lebih tinggi, misalnya 20% pada suhu yang sama umur simpan menjadi hanya kurang dari 10 hari (Brooker et al. 1993).
Metode In-Store Dryer (ISD) umumnya
menggunakan udara lingkungan yang dihembus melalui tumpukan biji-bijian yang dikeringkan. Udara lingkungan ini dapat dipanaskan menggunakan kolektor sehingga naik beberapa derajat di atas suhu lingkungan. Laju pengeringan tentunya tidak terlalu tinggi, maka pengering ini juga berfungsi sebagai penyimpan. Dengan adanya dua tahap pengering ini, tentunya memerlukan dua alat yaitu pengering dan penyimpan. Pada penelitian ini menggunakan alat pengering yang berkapasitas 1,5 ton dan penyimpanan yang berkapasitas 7,5 ton sehingga alatnya berdimensi besar dan bahan dalam bentuk curah (bulk). Masalah yang timbul adalah pemindahan bahan dari pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid ke penyimpan In-Store Dryer (ISD). Untuk menghubungkan kedua alat ini maka diperlukan mesin pemindah bahan yang sesuai. Karena pemindahan bahan ke arah vertikal maka desain mesin yang sesuai adalah bucket elevator. Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian utama yang berjudul Rancang Bangun Alat Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi untuk Biji-Bijian, sehingga perancangan mesin pemindah bahan (bucket elevator) disesuaikan dengan bentuk dan posisi alat pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan alat penyimpan In-Store Dryer (ISD). Bucket elevator dipilih sebagai mesin pemindah bahan pada sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan penyimpan In-Store Dryer (ISD) karena memiliki banyak kelebihan. Bucket elevator ini mempunyai kelebihan dibanding mesin lain di antaranya : dapat digunakan untuk pengangkutan yang vertikal atau dengan sudut kemiringan tajam, harga pembuatan relatif lebih murah,
3
energi yang digunakan relatif rendah dan pengoperasian relatif lebih mudah. Sehingga dengan adanya bucket elevator ini sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) dapat beroperasi dengan baik. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1.
Mendesain bucket elevator yang menunjang sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) terintegrasi untuk biji jagung yang mempunyai konstruksi dan mekanis sederhana tetapi cukup efektif dan efisien sebagai mesin pemindah bahan.
2.
Menguji kinerja bucket elevator hasil desain untuk proses pemindahan biji jagung. Manfaat Penelitian Penelitan ini bermanfaat sebagai bahan pertimbangan atau masukan untuk
dapat mengembangkan mesin pemindah bahan khususnya untuk sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) terintegrasi untuk biji jagung yang lebih efektif dan efisien sehingga dapat mengatasi kesulitan dalam pemindahan bahan. Selain itu penelitian ini juga bermanfaat bagi sentra industri jagung dalam melakukan pemindahan bahan pada sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) terintegrasi untuk biji jagung dimana alat ini akan ditempatkan nantinya.
4
TINJAUAN PUSTAKA Jagung Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting, selain gandum dan padi. Sebagai sumber karbohidrat utama di Amerika Tengah dan Selatan, jagung juga menjadi alternatif sumber pangan di Amerika Serikat. Penduduk beberapa daerah di Indonesia (misalnya di Madura dan Nusa Tenggara) juga menggunakan jagung sebagai pangan pokok. Selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari biji), dibuat tepung (dari biji, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku industri (dari tepung biji dan tepung tongkolnya). Tongkol jagung kaya akan pentosa, yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural. Jagung yang telah direkayasa genetika juga sekarang ditanam sebagai penghasil bahan farmasi (Wikipedia Indonesia 2007). Biji jagung kaya akan karbohidrat. Sebagian besar berada pada endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai 80% dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk pati umumnya berupa campuran amilosa dan amilopektin. Pada jagung ketan, sebagian besar atau seluruh patinya merupakan amilopektin. Perbedaan ini tidak banyak berpengaruh pada kandungan gizi, tetapi lebih berarti dalam pengolahan sebagai bahan pangan. Jagung manis tidak mampu memproduksi pati sehingga bijinya terasa lebih manis ketika masih muda (Wikipedia Indonesia 2007). Sistem Pengering Efek Rumah Kaca-Hybrid dan In-Store Dryer Sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) adalah merupakan sistem pengeringan yang baru dikembangkan untuk peningkatan kualitas biji-bijian yang akan disimpan. Sistem ini terdiri dari dua pengering, yang pertama pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid. Pengering ini merupakan struktur terintegrasi antara kolektor surya dengan wadah produk pengeringan. Pengunaan alat pengering surya tipe Efek Rumah Kaca (ERK) telah dilakukan dan terus dikembangan untuk berbagai produk biji-bijian, buah-buahan, benih dan ikan (Abdulah 1995, 1998, 1999; Nelwan 1997, 2005; Dyah 2005;
5
Manalu 1999). Suhu udara pengering rata-rata berkisar 39-500C untuk berbagai lokasi, dengan waktu pengering berkisar 4-57 jam bergantung dari jenis yang dikeringkan. Sistem pengering tahap kedua pada umumnya dapat disebut sebagai pengering dalam penyimpanan In-StoreDryer (ISD). Dengan metode ini penggunan pemanas yang membutuhkan biaya operasi yang lebih tinggi dapat dikurangi. Dan dengan metode ini maka sangat diperlukan sekali mesin pemindah bahan yang akan membantu pemindahan bahan dari pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid ke penyimpan In-Store Dryer (ISD). Pemindahan Bahan Menurut Zainuri (2006) mesin pemindah bahan (material conveying equipment) adalah peralatan yang digunakan untuk memindahkan muatan yang berat dari satu tempat ke tempat lain dalam jarak yang tidak jauh, misalnya pada bagian-bagian atau departemen pabrik, pada tempat-tempat penumpukan bahan, lokasi konstruksi, tempat penyimpanan dan pembongkaran muatan dan sebagainya. Mesin pemindah bahan hanya memindahkan muatan dalam jumlah dan besar tertentu dengan perpindahan bahan kearah vertikal, horizontal, atau kombinasi keduanya. Ada beberapa metode digunakan untuk mengangkut bahan-bahan pertanian. Pemilihan metode pengangkutan tergantung pada penerapan alami dan jenis bahan yang diangkut. Bahan pertanian bisa berupa cairan, butiran, serbuk, berserat atau kombinasi dari bahan tersebut di atas (Srivastava et al. 1993). Brook (1971) mengungkapkan, banyak cara di mana jumlah metode dan jenis peralatan digunakan untuk penanganan bahan dapat diklasifikasikan. Sebagai contoh belt konveyor, dapat digunakan untuk lebar bahan yang bervariasi seperti : pasir, kerikil, tepung susu dan cocoa beans. Cara yang mendasari pengelompokkan metode, khususnya dari segi mekanik, dipertimbangkan menjadi tiga kelompok utama : metode berkelanjutan (continous methods), semi berkelanjutan (semi continous) dan metode tumpukan (batch methods). Henderson and Perry (1989), alat-alat penanganan bahan olah dapat dibagi menjadi delapan tipe, yaitu : (1) konveyor sabuk, (2) konveyor rantai, (3) konveyor baud, (4) konveyor sendokan, (5) konveyor arus angin, (6) konveyor
6
gaya tarik bumi, (7) derek dan (8) pengungkit, truk dan gerobak pengangkut. Alat pemindah bahan yang sesuai untuk sistem pengering ERK-Hybrid dan ISD adalah bucket elevator dan pneumatic conveyor. Tabel 1 Kelebihan dan kelemahan bucket elevator dan pneumatic conveyor (Siregar SF 2004 ) No 1.
2.
Jenis alat Bucket elevator
Pneumatic conveyor
Kelebihan a. Dapat mengangkut bahan dengan kemiringan yang curam. b. Dapat digunakan untuk mengangkut butiran dan material kering yang sudah lumat, mengangkut material yang cenderung lengket, serta mengangkut bongkahan-bongkahan besar dan material yang berat. c. Harga relatif lebih murah karena pemakaian energi kecil.
Kelemahan a. Bahan yang diangkut kebersihannya tidak terjaga. b. Tidak dapat digunakan jika bahan melalui jalur yang berkelok-kelok.
c. Bahan yang diangkut dapat mengalir kembali atau jatuh ke bawah. a. Tidak dapat a. Bahan yang diangkut mengangkut bahan kebersihannya tetap dengan kemiringan terjaga. yang curam. b. Dapat digunakan jika bahan b. Hanya dapat melalui jalur yang mengangkut bahan berkelok-kelok. yang ringan atau berbentuk bongkahan kecil. c. Bahan yang diangkut tidak c. Harga relatif lebih mahal karena dapat mengalir kembali pemakaian energi atau jatuh ke bawah. besar. Pemilihan Mesin Pemindah Bahan
Menurut Zainuri (2006), mesin pemindah bahan harus dapat memindahkan muatan ke tujuan yang ditentukan dalam waktu yang dijadwalkan, dan harus dihantarkan ke departemen atau unit produksi dalam jumlah muatan yang ditentukan. Mesin harus dapat dimekaniskan sedemikian rupa sehingga hanya memerlukan sedikit mungkin operator untuk pengendalian, pemeliharaan,
7
perbaikan dan tugas-tugas tambahan lainnya. Alat ini tidak boleh merusak muatan yang dipindahkan ataupun menghalangi dan menghambat proses produksi. Alat ini harus aman dalam operasinya dan ekonomis baik dalam biaya operasi maupun modal awalnya. Faktor-faktor teknis yang harus diperhatikan dalam pemilihan mesin pemindah bahan, antara lain : 1. Jenis dan sifat bahan yang akan ditangani. 2. Kapasitas per jam yang dibutuhkan. 3. Arah dan jarak pemindahan. 4. Cara menyusun muatan pada tempat asal, akhir dan antara. 5. Karakteristik proses produksi yang terlibat dalam pemindahan muatan. 6. Kondisi lokal yang spesifik. 7. Jangka waktu penggunaan alat. Pemilihan juga didasarkan atas faktor-faktor ekonomi antara lain : 1. Biaya pengeluaran modal (capital outlay), meliputi : biaya peralatan (cost of equipment), biaya pengangkutan, pemasangan (erection) dan biaya konstruksi yang diperlukan dalam operasinya. 2. Biaya operasional (operation cost), mencakup : upah pekerja, biaya bahan bakar (energi), biaya perawatan dan perbaikan, biaya pelumasan, pembersihan dan perbaikan menyeluruh (overhaul). Juga perlu dipertimbangkan parameter teknis dalam mengoperasikan mesin pemindah bahan, yang antara lain berupa : 1. Kapasitas pemindahan dan kecepatan (ton/jam). 2. Berat mati peralatan (dead weight of equipment). 3. Kecepatan berbagai gerakan peralatan. 4. Tinggi angkat (lifting height). 5. Ukuran geometris peralatan, antara lain bentangan, panjang, dan lebar. 6. Keselamatan (safety) operator. Bucket Elevator Bucket elevator adalah alat angkut yang sangat effisien, tetapi lebih mahal dibandingkan dengan konveyor scraper (carukan). Bucket elevator lebih effisien karena tidak terjadi gesekan antara bahan olah dengan wadahnya. Hal ini mungkin
8
karena setiap mangkuk bebas tidak bergeseran dengan dinding, tidak seperti konveyor scraper (Henderson and Perry 1989). Menurut Brook (1971), untuk pengangkutan vertikal bahan lepas, melalui tinggi terbatas, beberapa bentuk bucket elevator merupakan sistem yang tepat. Sebagai tambahan beberapa versi digunakan sebagai bagian dari proses, bagian untuk pemisahan padatan dari campuran cairan dan padatan, di mana mangkuk berlubang digunakan untuk saluran keluar cairan.
Pemasukan pada bucket
elevator biasanya dilakukan pada bagian terendah, sehingga mangkuk dapat mengumpulkan bahan, dan bermacam-macam bentuk pengeluaran digunakan. Selanjutnya Srivastava et al. (1993) menambahkan, bucket elevator umumnya digunakan untuk pengangkutan vertikal bahan-bahan aliran bebas seperti : biji-bijian kecil dan pelet. Bucket elevator terdiri dari mangkuk-mangkuk dengan jarak yang seimbang yang dikaitkan pada sabuk (belt). Sabuk membungkus sepanjang dua puli yang diletakkan di atas dan di bawah. Sabuk berputar menggerakan mangkuk berisi bijian dari bawah dan membawanya ke atas. Cara kerja bucket elevator, yaitu : material curah (bulk material) masuk ke corong pengisi (feed hopper) pada bagian bawah elevator (boot). Material curah ditangkap bucket yang bergerak, kemudian oleh bucket dibawa ke atas. Setelah sampai pada roda gigi atas, material dikeluarkan ke arah corong keluar (discharge spout), hal ini dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Cara kerja bucket a. Scooping bucket; b. Direct fill bucket; c. Centrifugal; d. gravity; e. direct gravity (Zainuri 2006)
9
Jenis bucket yang biasa digunakan adalah : (1) deep bucket, (2) shallow bucket, dan (3) V-type bucket. Deep bucket, sudut potong 650 digunakan untuk bahan yang sangat kering, mudah mengalir. Shallow bucket, sudut potong 450, untuk bahan yang mengandung uap air, agak sukar mengalir. V-bucket untuk material berat, abrasif (lihat Gambar 2).
Gambar 2 Jenis-jenis bucket a. Deep bucket ke belt; b. Shallow deep ke rantai tunggal; c. V-type dua rantai ke sisi bucket (Zainuri 2006) Sedangkan menurut Henderson and Perry (1989) ada tiga macam tipe pengeluaran bucket elevator : a. Tipe pengeluaran sentrifugal banyak digunakan untuk penanganan biji-bijian yang berukuran kecil pada elevator dan pabrik pengolahan. Mangkuk dipasang pada sabuk. b. Tipe ” perfect discharge”. Mangkuk biasanya pada rantai yang dijalankan dengan kecepatan lambat. Alat ini dipergunakan untuk bahan yang mudah rusak atau tidak dapat diangkut bila menggunakan kecepatan tinggi, juga bagi perusahaan pertanian yang menginginkan biaya permulaan rendah. c. Tipe penyedokan yang terus menerus. Digunakan untuk tugas-tugas berat, ditambang batubara, pengangkutan pasir dan sebagainya. Pada bagian pelepasan bahan dituang mendahului mangkuk.
10
Pelepasan sentrifugal membutuhkan sabuk atau transmisi yang tepat sehingga bahan jatuh tercurah pada tempat yang diinginkan. Analisanya dapat dilihat pada uraian berikut :
Gambar 3 Diagram gaya yang dialami biji-bijian sewaktu berada pada mangkuk sendokan saat pelepasan. Jari-jari efektif mangkuk sendokan saat pelepasan berkisar dari r1 ke r2 (Henderson and Perry 1989) Gambar 3 menunjukkan bagian atas mangkuk-mangkuk pada saat dia berada di atas. Pada saat mangkuk berada di sekeliling roda bagian atas, maka bahan olah yang berada di dalamnya dipengaruhi oleh dua gaya. Gaya-gaya tersebut adalah gaya berat W dan gaya sentrifugal S yang bekerja dengan arah radial, sehingga didapat persamaan gaya sentrifugal (Henderson and Perry 1989)
⎛ WV2 ⎞ ⎟ × 0,1383 ............................................................................. (1) S =⎜ ⎜ 3600 g r ⎟ ⎠ ⎝ di mana W : berat bahan olah dalam mangkuk, kg V : kecepatan tangensial, m/menit g : percepatan gravitasi, m/detik2 r : jari-jari efektif, m Resultan kedua gaya tersebut adalah R, Gambar 3, gaya ini menentukan titik di mana penumpahan terjadi. Dapat dilihat, bahwa R pada posisi 1 dan 2 dengan berbagai arahnya menunjukkan bahwa bahan olah masih berada dalam mangkuk. Pada posisi 5, gaya S dan W sama besar tetapi saling berlawanan arahnya, sehingga R sama dengan 0 (nol), yang menunjukkan bahwa tidak ada gaya yang bekerja pada bahan.
11
Pelepasan dimulai pada titik ini, dimana kecepatan permulaan dan arah lintasan dapat diduga dengan menggunakan kecepatan proyeksi putaran puli di titik ini. Pada puncak gaya S dan W harus sama besarnya atau: ⎛ WV2 S =W =⎜ ⎜ 3600 g r ⎝ Sehingga V 2 =
⎞ ⎟ × 0,1383 …………………………………………. (2) ⎟ ⎠
3600 g r 0,1383
dan jika V = 2 π r N di mana N = jumlah putaran puli setiap menit maka
N = 80.38 (1/ r ) Berdasarkan sistem transmisi, bucket elevator dibedakan menjadi 2 macam,
yaitu : menggunakan transmisi sabuk (belt) dan menggunakan transmisi rantai (chain). Untuk memilih salah satu dari kedua tipe tersebut, pertimbangan utamanya adalah faktor temperatur material yang diangkut, transmisi yang dihantarkan, perawatan dan umur pakai (Zainuri 2006). Tabel 2 Kelebihan dan kelemahan sabuk dan rantai (Zainuri 2006) No 1
Jenis Transmisi Sabuk (Belt)
Kelebihan
Kelemahan
- Harga lebih murah.
- Jika suhu tinggi akan mengalami pemuaian yang menyebabkan kekuatan sabuk (belt) menurun. - Jika bahan yang dihantarkan berupa serbuk maka serbuk akan masuk ke puli penggerak sehingga slip. - Sabuk atau belt memerlukan perawatan yang banyak akibat robek dan suhu tinggi. - Harga relatif lebih mahal.
- Mudah dalam pemasangan. - Dapat dipakai untuk jarak poros yang jauh. 2
Rantai (Chain)
- Kemungkinan terjadi muai panjang akibat suhu tinggi relatif kecil. - Kemungkinan terjadi slip karena sistem transmisi sangat kecil karena roda transmisi menggunakan sprocket. - Umur pakai lebih lama.
- Sukar dalam pemasangan.
- Memerlukan pelumasan rantai.
12
Kapasitas Bucket Elevator Kapasitas bucket elevator tergantung pada kapasitas masing-masing bucket, jarak antar bucket, dan kecepatan sabuk (belt) atau rantai yang membawa bucket. Jarak antar bucket ditentukan oleh bentuk bucket dan dan sifat pengeluarannya (Srivastava et al. 1993). Kapasitas bucket dipertimbangkan menjadi 85-90% dari volume pembongkaran untuk kecepatan tinggi, jika bahan disusun terhadap beban di atas pusat poros kaki. Jika bahan di bawah, kapasitas menjadi berkurang 80% dari volume pembongkaran. Pada kecepatan sedang bucket diharapkan mengisi 90% volume pembongkaran (Srivastava et al. 1993). Berikut persamaan yang digunakan untuk menentukan kapasitas bucket elevator (Srivastava et al. 1993):
V×v s
Q =
di mana Q
...........................................................................................
(3)
: kapasitas bucket elevator (m3/detik)
V
: volume bucket (m3)
v
: kecepatan belt (m/detik)
s
: jarak antar bucket (m)
Daya Bucket Elevator Kebutuhan daya untuk mengopersaikan bucket elevator adalah meliputi : kebutuhan untuk mengangkat bahan, untuk menggayung bahan masuk ke dalam
bucket, untuk pengeluaran bahan, untuk memindahkan keseluruhan udara dan menahan gesekan berlebih dalam bearing dan komponen bergerak lainnya. Pada umumnya bucket elevator memiliki efisiensi yang tinggi. Pada prakteknya ditemukan
kebutuhan
daya
kuda
teoritis
untuk
pengangkatan
bahan
membutuhkan peningkatan 10-15% mencapai kebutuhan daya aktual (Srivastava
et al. 1993). Berikut persamaan yang digunakan untuk mendapatkan kebutuhan daya teoritis (Srivastava et al. 1993) :
P = ρ b g Q h ......................................................................................... (4) di mana P : daya teoritis (W)
ρb : densitas kamba bahan (kg/m3) g : percepatan gravitasi (m/detik2)
Q : kapasitas bucket elevator (m3/detik) h : tinggi pengangkatan bahan (m)
13
Desain Menurut Ullman (1992) membangun suatu produk yang dapat dirakit dari suatu kebutuhan awal bukanlah pekerjaan mudah. Prosesnya berbeda dari produk ke produk dan dari industri ke industri. Ada tiga fase penting selama proses desain suatu produk, yaitu : perencanaan spesifikasi, desain konsep dan desain produk. Menurut Harsokoesoemo (1999), perancangan adalah kegiatan awal dari usaha merealisasikan suatu produk yang keberadaannya dibutuhkan oleh masyarakat untuk meringankan hidupnya. Perancangan itu sendiri terdiri dari serangkaian kegiatan yang berurutan, oleh karena itu perancangan kemudian disebut sebagai proses perancangan yang mencakup seluruh kegiatan yang terdapat dalam proses perancangan tersebut.
Kegiatan-kegiatan dalam proses
perancangan disebut fase. Salah satu deskripsi proses perancangan adalah deskripsi yang menyebutkan bahwa proses perancangan terdiri dari fase-fase seperti pada Gambar 4. Kebutuhan Analisis masalah, spesifikasi produk, dan perancangan proyek
Perancangan konsep produk
Perancangan produk
Evaluasi produk hasil rancangan Dokumen untuk pembuatan produk Gambar 4 Diagram alir proses perancangan (Harsoekoesoemo 1999)
14
METODOLOGI PENELITIAN Tahapan Penelitian Tahap-tahap penelitian terdiri dari : (1) proses desain, (2) konstruksi alat, (3) analisis desain dan (4) pengujian alat. Adapun skema tahap penelitian seperti Gambar 5. Mulai Indentifikasi masalah Gagasan awal Pengembangan dan penyempurnaan gagasan Perhitungan dan perencanaan elemen mesin (analisis)
Pelaksanaan
Hasil rancangan
Mempersiapkan bahan dan peralatan pembuatan hasil rancangan Perakitan hasil rancangan
Penyetelan hasil rakitan
Tidak Pengujian kinerja hasil rakitan (kapasitas)
Sesuai Sesuai
Penyempurnaan hasil rakitan Bucket elevator hasil rancangan Selesai
Gambar 5 Tahapan penelitian
15
Proses Desain Dalam mendesain bucket elevator perlu dilakukan proses desain. Adapun tahap-tahap dalam proses desain seperti yang disajikan sebagai berikut.
Identifikasi Masalah
Bucket elevator yang ada di pasaran pada prinsipnya bisa untuk biji-bijian namun perlu pengaturan dan penyesuaian apabila digunakan untuk pemindah bahan (biji jagung) pada sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan
In-Store Dryer (ISD). Oleh karena itu perlu dirancang bucket elevator khusus sebagai mesin pemindah bahan (biji jagung) yang disesuaikan dengan bentuk dan posisi alat terintegrasi pengering ERK-Hybrid dan ISD. Desain bucket elevator dibuat khusus karena untuk memenuhi :1) kapasitas yang diharapkan 1400 kg/jam karena biji jagung yang dikeringkan menggunakan pengering ERK-Hybrid berkapasitas 1400 kg, 2) digunakan untuk memindahkan biji jagung dalam kondisi kering dengan kadar air rata-rata 16%, 3) ketinggian pengangkutan 5,1 m, dan 4) sistem pengumpanan dari pengering ERK-Hybrid harus ditampung terlebih dahulu di bak penampungan. Skema rangkaian pengering ERK-Hybrid – Bucket
Elevator – ISD dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Skema rangkaian pengering ERK-Hybrid – Bucket Elevator – ISD
Gagasan Awal Gagasan awal dalam membuat bucket elevator adalah disesuaikan dengan bentuk dan posisi alat pengering ERK-Hybrid dan ISD terintegrasi, sehingga rancangan ini diharapkan bisa digunakan dan optimal dalam kinerjanya.
16
Mekanisme kerja bucket elevator diawali pengaliran bahan (biji jagung) dari saluran pengeluaran pengering ERK-Hybrid ke corong pemasukan bucket elevator yang kemudian dipindahkan dari corong pengeluaran bucket elevator ke penyimpan ISD. Pemindahan biji jagung dengan kapasitas yang diharapkan 1400 kg/jam dilakukan dengan membuat kecepatan putar di puli atas yang sesuai untuk mendapatkan kapasitas tersebut. Pemindahan biji jagung dengan kondisi kadar air kering 16% dilakukan dengan membuat corong pemasukan dan corong pengeluaran dengan sudut kemiringan di atas sudut curah biji jagung, yaitu 400. Ketinggian pengangkutan dicapai dengan memasukan kaki rangka ke bawah tanah. Bak penampung untuk menampung biji jagung dibuat dengan ukuran yang besar dengan sudut kemiringan bak di atas sudut curah biji jagung, yaitu 350. Desain Fungsional. Bucket elevator yang didesain digunakan untuk memindahkan biji jagung dari pengering ERK-Hybrid ke penyimpan ISD. Biji jagung dari pengering ERK-Hybrid yang sudah mencapai kadar air 16% dikeluarkan secara kontinyu melalui lubang pengeluaran pengering ERK-Hybrid, kemudian biji jagung tersebut ditampung di bak penampung. Dari bak penampung ini biji jagung langsung disalurkan ke corong pemasukan bucket elevator, dari corong pemasukan biji jagung akan mengalir menuju bucket-bucket sebagai wadah yang bergerak berputar ke atas.
Bucket-bucket akan menampung biji
jagung dengan dua cara yaitu menangkap bahan dari corong pemasukan dan menyendok bahan dari bagian dasar bucket elevator. Untuk meletakkan bucket-bucket tersebut digunakan sabuk datar yang dipasang mengelilingi puli atas dan bawah. Untuk mengerakkan sabuk datar diperlukan puli penggerak atas yang akan digerakkan oleh motor listrik, karena kecepatan putar di motor listrik biasanya terlalu tinggi maka diperlukan gear box untuk mereduksi kecepatan putar menjadi kecepatan putar yang diharapkan. Untuk menghubungkan poros motor ke gear box dan poros gear box ke poros puli atas penggerak bucket elevator digunakan sabuk-V dan puli transmisi. Lalu bucket yang berada di bagian atas puli atas akan melemparkan biji jagung ke arah corong pengeluaran bucket elevator. Dari corong pengeluaran disalurkan menggunakan saluran pengeluaran yang berupa selang fleksibel ke
17
penyimpan ISD. Untuk menjamin tegaknya bagian-bagian tersebut dan menopang semua beban yang diletakkan di atasnya serta dapat menahan gaya-gaya yang terjadi akibat transmisi tenaga dan berat beban, dibutuhkan rangka mesin. Rangka mesin ini terdiri dari rangka ruang pemindah bahan dan kaki rangka. Agar biji jagung yang diangkut ke penyimpan ISD selama bucket elevator beroperasi tidak ke luar dari bucket elevator maka digunakan penutup. Penutup terdiri dari tiga bagian yaitu penutup ruang pemindah bahan, penutup atas dan penutup bawah. Dengan keadaan tersebut di atas bucket elevator secara fungsional dapat memindahkan bahan (biji jagung) dari pengering ERK-Hybrid ke penyimpan ISD. Desain Struktural. Penentuan dimensi komponen mesin disesuaikan dengan dimensi komponen mesin yang lain. Penentuan dimensi mesin akan didasarkan hasil analisa teknis dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan serta memperhatikan segi ekonomis dan efisiensi kerja. Rangka Mesin. Rangka mesin bucket elevator terdiri dari kaki rangka dan rangka ruang pemindah, yang keduanya terbuat dari bahan besi siku 40 x 40 mm dengan tebal 4 mm. Dasar pertimbangan menggunakan ukuran tersebut adalah kekuatan menahan beban. Massa keseluruhan beban (m) yang ditopang oleh kaki rangka yang terbuat dari besi siku adalah 149 kg. Gaya menahan keseluruhan beban F (N) :
F = m × g .........................................................................................................
(5)
= 149 × 9,81 = 1461,69 N Luas penampang kaki rangka yang terbuat dari besi siku A (m2) : A = p × l...........................................................................................................
(6)
= 0,5 × 0,5 = 0,25 m 2 Sehingga kekuatan besi siku menahan beban σ (Kpa) : F ................................................................................................................. (7) A 1461,69 = = 5846,76 N / m 2 = 5,847 KPa 0,25 di mana m : massa keseluruhan beban (kg)
σ =
g : percepatan gravitasi (m/detik2) Kaki rangka yang terbuat dari bahan besi siku mempunyai tegangan patah (ultimate strength) 350 Mpa (Howatson AM, Lund PG, Todd JD.” Engineering
18
Tables and Data” p 41). Dengan kekuatan besi siku menahan beban tidak melebihi tegangan patah maka kaki rangka yang terbuat dari besi siku cukup kuat menahan beban. Kaki rangka berbentuk ruang trapesium dengan panjang 500 mm, lebar 500 mm dan tinggi 500 mm. Di mana penampang atas berbentuk persegi panjang berukuran lebar bagian dalam 140 mm, lebar bagian luar 220 mm, panjang bagian dalam 330 mm dan panjang bagian luar 415 mm, ukuran ini diperoleh berdasarkan ukuran panjang dan lebar rangka ruang pemindah bahan. Sketsa kaki rangka seperti terlihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Kaki rangka Adapun dimensi rangka ruang pemindah terdiri dari : lebar rangka bagian dalam 140 mm dan lebar rangka bagian luar 220 mm. Ukuran lebar rangka ruang pemindah bagian luar (Lr) diperoleh dari : Lr = pb + j p ...................................................................................................... (8) = 116 + 94 = 210 mm di mana pb : panjang bucket (mm) jp : jarak sisi kiri dan kanan bucket ke penutup depan dan belakang (mm) Panjang rangka bagian dalam 330 mm dan panjang rangka bagian luar 415 mm. Ukuran panjang rangka ruang pemindah bagian luar (Pr) diperoleh dari : Pr = 2 × lb + d p + j p .......................................................................................... (9) = 2 × 100 + 90 + 125 = 415 mm di mana lb : lebar bucket (mm) dp : diameter puli atas atau bawah (mm) jp : jarak sisi depan bucket ke penutup kiri dan kanan (mm)
19
Tinggi rangka ruang pemindah (Trp) diperoleh dari Trp = t isd + t st ................................................................................................... (10) = 3750 + 1135 = 4885 mm di mana tisd : tinggi ISD (mm) tst : tinggi sisi tegak yang membuat kemiringan 350 Dari ukuran panjang, lebar, dan tinggi rangka ruang pemindah didapat bentuk rangka ruang pemindah yang dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8 Rangka ruang pemindah bahan Bucket. Produk yang diangkut adalah berupa biji jagung dengan kapasitas pemindahan yang diharapkan 1400 kg/jam. Dari nilai kapasitas 1400 kg/jam = 0,388 kg/detik, dengan nilai kecepatan sabuk 0,433 m/detik dan jarak antar bucket 0,3 m yang telah diketahui, didapatkan volume bucket dari persamaan berikut :
V ×v ............................................................................................................ (11) s Q× s V = v 0,388 × 0,3 = = 0,27 kg 0,433 di mana V : kapasitas bucket (kg) Q=
Q : kapasitas pemindahan bahan (kg/detik) v : kecepatan sabuk (m/detik) s : jarak antar bucket (m)
20
Setelah massa bucket dikonversi ke volume didapat nilai 0,37 liter. Bucket yang digunakan yang tersedia di pasaran, karena tidak ada kapasitas bucket yang sama maka dipilih yang mendekati yaitu kapasitas 0,5 liter dengan ukuran sebagai berikut : panjang 116 mm, lebar 100 mm, tinggi 90 mm. Sehingga diperoleh volume satu bucket :
Volume = panjang × 1 / 2 lebar × tinggi .......... .......... .......... .......... .......... .....
(12)
= 0,11 6 m × 1 / 2 × 0,10 m × 0,09 m = 0,0005 m 3 Dengan densitas kamba jagung = 718 kg/m3 diperoleh dari Tabel 11.2 Grain properties related to pneumatic conveying (ASAE Data D241.2 dalam Srivastava et al. 1993). Diperoleh massa jagung satu bucket : massa jagung = volume × densitas kamba ....................................................... (13) = 0,0005 m 3 × 718 kg / m 3 = 0,36 kg Sketsa bucket dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Bucket Bucket yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari plastik, dengan alasan memiliki kelebihan dibanding dari bahan plat : lebih mudah dalam pemasangan, harga pembuatan lebih murah, ukuran bucket lebih seragam, tidak merusak bahan, umur pakai bucket lebih lama. Sabuk Datar. Sabuk datar yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari karet dengan empat lapisan. Sabuk datar dari bahan karet tersedia di pasaran dengan bermacam-macam ukuran lebar seperti : 40 mm, 60 mm, 80 mm, 100 mm, 200 mm dengan tebal masing-masing sama yaitu 5 mm. Dipilih ukuran sabuk
21
dengan ukuran lebar 100 mm, karena bucket yang akan dikaitkan ke sabuk mempunyai panjang 116 mm, sehingga sabuk sudah dapat menyanggah bucket. Sedangkan panjang sabuk (Ps) diperoleh dari persamaan :
( ) ( ) = (t p × 2 )+ (2 ×1 / 2 × π d )
Ps = t p × 2 + 2 ×1 / 2 × k p ............................................................................
(14)
= (4,885 × 2 ) + (2 ×1 / 2 × 3,14 × 0,09) = 9,77 + 0,28 = 10,05 m di mana tp : tinggi pemindahan (m) kp : keliling puli (m) Gaya untuk menarik bucket kosong (sisi kendor, Ts) berjumlah 13 buah F (N) : F1 = m1 × g = (0,1× 13) × 9,81 = 12,75 N Gaya untuk menarik bucket berisi biji jagung (sisi ketat, TL) berjumlah 13 buah
F (N) : F2 = m2 × g = (0,37 × 13) × 9,81 = 47,19 N
Ftot = F1 + F2 .................................................................................................
(15)
= 12,75 + 47,19 = 59,94 N Luas penampang sabuk datar A (m2) : A = l × t............................................................................................................. (16) = 0,10 × 0,005 = 0,0005 m 2 Sehingga kekuatan menarik beban σ (kPa): F ................................................................................................................ (17) A 59,94 = = 119880 N / m 2 = 119880 Pa = 119,88 KPa 0,0005 di mana m : massa bucket berisi biji jagung (kg)
σ =
g : percepatan gravitasi (m/detik2) Sabuk datar dari bahan karet ini mempunyai tegangan patah (ultimate strength) sebesar 15 Mpa (Howatson AM, Lund PG, Todd JD.” Engineering Tables and Data” p 41), dengan kekuatan tarik yang tidak melebihi tegangan patahnya, maka sabuk datar cukup kuat untuk menarik beban sehingga tidak menyebabkan robek. Sketsa sabuk datar (flat belt) dapat dilihat pada Gambar 10.
22
Gambar 10 Sabuk datar (flat belt) Dipilih sabuk dari karet bukan rantai atau bahan lain karena produk yang akan diangkut adalah biji-bijian, dalam hal ini biji jagung yang digunakan untuk keperluan pangan maka bahan yang paling cocok adalah sabuk dari karet. Jika menggunakan rantai sebagai transmisi, akan sering dilakukan pelumasan yang akan berakibat biji jagung kotor terkena minyak. Sabuk datar dari bahan karet mempunyai kelebihan : harga lebih murah, mudah dalam pemasangan, dapat dipakai untuk jarak poros yang jauh. Sabuk dari karet yang dipakai dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Sabuk datar dari karet Puli silinder. Puli silinder atas dan bawah terbuat dari pipa baja dengan panjang 130 mm, karena dengan panjang tersebut, sabuk datar sudah dapat diletakkan. Sedangkan diameter puli silinder diperoleh dari persamaan berikut : (π × d × n) .................................................................................................. 60 (v × 60) d = (π × n )
v=
=
(18)
(0,433 × 60) = 0,089 m = 9 cm (3,14 × 92)
di mana d : diameter puli silinder (cm) v : kecepatan sabuk (m/detik) n : kecepatam putar puli (rpm) Puli silinder atas dan bawah ini kiri dan kanannya diberi penutup. Penutup puli silinder terbuat dari plat datar yang berbentuk lingkaran dengan diameter
23
130 mm dan tebal 5 mm. Sedangkan kekuatan puli silinder diperoleh dengan persamaan : Gaya untuk menahan sabuk datar F1 (N) :
F1 = m 1 × g = 6,120 × 9,81 = 60,04 N Gaya untuk menahan bucket kosong yang berjumlah 13 buah F2 (N) : F2 = m2 × g = 0,1 ×13 × 9,81 = 12,75 N Gaya untuk menahan bucket berisi jagung yang berjumlah 13 buah F3 (N) : F3 = m3 × g = 0,37 ×13 × 9,81 = 47,19 N Gaya untuk menahan beban keseluruhan Ftot (N) :
Ftot = F1 + F2 + F3 ............................................................................................ (19) = 60,04 + 12,75 + 47,19 = 119,98 N di mana m1 : massa sabuk datar (kg) m2 : massa bucket kosong (kg) m3 : massa bucket berisi biji jagung (kg) Luas penampang puli silinder A (m2) : 1 π D 2 ................................................................................................... 4 1 = x 3,14 × 0,09 × 0,09 m 2 4
A=
(20)
= 0,00635 m 2 Sehingga kekuatan tekan puli silinder σ (Kpa) :
σ = =
F .............................................................................................................. (21) A 119,98 N 0,00635 m 2
= 18894,5 N / m 2 = 18894,5 Pa = 18,894 kPa Puli silinder dari bahan baja mempunyai tegangan patah (ultimate strength) sebesar 760 Mpa (Howatson AM, Lund PG, Todd JD.” Engineering Tables and Data” p 41). Dengan kekuatan tekan puli silinder yang tidak melebihi tegangan
24
patahnya berarti puli silinder cukup kuat menahan beban. Sketsa puli silinder dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12 Puli silinder Puli silinder digunakan untuk meletakkan sabuk (belt) yang berfungsi untuk mentransmisikan daya, puli ini dapat berputar dengan kecepatan sama atau berbeda. Untuk sabuk datar (flat belt) umumnya dipakai pada crowned pulleys. Gambar Crowned pulley dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13 Crowned Pulley Puli silinder yang digunakan adalah crowned pulley terbuat dari pipa baja yang ditutup oleh plat baja datar. Puli silinder dari bahan pipa baja mempunyai kelebihan : konstruksi kuat, slip antara sabuk dan puli rendah, harga pembuatan lebih murah dan mudah dalam pembuatan.
Gambar 14 As As. As yang digunakan terdiri dari dua buah terbuat dari besi pejal berbentuk silinder dengan panjang masing-masing 500 mm serta diameter masingmasing 20 mm. As ini diletakkan di tengah-tengah puli silinder sebagai poros transmisi. Untuk memilih as mengikuti diagram alir pada Lampiran 1 dan dari
25
perhitungan diameter as pada Lampiran 2 dihasilkan diameter poros lebih besar dari 17 mm. Sketsa as dapat dilihat pada Gambar 14. Corong Pemasukan. Penampang atas corong pemasukan berbentuk trapesium dengan ukuran dimensi sebagai berikut : sisi besar 100 mm, sisi kecil 80 mm, sisi sejajar 80 mm, corong pemasukan ini dibuat melengkung dengan sudut kelengkungan 40o, tinggi corong 80 mm, lengkungan kecil 100 mm dan lengkungan besar 200 mm. Corong pemasukan ini terbuat dari plat baja dengan ketebalan 1 mm. Corong pemasukan terbuat dari bahan plat baja karena mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk. Adapun sketsa corong pemasukan dapat dilihat seperti Gambar 15.
Gambar 15 Corong pemasukan Corong Pengeluaran. Penampang lubang corong pengeluaran awal berbentuk persegi panjang dengan ukuran dimensi sebagai berikut : lubang pengeluaran awal panjang 300 mm dan lebar 100 mm, corong pengeluaran berbentuk silinder yang dibuat miring, dengan sudut kemiringan 40o, sisi kemiringan kecil 340 mm, sisi kemiringan besar 640 mm, lubang pengeluaran akhir panjang 100 mm dan lebar 100 mm. Corong pengeluaran ini terbuat dari plat baja dengan ketebalan 1 mm. Corong pengeluaran terbuat dari bahan plat baja karena mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk. Sketsa corong pengeluaran dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16 Corong pengeluaran
26
Penutup Mesin. Penutup terdiri dari penutup ruang pemindah bahan, penutup atas dan penutup bawah. Penutup ruang pemindah terdiri dari empat bagian lembaran plat eser persegi panjang dengan ukuran panjang 4885 mm dan lebar 415 mm sebanyak dua buah dan dengan ukuran panjang 4885 mm dan lebar 220 mm sebanyak dua buah. Untuk penutup atas dan bawah tidak dibuat rangka, karena berbentuk setengah lingkaran, sehingga langsung digunakan plat baja yang berukuran tebal 1 mm dengan ukuran panjang 415 mm, lebar 220 mm dan tinggi minimum 120 mm dan tinggi maksimum 250 mm. Untuk penutup ruang pemindah terbuat dari plat eser dengan alasan bahan mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk. Adapun pemilihan bahan penutup atas dan bawah terbuat dari bahan plat baja adalah karena plat ini mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk sebagai penutup. Sketsa penutup atas dan bawah dapat dilihat dalam Gambar 17.
Gambar 17 Penutup atas dan bawah Bentuk setengah lingkaran ini dipilih untuk menyesuaikan bentuk puli atas dan bawah yang berbentuk lingkaran, sehingga memudahkan pemasukan dan pengeluaran bahan (biji jagung) dari corong pemasukan dan pengeluaran yang dibuat miring dengan sudut kemiringan 40o. Motor Listrik. Penggerak mesin bucket elevator menggunakan sumber tenaga penggerak motor listrik, agar efisien maka perlu direncanakan daya dan putaran yang dibutuhkan untuk memindahkan bahan dari pengering ERK-hybrid ke penyimpan ISD. Secara umum motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang berupa tenaga putar di dalam motor AC, kumparan motor tidak menerima energi listrik langsung tetapi secara induksi seperti yang terjadi pada kumparan sekunder transformator. motor AC dikenal dengan motor induksi.
Oleh karena itu
Sebenarnya motor induksi dapat
diidentifikasikan dengan transformator yang kumparan primernya sebagai
27
kumparan motor. Motor listrik yang digunakan pada penelitian ini dengan spesifikasi daya : 550 Watt dan kecepatan putar : 1400 rpm. Bagian transmisi. Bagian transmisi merupakan bagian terpenting dalam mesin bucket elevator dan unit ini terdiri dari : puli transmisi, gear box, dan sabuk-V (V-belt). Unit transmisi diletakkan di bagian atas bucket elevator karena letak motor penggerak terletak di atas. Letak motor listrik di atas dikarenakan motor listrik berfungsi untuk menggerakan bucket dari bawah ke atas. Puli Transmisi. Puli transmisi digunakan untuk mentransmisikan daya, pada mesin bucket elevator ini ada 4 buah puli transmisi yang berbentuk lingkaran dengan beralur V. Perhitungan diameter poros dan jarak antar poros dengan mengikuti diagram alir pada Lampiran 3. Puli transmisi yang menghubungkan poros motor ke poros gear box masing-masing berukuran 2 inchi, dengan diameter lubang poros 13 mm dan 13 mm dengan jarak antar poros 287-313 mm (Lampiran 4). Sedangkan puli transmisi yang menghubungkan poros gear box ke puli silinder atas berukuran masing-masing 6 inchi dan 3 inchi, dengan diameter lubang poros 39 mm dan 25 mm dengan jarak antar poros 269-339 mm (Lampiran 5). Adapun bahan pembuat puli transmisi (beralur V) terbuat dari bahan almunium pejal. Dipilih bahan ini dengan pertimbangan : bahan mudah didapat, harga relatif murah dan kuat. Gear box. Gear box digunakan untuk mempercepat dan mengurangi kecepatan putar motor sehingga diperoleh kecepatan putar yang diharapkan. Karena kecepatan putar yang diharapkan 92 rpm, sedangkan kecepatan putar motor 1400 rpm, maka dipilih perbandingan gear box dengan rasio 1 : 30. Dengan rasio ini dihasilkan kecepatan putar di gear box keluaran 46 rpm dan kecepatan putar di puli silinder atas 92 rpm. Diagram pengaturan kecepatan putar puli dapat dilihat pada Lampiran 10. Sabuk-V (V-belt). Berdasarkan hasil perhitungan dalam merencanakan sabuk-V pada Lampiran 4 dan 5, untuk penggerak gear box dipilih sabuk-V standar tipe A, No 31 dengan panjang sabuk 787 mm dan tebal sabuk 9 mm. Sedangkan hasil perhitungan sabuk-V untuk penggerak bucket elevator dipilih sabuk-V standar tipe A, No 27 dengan panjang sabuk 686 mm dan tebal sabuk 9 mm. Kelebihan sabuk-V adalah sebagai berikut : sabuk-V lebih kompak, slip
28
kecil dibanding flat belt, operasi lebih tenang, mampu meredam kejutan saat mulai, putaran poros dapat dalam 2 arah dan posisi kedua poros dapat sembarang. Dipilih sabuk-V standar bertipe A, karena paling sesuai dengan puli beralur V. Adapun gambar sabuk-V tipe standar A dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Sabuk-V tipe standar A Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan
Gagasan perancangan bucket elevator dikembangkan dan disempurnakan dengan menyesuaikan bentuk dan posisi pengering ERK-Hybrid dan ISD. Hal ini dilakukan dengan cara melakukan perhitungan untuk mendapat ukuran/bentuk dan bahan. Disamping itu perlu diperhatikan kendala yang ada di lapangan. Apabila ditemui kendala di lapangan, maka dilakukan solusi untuk mengatasinya. Analisis
Analisis desain mesin bucket elevator mencakup perencanaan elemen mesin, baik aspek mekanika, kebutuhan tenaga, ketersediaan komponen dipasaran maupun kendala yang mungkin terjadi di lapangan. Agar mesin bucket elevator dapat melakukan pemindahan bahan secara tepat dan efisien maka perlu dilakukan beberapa pertimbangan dalam merancangnya. Perhitungan dan perencanaan elemen mesin dilakukan dengan terlebih dahulu menetapkan kapasitas yang diharapkan 1400 kg/jam. Dengan kapasitas tersebut dicari nilai-nilai untuk memenuhinya seperti perhitungan pada Lampiran 10. Dari perhitungan didapatkan nilai kecepatan sabuk (bucket) 0,433 m/detik, kecepatan putar 92 rpm, tinggi pengangkutan 5,1 m, volume bucket 0,5 liter, jarak antar bucket 0,3 m, dan jumlah bucket 26 buah. Perencanaan Kapasitas. Dalam merancang mesin bucket elevator ini direncanakan kapasitas pemindahan bahan (biji jagung) sebesar 1400 kg/jam. Dengan pertimbangan
bahan yang dikeringkan pada pengering ERK-Hybrid
29
sebesar 1400 kg dan proses pemindahan dapat selesai dalam 1 jam. Kapasitas bucket elevator ditentukan oleh : kapasitas bucket, kecepatan sabuk dan jarak antar bucket. Perencanaan Daya Penggerak. Setelah dilakukan perhitungan kebutuhan daya, maka dibutuhkan daya penggerak sebesar 253 watt dengan putaran yang diharapkan sebesar 92 rpm. Karena sulit didapat penggerak dengan daya tersebut maka dipilih motor penggerak 1 fase berdaya 550 Watt dengan putaran 1400 rpm, motor listrik ini dipilih karena banyak di pasaran, harga murah dan daya lebih besar dari daya yang dibutuhkan.
Putaran motor 1400 rpm lebih besar dari
kebutuhan putaran motor yang diharapkan 92 rpm, oleh karena itu digunakan perbandingan putaran puli dan pereduksi putaran dengan perbandingan putaran 1 : 30 seperti ditampilkan dalam Lampiran 10. Untuk mendapatkan perbandingan putaran penggerak gear box diasumsikan kecepatan putar motor penggerak (n1) = 1400 rpm, diameter puli penggerak (dp) = 50 mm dan diameter puli yang digerakkan (Dp) = 50 mm, sehingga didapat perbandingan putaran puli untuk menggerakan gear box (n2) sebagai berikut : Dp n1 1400 50 1400 = ⇒ = ⇒ = 1 ⇒ n2 = 1400 rpm n2 dp n2 50 n2 sehingga didapatkan putaran puli untuk menggerakan gear box sebesar 1400 rpm, karena gear box mempunyai perbandingan 1 : 30 maka keluaran gear box sebesar 46 rpm. Untuk mendapatkan perbandingan putaran penggerak bucket elevator, diasumsikan kecepatan putar gear box (n1) = 46 rpm, diameter puli penggerak (dp) = 150 mm dan diameter puli yang digerakkan (Dp) = 75 mm, maka kecepatan putar puli atas untuk menggerakkan bucket elevator adalah : Dp n1 46 75 46 = ⇒ = ⇒ = 0,5 ⇒ n2 = 92 rpm n2 dp n2 150 n2 Perencanaan Sistem Transmisi Sabuk –V. Puli adalah suatu bagian mesin yang berguna untuk mendistribusikan daya dari satu poros ke poros lain, sehingga mekanisme mesin dapat berjalan dengan baik. Pada umumnya puli terbuat dari baja, baja tuang, dan almunium. Berdasarkan kedudukan rodanya, puli dapat dibagi menjadi puli tetap dan puli bergerak. Puli tetap adalah puli yang rodanya
30
berputar pada poros yang tidak bergerak, sedangkan pada puli bergerak rodanya berputar pada poros yang kedudukannya dapat bergeser naik turun. Diagram alir untuk memilih sabuk-V (V-belt) dapat dilihat di Lampiran 3. Kelebihan penggunaan puli adalah biaya pembuatan dan perawatan relatif lebih murah, suaranya lebih halus dibandingkan dengan roda gigi/sprocket dan lebih mudah mentransmisikan daya yang letak porosnya berjauhan. Sedangkan kekurangan penggunaan puli adalah efisiensinya lebih kecil dibanding roda gigi/sprocket dan lebih mudah slip kerena puli memakai transmisi sabuk. Dalam perancangan puli ini, penulis menentukan diameter puli untuk mendapatkan perbandingan putaran, sehingga putaran dari motor dapat disalurkan baik dibesarkan atau dikecilkan sesuai dengan perancangan dengan menggunakan persamaan dari Sularso dan Kiyokatsu Suga (1978) : Dp n1 ............................................................................................. (22) = n2 dp di mana n1
: putaran poros motor penggerak (rpm)
n2
: putaran poros motor digerakkan (rpm)
Dp : diameter puli yang digerakkan (mm) dp
: diameter puli penggerak (mm)
Pelaksanaan
Merupakan langkah untuk mewujudkan hasil rancangan ke dalam bentuk fisik (bucket elevator). Untuk diagram alir perencanaan dan pengujian bucket elevator ditampilkan dalam Gambar 5. Bentuk fisik (bucket elevator) dibuat berdasarkan rancangan bucket elevator yang sudah dipindahkan ke dalam gambar teknik dan dilengkapi dengan informasi yang diperlukan. Konstruksi Bucket Elevator
Rangka mesin dibuat dari bahan besi siku. Penyambungan antar rangka menggunakan las listrik sedangkan penggerindaan dilakukan dengan gerinda tangan untuk menghaluskan pengelasannya. Setelah Rangka mesin dibuat dilakukan pemasangan puli silinder atas dan bawah dengan terlebih dahulu meletakkan as di tengah-tengah puli silinder atas dan bawah, lalu dilakukan pemasangan sabuk datar. Pemasangan sabuk datar dilakukan dengan mengelilingi
31
puli silinder atas dan bawah dan setelah kencang dilakukan penyambungan kedua sisi sabuk dengan pengikat sabuk. Setelah sabuk datar terpasang, baru dilakukan pemasangan bucket-bucket pada posisi horizontal, hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam pemasangan. Peletakkan bucket dilakukan dengan cara menandai sabuk datar dari posisi awal ke posisi berikutnya berjarak 300 mm. Setelah ditandai dilakukan pelubangan dengan bor listrik untuk tempat pemasukan mur dengan diameter lubang 6 mm dan ditutup dengan ring per masing-masing sebanyak 52 buah. Pembuatan corong pemasukan, corong pengeluaran, penutup atas dan penutup bawah dilakukan dengan memotong plat baja dengan ukuran masingmasing yang sudah ditentukan dengan menggunakan pemotong plat dan penyambungan
bagian-bagian
potongan
dilakukan
dengan
pengelasan
menggunakan las listrik. Sedangkan penutup ruang pemindah bahan dilakukan dengan menggunakan plat eser sebanyak empat bidang persegi panjang yang dipasang dengan menggunakan baut dan mur di sekeliling sisi-sisinya. Pemasangan plat eser dilakukan dengan melubangi sisi-sisi plat eser menggunakan bor listrik dan memasang mur berdiameter 8 mm dan 2 mm dengan menggunakan obeng serta mengencangkan baut menggunakan tang. Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan dengan dua tahap yaitu pembuatan bucket elevator dilakukan di bengkel Teknik Pertanian, Departemen Teknik Pertanian di Leuwikopo dan pengujian bucket elevator dilakukan di lokasi Laboratorium Energi dan Elektrifikasi, Departemen Teknik Pertanian di Leuwikopo. Waktu penelitian dilakukan dari bulan Juli 2007 sampai Mei 2008. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari dua bagian, yaitu : bahan pembuatan bucket elevator dan bahan pengujian bucket elevator. Bahan yang digunakan dalam pengujian bucket elevator adalah biji jagung yang didapat dari pedagang pengumpul di Jakarta sebanyak 1400 kg per satu kali pengujian. Adapun bahan yang digunakan untuk pembuatan bucket elevator disajikan pada Tabel 3.
32
Tabel 3 Nama bahan untuk pembuatan bucket elevator No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.
Nama bahan Bucket Sabuk datar ( flat belt) Besi siku Plat eser Bearing As Puli silinder Ring Puli Baut+mur untuk bucket Ring untuk bucket Puli transmisi Sabuk-V (V-belt) Baut+mur besar untuk plat penutup Baut+mur kecil untuk plat penutup Motor Listrik Gear Box
Ukuran p :11,6 cm; l :10 cm; t :9 cm p :10,2 m; l :10 cm; t :5 mm 40 mm x 40 mm, t : 4 mm tebal : 0,8 mm Ø : 19 mm Ø : 20 mm Ø : 9 cm; p : 13 cm Ø : 13 mm, t :5 mm Ø1 : 6 mm
Jumlah 26 buah 1 buah 6 batang 6,38 m2 4 buah 2 buah 2 buah 4 buah 52 buah
Ø1 : 8 mm
52 buah 4 buah 2 buah 30 buah
Ø1 : 2 mm
240 buah
daya : 500 Watt; n : 1400 rpm perb 1:30
1 buah 1 buah
Ø1:50 mm; Ø2:75 mm; Ø1:150 mm
Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari dua bagian, yaitu : alat pembuatan bucket elevator dan alat pengujian bucket elevator. Adapun alat yang digunakan dalam pembuatan bucket elevator adalah : 1) Mesin las listrik, digunakan untuk proses pengelasan dan penyambungan besi 2) Solder, untuk pengelasan dan penyambungan besi dan plat eser skala kecil; 3)
Gerinda potong, untuk memotong besi sesuai ukuran;
4) Pemotong plat, untuk memotong plat sesuai ukuran; 5) Gerinda tangan, untuk menghaluskan besi hasil pengelasan; 6) Bor listrik, untuk membuat lubang; 7) Tang, untuk mengecangkan baut; 8) Obeng, untuk membuka dan menutup mur; 9) Meteran dan penggaris, untuk mengukur dan menggambar bagian yang akan dipotong; 9) Jangka sorong, untuk mengukur ketebalan bagian bahan; 10) Busur derajat, untuk mengukur sudut curah untuk saluran pengeluaran. Sedangkan alat yang digunakan dalam pengujian bucket elevator adalah : 1) Timbangan digital, untuk mengukur seberapa besar biji rusak;
33
2) Timbangan analog, untuk mengukur seberapa besar biji tersisa; 3) Clampmeter, untuk mengukur arus yang ke luar dari sumber listrik; 4)
Multimeter, untuk mengukur tegangan yang ke luar dari sumber listrik;
5) Moisturetester, untuk mengukur kadar air bahan yang dipindahkan. 6) Tachometer, untuk mengukur seberapa besar kecepatan putar poros puli penggerak dan poros motor penggerak. 7)
Stop watch, digunakan untuk mengukur waktu pemindahan bahan.
8) Kalkulator, digunakan untuk menghitung nilai-nilai yang ingin dicari. Pengujian
Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini meliputi : Uji Fungsional
Uji ini dilakukan untuk melihat apakah seluruh komponen berfungsi seperti yang diharapkan. Cara melakukan uji ini adalah dengan melihat satu persatu bagian-bagian mesin bucket elevator apakah bagian-bagian tersebut sudah menjalankan fungsinya masing-masing dengan baik saat mesin beroperasi. Uji Kinerja
Uji kinerja dilakukan secara curah pada biji jagung yang diangkut setelah dikeringkan oleh pengering ERK-Hybrid dan dilakukan 3 kali pengujian. Uji kinerja tambahan dilakukan pada tiga tingkatan kadar air yang meliputi : kadar air kering panen (28%), kadar air setengah kering (18%) dan kadar air kering/aman untuk penyimpanan (14%) masing-masing 1 kali ulangan. Tujuan penggunaan kadar air kering panen (28%), agar bucket elevator dapat juga digunakan untuk pemasukan biji jagung ke pengering ERK-Hybrid, kadar air setengah kering (18%), bucket elevator digunakan untuk pemindahan biji jagung dari pengering ERK-Hybrid ke ISD dan kadar air kering (14%), agar bucket elevator dapat juga digunakan untuk pemasukan biji jagung dari ISD ke truk. Uji kinerja meliputi : 1) kapasitas, 2) biji tersisa, 3) biji rusak dan 4) kebutuhan daya listrik. Jumlah bahan (biji jagung) yang dipindahkan dalam satu siklus dan waktu yang diperlukan untuk pemindahan dalam satu siklus diperlukan untuk menghitung kapasitas kerja bucket elevator. Cara melakukan uji kapasitas: pertama, menimbang keseluruhan biji jagung yang sudah dikeringkan dari pengering ERK-Hybrid dengan menggunakan timbangan biasa; kedua, bucket
34
elevator dijalankan dengan cara menghidupkan motor listrik sehingga biji jagung dapat dipindahkan ke penyimpan ISD; ketiga, diamati waktu dari awal hingga akhir pemindahan bahan dengan menggunakan stopwatch. Kapasitas kerja bucket elevator diperoleh dengan persamaan :
q=
n ..................................................................................................... (22) t
di mana
q
: kapasitas kerja bucket elevator (kg/jam)
n
: jumlah biji jagung yang dipindahkan (kg)
t
: waktu yang diperlukan untuk satu siklus pemindahan biji jagung (jam) Cara melakukan perhitungan biji tersisa yaitu : pertama, timbang bobot
keseluruhan biji yang akan diangkut dengan timbangan biasa; kedua, setelah selesai pemindahan, timbang bobot biji yang tercecer di lantai luar bucket elevator menggunakan timbangan analog; dan ketiga, timbang bobot biji yang tertinggal di bagian dasar bucket elevator menggunakan timbangan analog. Lalu lakukan perbandingan bobot biji tercecer dan tertinggal dengan bobot biji keseluruhan. Untuk menghitung seberapa besar biji tersisa diperoleh dengan persamaan : Btersisa =
n1 + n2 × 100 % ................................................................... (23) ntot
di mana
Btersisa
: persen biji jagung yang tersisa (%)
n1
: bobot biji jagung yang tercecer di luar lantai bucket elevator (kg)
n2
: bobot biji jagung yang tertinggal di bagian dasar bucket elevator (kg)
n tot
: bobot biji jagung keseluruhan yang diangkut (kg) Definisi biji rusak adalah biji yang bentuknya tidak utuh lagi.
Cara
melakukan perhitungan biji rusak yaitu : pertama, ambil sampel menggunakan tempat tertentu (dalam hal ini menggunakan bucket) kemudian timbang bobotnya dengan timbangan digital;
kedua, timbang bobot biji jagung rusak dengan
menggunakan timbangan digital dan ketiga, timbang bobot biji jagung baik menggunakan timbangan digital. Lalu lakukan perbandingan bobot biji jagung rusak dengan bobot biji jagung sampel keseluruhan.
35
Peningkatan biji jagung rusak akibat penggunaan bucket elevator diperoleh dengan mengurangi biji jagung rusak sebelum dan sesudah pemindahan. Untuk menghitung seberapa besar biji rusak diperoleh dengan persamaan :
B rusak =
m1 ×100 % ............................................................................ (24) m2
di mana B rusak
: persen biji jagung yang rusak (%)
m1
: bobot biji jagung yang rusak (gram)
m2
: bobot biji jagung sampel awal keseluruhan (gram) Kebutuhan daya listrik merupakan jumlah penggunaan daya yang digunakan
oleh peralatan listrik. Pengukuran voltase dilakukan dengan multimeter dan arus dilakukan dengan menggunakan clampmeter sedangkan pengukuran waktu didasarkan pada lamanya proses pemindahan bahan (biji jagung) dengan menggunakan stopwatch. Kebutuhan daya listrik dilakukan pada keadaan bucket elevator tanpa beban dan ada beban. Perhitungan daya listrik diperoleh dengan persamaan :
P = V × i ............................................................................................... (25) di mana P : daya (Watt)
V : tegangan (Volt) i : arus (Ampere) Uji Stabilitas
Uji stabilitas dilakukan untuk melihat letak titik berat mesin bucket elevator dan berapa besar gaya yang harus dihindari agar mesin bucket elevator tidak terguling. Uji stabiltas dilakukan dengan cara menghitung keseluruhan gaya dan momen gaya yang bekerja pada mesin bucket elevator dalam keadaan ditegakkan, sehingga didapatkan gaya terbesar yang diperbolehkan diberikan agar mesin
bucket elevator tidak terguling. Untuk perhitungan uji stabiltas dapat dilihat pada Lampiran 11.
36
HASIL DAN PEMBAHASAN Dasar Pemilihan Bucket Elevator sebagai Mesin Pemindah Bahan
Dasar pemilihan mesin pemindah bahan secara umum selain didasarkan pada sifat-sifat bahan yang berpengaruh terhadap mesin pemindah bahan, maka hal-hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah jarak angkut, kemiringan atau perbedaan ketinggian dari posisi bahan yang hendak diangkut, jumlah bahan yang diangkut dan kecepatan pengangkutan yang diperlukan. Pemilihan alat transportasi (conveying equipment) bahan padatan antara lain tergantung pada : kapasitas bahan yang ditangani; jarak perpindahan bahan; kondisi pengangkutan : horizontal, vertikal, dan inklinasi; ukuran (size), bentuk (shape), sifat bahan (properties) dan harga peralatan tersebut.
Bucket elevator secara luas digunakan dalam penanganan dalam jumlah besar bubuk curah dan secara normal dipersiapkan untuk mengangkut bahan di mana tinggi pengangkutannya panjang, dibutuhkan untuk bubuk yang mengalir bebas atau produk butiran. Beberapa dari bucket elevator ditemukan dalam pabrik pembuatan makanan hewan, penyimpanan bijian curah dan banyak instalasi besar penanganan bubuk dalam industri makanan. Penggunaan bucket elevator sebagai mesin pemindah bahan sangat tepat karena bucket elevator merupakan mesin yang cukup efektif untuk pemindah bahan secara vertikal. Dari segi kapasitas material yang ditangani adalah biji jagung sebesar 1400 kg/jam, kapasitas ini cukup besar dan akan sulit didapat jika menggunakan tenaga manusia. Dari segi jarak perpindahan bahan, bahan ini harus dipindahkan setinggi 5,1 m, tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan tenaga manusia terutama dari segi keselamatan (safety). Dari segi sifat bahan (material), bahan yang akan dipindahkan adalah butiran yang kering. Konstruksi Prototipe Bucket Elevator
Pembuatan protitipe bucket elevator diawali dengan pembuatan gambar teknik dengan menggunakan bantuan komputer (CAD). Dengan adanya gambar kerja dapat dilihat hal-hal yang tidak sesuai dengan perancangan dapat dimodifikasi secara cepat. Gambar kerja yang sudah pasti menjadi pedoman pada saat pembuatan prototipe alat. Urutan pemasangan bagian-bagian bucket elevator
37
dilakukan dari yang paling mudah. Bucket elevator untuk pemindah bahan (biji jagung) hasil rancangan dapat dilihat dalam Gambar 19. Penutup atas Corong pengeluaran
Motor listrik
Penutup ruang pemindah bahan
Ruang pemindah bahan
Bucket
Sabuk datar
Penutup bawah Corong pemasukan Kaki rangka
Gambar 19 Bucket elevator hasil rancangan
38
Kaki rangka
Kaki rangka bucket elevator dibuat dari besi siku dengan ukuran 40 mm x 40 mm, dengan ketebalan 4 mm. Kaki rangka berbentuk ruang trapesium dibuat dengan memotong besi siku masing-masing sepanjang 500 mm sebanyak 8 buah, sehingga didapat potongan untuk panjang sebanyak 2 buah, potongan untuk lebar sebanyak 2 buah dan potongan untuk tinggi sebanyak 4 buah. Lalu dilakukan penyambungan potongan-potongan tersebut dengan menggunakan las listrik. Kaki rangka yang telah terpasang dapat dilihat pada Gambar 20.
Gambar 20 Kaki rangka Rangka ruang pemindah bahan
Rangka ruang pemindah bahan terbuat dari besi siku 40 mm x 40 mm dengan tebal 4 mm. Rangka ruang pemindah bahan berbentuk persegi panjang dibuat dengan memotong besi siku dengan potongan untuk lebar berukuran 220 mm sebanyak 4 potong, potongan untuk panjang berukuran 415 mm sebanyak 4 potong dan potongan untuk tinggi berukuran 4885 mm sebanyak 4 potong. Lalu dilakukan penyambungan potongan-potongan tersebut dengan menggunakan las listrik. Disepanjang rangka ruang pemindah di beri ring rangka yang juga terbuat dari bahan besi siku 40 mm x 40 mm dengan tebal 4 mm sebanyak lima buah dengan jarak 977 mm. Rangka ruang pemindah yang belum ditegakkan dapat dilihat pada Gambar 21.
Gambar 21 Rangka ruang pemindah bahan
39
Bucket
Bucket yang bergerak mengelilingi puli silinder atas dan bawah terbuat dari plastik dengan panjang 116 mm, lebar (projection) 100 mm dan tinggi 90 mm. Adapun jumlah bucket yang digunakan 26 buah dengan jarak antar bucket 300 mm, untuk perhitungan jumlah bucket yang dibutuhkan dapat dilihat pada Lampiran 10. Pemasangan bucket dilakukan pada posisi sabuk datar yang sudah dipasang mengelilingi puli silinder atas dan bawah dalam posisi horizontal, hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam pemasangan. Sehingga didapatkan posisi
bucket setelah dikaitkan ke sabuk datar seperti terlihat pada Gambar 22.
Gambar 22 Posisi bucket Sabuk datar (flat belt)
Sabuk datar yang digunakan untuk mengelilingi puli silinder atas dan bawah adalah yang sesuai dengan ukuran yang direncanakan. Pemasangan sabuk datar dilakukan dengan menarik sabuk secara ketat mengelilingi puli silinder atas dan bawah. Penyambung kedua sisi sabuk datar dilakukan dengan mengunakan pengikat sabuk. Untuk pemasangan sabuk datar dapat dilihat pada Gambar 23.
Gambar 23 Pemasangan sabuk datar
40
Puli silinder
Puli silinder atas dan bawah terbuat dari pipa baja dengan panjang 130 mm dan berdiameter 90 mm, yang tengahnya di beri as dengan terlebih dahulu dibubut, sedangkan sisi kiri dan kananya diberi penutup puli. Penutup puli silinder terbuat dari plat datar yang berbentuk lingkaran dengan diameter 130 mm dan tebal 5 mm. Penutup puli dipasang ke puli silinder dengan pengelasan menggunakan las listrik. Peletakkan puli silinder dapat dilihat pada Gambar 24.
Gambar 24 Peletakan puli silinder As atau Poros
As atau poros dipotong sesuai ukuran yang telah direncanakan yakni 500 mm dengan menggunakan gerinda potong. Poros tersebut dibubut untuk mendapatkan diameter 20 mm. Pembuatan poros tidak terlalu sulit. Poros ini diletakkan di tengah-tengah puli silinder atas dan bawah. Setelah poros terpasang, poros dimasukkan ke tengah-tengah pillow block, lalu dilakukan pemasangan
pillow block dengan memasukan baut pada kedua sisi pillow block. Peletakan as atau poros dapat dilihat pada Gambar 25.
Gambar 25 Peletakan as
41
Corong Pemasukan
Corong pemasukan dibuat dari plat baja dengan tebal 1 mm. Pemotongan sisi depan dan belakang corong pemasukan sesuai ukuran yang direncanakan dengan pemotong plat. Sedangan sisi lengkung kecil dan besar dilakukan dengan perlakuan pelengkungan. Bahan sisi lengkung dipanaskan dengan gas LPG kemudian dipukul sesuai garis kelengkungannya. Penempaan dilakukan berulang kali sampai mendapatkan kelengkungan dengan diameter yang direncanakan. Kemudian sisi-sisi itu disambung dengan pengelasan menggunakan las listrik. Corong pemasukan yang sudah terpasang dapat dilihat seperti Gambar 26.
Gambar 26 Corong pemasukan Corong Pengeluaran
Corong pengeluaran dibuat dari plat baja dengan tebal 1 mm. Pemotongan sisi depan dan belakang corong penegeluaran dilakukan sesuai ukuran yang direncanakan dengan pemotong plat. Sedangan sisi lengkung kecil dan besar dilakukan dengan perlakuan pelengkungan. Bahan sisi lengkung dipanaskan dengan gas LPG kemudian dipukul sesuai garis kelengkungannya. Penempaan dilakukan berulang kali sampai mendapatkan kelengkungan dengan diameter yang direncanakan. Kemudian sisi-sisi itu disambung dengan pengelasan menggunakan las listrik. Corong pengeluaran yang sudah terpasang dapat dilihat seperti Gambar 27.
Gambar 27 Corong pengeluaran
42
Karena panjang corong pengeluaran ini hanya 640 mm, maka perlu dibantu dengan tambahan selang fleksibel sebagai saluran pengeluaran bahan dari bucket
elevator ke penyimpan In- Store Dryer (ISD) sepanjang 1000 mm. Penutup Mesin
Penutup mesin terdiri dari penutup atas, penutup bawah dan penutup ruang pemindah bahan. Penutup ruang pemindah bahan dibuat dengan cara memotong plat eser menjadi empat bagian lembaran yang berbentuk persegi panjang dengan ukuran panjang 4885 mm dan lebar 415 mm sebanyak dua buah dan ukuran panjang 4885 mm dan lebar 220 mm sebanyak dua buah. Pemasangan plat eser ke rangka mesin dilakukan dengan cara melubangi plat eser menggunakan bor listrik dengan jarak tertentu, lalu dipasang mur berdiameter 2 mm dan 8 mm. Untuk penutup atas dan bawah dibuat menggunakan plat baja dengan tebal 1 mm. Penutup atas dan bawah dibuat dengan 3 potong bidang yang terdiri dari 2 potong bidang berbentuk setengah lingkaran dengan diameter yang direncanakan dan 1 potong bidang persegi panjang yang dilakukan dengan perlakuan pelengkungan. Penutup atas dan bawah dapat dilihat dalam Gambar 28.
Gambar 28 Penutup atas dan bawah Pembahasan Hasil Desain Kapasitas
Kapasitas efektif yang dihasilkan pada kecepatan putar yang direncanakan 92 rpm hanya 612,22 kg/jam dan setelah dicoba dinaikkan 184 rpm kapasitas 945,47 kg/jam, rendah sekali dibanding dengan teoritis 1400 kg/jam. Kecepatan putar puli atas penggerak bucket elevator yang direncanakan tidak memenuhi kecepatan putar puli atas optimum. Kecepatan putar puli atas optimum (yang
43
membuat gaya berat = gaya sentrifugal) yang seharusnya digunakan 97 rpm (lihat Lampiran 12), namun yang digunakan 92 rpm (lihat Lampiran 10). Kecepatan putar puli atas optimum agar biji jagung di bucket dapat terlempar semua ke corong pengeluaran, adalah 97 rpm (Lampiran 12). Namun kerena perbedaannya dengan kecepatan putar yang digunakan 92 rpm relatif kecil, maka diduga biji jagung tetap dapat terlempar dengan baik ke corong pengeluaran bucket elevator. Sehingga hal ini tidak merupakan penyebab utama kapasitas efektif yang tidak tercapai. Penyebab dominan kapasitas tidak tercapai adalah laju pengumpanan bahan dari bak penampung ke corong pemasukan lebih rendah dari laju pemindahan. Laju pengumpanan dipengaruhi faktor-faktor seperti kadar air, densitas kamba dan koefisien gesekan. Kadar air besar menyebabkan biji jagung mempunyai sifat kohesif sehingga biji jagung tidak dapat mengalir bebas. Densitas kamba kecil maka kerapatan biji jagung kecil menyebabkan biji jagung yang diumpankan sedikit. Koefisien gesek besar menyebabkan biji jagung sukar mengalir sehingga biji jagung yang diumpankan sedikit. Densitas kamba kecil serta kadar air dan koefisien gesekan besar menyebabkan laju pengumpanan kecil dan demikian sebaliknya. Ada beberapa penyebab lain yang menyebabkan kapasitas efektif tidak sesuai dengan yang diharapkan, yaitu : 1. Kecepatan putar puli atas yang direncanakan tidak tercapai, di mana kecepatan putar puli atas yang direncanakan 92 rpm ternyata yang dihasilkan hanya 58,1 rpm. Setelah kecepatan putar puli atas dicoba dinaikkan dua kalinya menjadi 184 rpm, ternyata yang dihasilkan hanya 147 rpm. Hal ini terjadi karena slip pada sistem transmisi puli-sabukV dari gear box (keluaran) ke puli atas bucket elevator. 2. Bucket-bucket pembawa biji jagung tidak terisi penuh, masing-masing hanya satu per empat sampai tiga per empat volume bucket, seperti terlihat pada Gambar 29. Hal ini disebabkan laju pengumpanan lebih rendah dari laju pemindahan. Dengan kondisi bucket-bucket yang hanya terisi satu per empat sampai tiga per empat volume bucket, dihasilkan kapasitas efektif setengah sampai tiga per empat dari kapasitas teoritis.
44
Gambar 29 Volume bucket pada saat diangkut 3. Jarak bibir bucket dan mulut corong pemasukan agak lebar sebesar 7 cm, sehingga biji jagung ada sebagian yang tidak masuk ke bucket melainkan jatuh ke bagian dasar bucket elevator. Hal ini menyebabkan volume bucket tidak terisi penuh sehingga kapasitas efektif tidak tercapai. Daya Listrik
Daya penggerak yang digunakan sudah terpenuhi dimana daya teoritis hanya 253 Watt dan daya aktual 308 Watt, walaupun kedua daya berbeda, namun kebutuhan daya sudah terpenuhi karena motor listrik yang digunakan berdaya 550 Watt. Motor induksi polyphase banyak dipakai dikalangan industri, hal ini berkaitan dengan beberapa keuntungan dan kerugian yang ada. Keuntungannya : harga relatif murah dan perawatannya mudah, sangat sederhana dan kuat, efisien tinggi pada kondisi normal. Sedangkan kerugiannya : kecepatan tidak dapat berubah, kopel awal mutunya rendah dibanding dengan motor DC. Transmisi Sabuk-V (V-belt)
Transmisi sabuk-V untuk menghubungkan poros motor listrik ke poros gear
box seharusnya menggunakan sabuk-V standar tipe A, No 31. Namun pada pelaksanaannya dipakai sabuk-V standar tipe A, No 33 dengan diameter lubang poros 19 mm dan 17 mm dengan panjang sabuk 838 mm. Hal ini dilakukan untuk menyesuaikan letak antara kedua puli transmisi. Pasangan puli transmisi penggerak gear box dapat dilihat pada Gambar 30.
45
Gambar 30 Pasangan puli transmisi penggerak gear box Transmisi sabuk-V untuk menghubungkan poros gear box ke poros puli atas seharusnya menggunakan sabuk-V standar tipe A, No 27. Namun pada pelaksanaannya dipakai sabuk-V standar tipe A, No 43 dengan diameter lubang poros 17 mm dan 20 mm dengan panjang sabuk 1092 mm. Hal ini dilakukan untuk menyesuaikan letak antara kedua puli transmisi. Pasangan puli transmisi penggerak bucket elevator dapat dilihat pada Gambar 31.
Gambar 31 Pasangan puli transmisi penggerak bucket elevator Pengujian Uji Fungsional
Bak penampung biji jagung yang berukuran panjang 1470 mm, lebar 870 mm dan kemiringan 350 sudah berfungsi dengan baik untuk mengalirkan biji jagung ke corong pemasukan bucket elevator, namun pada kasus bahan dengan
46
kadar air tinggi bak penampung kurang berfungsi karena kemiringan bak penampung kurang curam. Corong pemasukan ini kurang berfungsi dengan baik di mana biji jagung yang mengalir dari bak penampung ada sebagian jatuh di luar bucket elevator karena ukuran corong pemasukan yang kurang besar. Dan untuk kasus bahan dengan kadar air tinggi agak sulit mengalir dikarenakan sudut corong pemasukan kurang curam.
Bucket belum berfungsi dengan baik di mana bahan yang diangkut tidak terisi penuh, ini disebabkan jarak antara bibir bucket dan mulut corong pemasukan agak besar sehingga hanya sebagian bahan yang masuk ke bucket dan sebagian lagi jatuh ke bagian dasar bucket elevator. Dari hasil pengamatan sabuk datar yang digunakan cukup kuat untuk menahan beban yang diberikan kepadanya, sehingga bucket-bucket yang berisi biji jagung berada dalam posisi tetap. Puli silinder atas dan bawah sudah dapat berputar menggerakkan sabuk datar dengan baik. Motor listrik sudah berfungsi mencukupi daya yang dibutuhkan untuk mengoperasikan bucket elevator karena daya yang tersedia cukup besar yaitu 550 Watt. Karena kecepatan putar di motor listrik 1400 rpm maka diperlukan gear box untuk mereduksi putaran menjadi yang diharapkan 92 rpm. Pemakaian gear box ini sudah sesuai dimana perbandingannya sudah 1:30. Untuk menghubungkan poros motor ke poros gear box dan poros gear box ke poros puli atas dibutuhkan puli transmisi dan sabuk-V. Puli transmisi sudah dapat menghubungkan poros motor ke poros gear box dan poros gear box ke poros puli atas penggerak bucket elevator. Sabuk-V sudah dapat berfungsi mentransmisikan daya ke masing-masing poros. Corong pengeluaran sudah berfungsi dengan baik di mana biji jagung dapat mengalir dengan bebas dari corong pengeluaran menuju penyimpan ISD. Dari corong pengeluaran disalurkan menggunakan saluran pengeluaran yang berupa selang fleksibel ke penyimpan ISD. Rangka mesin terdiri dari rangka ruang pemindah bahan dan kaki rangka. Kaki rangka sudah berdiri tegak menopang keseluruhan beban yang diberikan kepadanya. Penutup terdiri dari tiga bagian yaitu penutup ruang pemindah bahan, penutup atas dan penutup bawah. Penutup sudah dapat menjalankan fungsinya
47
dengan baik karena sudah sangat rapat tertutup sehingga biji jagung tidak ke luar mesin bucket elevator ketika sedang beroperasi. Dengan keadaan tersebut di atas
bucket elevator secara fungsional sudah dapat memindahkan bahan (biji jagung) dari pengering ERK-Hybrid ke ISD. Uji Kinerja
Uji kinerja secara curah dilakukan pada dua kecepatan putar puli atas, yaitu 58,1 rpm dan 147 rpm. Pengujian dengan kecepatan putar 58,1 rpm pada dua kali pengujian, menghasilkan data seperti pada Tabel 4. Tabel 4 Hasil uji kinerja untuk pengujian pada kecepatan putar 58,1 rpm No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Parameter Keceptan putar puli atas (rpm) Kadar air (%) Densitas kamba (kg/m3) Kapasitas (kg/jam) Biji tersisa (%) Biji rusak (%) Daya (Watt)
Ulangan 1 58,1 15,6 795,83 527,77 0,3 0,1 308
Ulangan 2 58,1 18 675,78 696,67 0,24 0,1 308
Rata-rata 58,1 16,8 735,805 612,22 0,27 0,1 308
Uji kinerja secara curah yang dilakukan pada kecepatan putar 147 rpm, menghasilkan data seperti pada Tabel 5. Tabel 5 Hasil uji kinerja untuk pengujian pada kecepatan putar 147 rpm No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Parameter Keceptan putar puli atas (rpm) Kadar air (%) Densitas kamba (kg/m3) Kapasitas (kg/jam) Biji tersisa (%) Biji rusak (%) Daya (Watt)
Hasil 147 15,9 759,00 945,47 0,17 0,44 323,55
Kapasitas. Kapasitas yang direncanakan adalah 1400 kg/jam, sedangkan kapasitas yang dihasilkan dari pengamatan sebesar 612,22 kg/jam (pada kecepatan putar puli atas 58,1 rpm) dan 945,47 kg/jam (pada kecepatan putar puli atas 147 rpm). Nilai ini berbeda cukup signifikan, lebih rendah dari yang diharapkan. Penyebab dominan kapasitas tidak tercapai adalah laju pengumpanan bahan dari bak penampung ke corong pemasukan lebih rendah dari laju pemindahan. Laju
48
pengumpanan dipengaruhi sifat-sifat bahan seperti kadar air, densitas kamba dan koefisien gesekan. Densitas kamba kecil, kadar air dan koefisien gesekan besar menyebabkan laju pengumpanan kecil dan demikian sebaliknya. Hal lainnya disebabkan oleh kecepatan putar puli atas (penggerak) bucket
elevator yang dihasilkan lebih rendah dari yang direncanakan. Kecepatan putar puli atas (penggerak) yang direncanakan 92 rpm, ternyata yang dihasilkan hanya 58,1 rpm. Sedangkan untuk kecepatan putar yang direncanakan 184 rpm, ternyata yang dihasilkan hanya 147 rpm. Hal ini terjadi karena slip pada sistem transmisi puli-sabuk dari gear box (keluaran) ke puli atas (penggerak) bucket elevator. Slip yang terjadi pada kecepatan putar 92 rpm sebesar 36,85% dan slip yang terjadi pada kecepatan putar 184 rpm sebesar 20,11%. Untuk mengatasi hal tersebut maka perlu dimasukkan faktor slip dalam perancangan sistem transmisi puli-sabuk V. Selain itu, kapasitas tidak tercapai karena jumlah bahan yang diangkut masingmasing bucket tidak penuh atau hanya setengah sampai tiga per empat volume
bucket sehingga dibutuhkan waktu pemindahan yang lebih lama. Volume bucket pada saat diangkut seperti terlihat pada Gambar 28. Biji tersisa. Biji tersisa rata-rata dari penggunaan mesin bucket elevator ketika kecepatan putar 58,1 rpm sebesar 0,27% dan ketika kecepatan putar 147 rpm sebesar 0,17%. Biji tersisa dari penggunaan bucket elevator disebabkan dua hal : 1) tercecer di lantai luar bucket elevator dan 2) tertinggal di bagian dasar
bucket elevator. Namun penyebab yang terbesar karena tercecer di lantai luar bucket elevator. Hal ini disebabkan oleh corong pemasukan yang terlalu kecil dan sudut kemiringan kurang curam. Cara mengatasinya adalah dengan memperbesar corong pemasukan dan membuat sudut lebih curam serta menutup saluran dari bak penampung sehingga tidak ada celah ke luar bucket elevator. Biji rusak. Pada pengujian pertama, biji rusak rata-rata setelah dikeringkan dengan pengering ERK-Hybrid adalah 29,73%. Biji rusak ini sudah merupakan akumulasi kerusakan dari proses-proses sebelumnya. Dan setelah dipindahkan dengan bucket elevator pada kecepatan putar 58,1 rpm adalah 29,83%. Sehingga terjadi penambahan biji rusak akibat penggunaan mesin bucket elevator ketika kecepatan putar puli atas 58,1 rpm adalah sebesar 0,1%. Sedangkan pada pengujian kedua, biji rusak setelah dikeringkan dengan pengering ERK-Hybrid
49
adalah 3,54% dan setelah dipindahkan dengan bucket elevator pada kecepatan putar 147 rpm adalah 3,98%. Sehingga terjadi penambahan biji rusak akibat penggunaan mesin bucket elevator pada kecepatan putar puli atas 147 rpm adalah sebesar 0,44%.
Penambahan biji rusak yang dihasilkan sangat kecil, hal ini
menunjukkan bahwa penggunaan bucket elevator sesuai untuk pemindahan bahan. Daya listrik. Daya listrik rata-rata dari hasil pengamatan pada penelitian ketika kecepatan putar 58,1 rpm adalah 308 Watt dan energi 665 Watt.jam dan ketika kecepatan putar 147 rpm membutuhkan daya sebesar 324 Watt dan energi 415 Watt.jam. Daya hasil pengamatan sudah sesuai, di mana kapasitas yang besar membutuhkan daya besar pula. Hal ini didukung oleh Srivastava et al (1993) yang menyatakan bahwa daya dipengaruhi densitas kamba, kecepatan gravitasi, kapasitas dan tinggi pengangkutan. Dengan asumsi energi manusia per orang 2500 kkal dan dibutuhkan tenaga 2 orang serta proses pemidahan biji jagung berlangsung 1,63 jam, maka energi yang terpakai 4754 Watt.jam (lihat Lampiran 10). Jika dibanding dengan energi pemakaian bucket elevator 665 Watt.jam, maka terjadi penghematan energi sebesar 4089 Watt.jam. Hasil uji kinerja pada tiga tingkatan kadar air yaitu : rata-rata 14%, 18%, dan 28% disajikan pada Tabel 6. Tabel 6 Hasil uji kinerja pada tiga tingkatan kadar air No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
Pengamatan Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (Watt) Kecepatan putar motor (rpm) Kecepatan putar gear box (rpm) Kecepatan putar puli atas (rpm) Kecepatan putar puli bawah (rpm) Sudut curah ( 0 ) Densitas kamba (kg/m3) Bahan terangkut (pada bucket) Bahan tertumpah Biji tersisa (%) Biji rusak (%) Waktu angkut (menit) Kapasitas (kg/jam)
Hasil desain 220 253 1400 46
Tanpa beban 214 1,5 321 1435 49
14 215,7 1,6 345,12 1435 47
Kadar air (%) 18 28 215,7 215,7 1,6 1,6 345,12 345,12 1437 1442 49 53
184
153
152
152
156
184
153
152
152
156
-
-
25,11 798,42 ½- 3/4 Semua 1,25 0,98 6 1000
31,63 706,44 ¼-1/2 Semua 1,45 1,31 10 630
36,41 635,12 ¼-1/2 Semua 1,63 2,25 12 500
50
Sudut curah (angle of repose). Definisi sudut curah adalah sudut permukaan bebas tumpukan bahan terhadap bidang horizontal. Sudut curah merupakan parameter yang dapat digunakan untuk menentukan kemampuan aliran. Dalam penelitian ini dilakukan pengukuran sudut curah pada tiga tingkat kadar air. Dari Tabel 6, didapatkan sudut curah bahan dengan kadar air 14% kecil, yaitu 25,110 dibanding dengan bahan dengan kadar air 18%, yaitu 31,630 dan bahan dengan kadar air 28%, yaitu 36,410. Hal ini dikarenakan bahan dengan kadar air 14% mempunyai kemampuan mengalir sangat bebas dibanding dengan bahan dengan kadar air 18% dan 28% yang hanya mengalir bebas. Interaksi kadar air terhadap sudut curah dapat dilihat pada Gambar 32. 40 S u d u t c u r a h (d e r a ja t)
35 30 Sudut curah (derajat)
25 20 15
Linear (Sudut curah (derajat))
2
R = 0.8913
10 5 0 0
5
10
15
20
25
30
Kadar air (%)
Gambar 32 Interaksi kadar air terhadap sudut curah Gambar 32 menunjukkan semakin besar kadar air maka sudut curah yang dihasilkan semakin besar. Hal ini dibenarkan oleh Wilcke B (1999) yang menyatakan sudut curah tergantung pada : ukuran dan bentuk biji, kadar air, kadar bahan baik atau asing, kehadiran jamur dan metode pengisian dan pengosongan bahan. Sudut curah ini berpengaruh pada laju aliran pengumpanan, untuk kasus bahan dengan kadar air tinggi, diperlukan sudut curah yang besar untuk memudahkan laju aliran pengumpanan. Daya listrik. Kebutuhan daya listrik untuk menggerakkan motor penggerak puli atas, saat pembebanan (pemindahan bahan jagung) untuk ketiga tingkat kadar
51
air bahan yang diuji, tidak memberikan perbedaan yang nyata, yaitu rata-rata 345,12 Watt. Interaksi kadar air terhadap daya dapat dilihat pada Gambar 33. 400.00
D a y a (w a tt)
380.00 360.00
Daya (watt) Linear (Daya (watt))
340.00 R2 = 0
320.00 300.00 0
5
10
15
20
25
30
Kadar air (%)
Gambar 33 Interaksi kadar air terhadap daya Namun demikian, bila dihitung kebutuhan energi untuk pemindahan bahan yang sama (dengan daya yang sama), maka kebutuhan energi untuk memindahkan bahan berkadar air lebih tinggi memerlukan energi yang lebih besar. Untuk memindahkan 100 kg bahan berkadar air 28% dibutuhkan waktu 12 menit, sehingga konsumsi energinya adalah 69 Watt.jam, sedangkan untuk kadar air 18% dan 14% masing-masing 57 Watt.jam dan
34 Watt.jam. Interaksi kadar air
terhadap energi dapat dilihat pada Gambar 34. 80
E n e r g i ( W a t t .ja m )
70 60 50
Energi (Watt.jam)
40
Linear (Energi (Watt.jam))
30 20
R2 = 0.8322
10 0 0
5
10
15
20
25
30
Kadar air (%)
Gambar 34 Interaksi kadar air terhadap energi
52
Kecepatan putar. Kecepatan putar yang dihasilkan dari pengamatan pada Tabel 6, menunjukkan kecepatan putar yang berbeda antara tanpa beban dan dengan beban, di mana yang tanpa beban menghasilkan kecepatan putar yang lebih tinggi dari pada kecepatan putar dengan beban. Hal ini menunjukkan bahwa beban berpengaruh terhadap kecepatan putar yang dihasilkan oleh masing-masing poros, di mana beban akan memperlambat kecepatan putar yang dihasilkan. Kecepatan putar dengan beban pada tingkat kadar air berbeda menghasilkan nilai yang berbeda, bahan dengan kadar air 14% menghasilkan kecepatan putar lebih rendah dibanding dengan bahan kadar air 18% dan bahan kadar air 28%. Semakin berat beban semakin kecil kecepatan putarnya. Kecepatan putar puli atas 92 rpm tidak memenuhi syarat untuk pelemparan bahan ke corong pengeluaran. Seharusnya kecepatan putar puli atas yang digunakan 97 rpm sesuai dengan perhitungan kecepatan putar puli atas optimum pada Lampiran 12, di mana pada kecepatan putar tersebut gaya berat sama dengan gaya sentrifugal. Bahan terangkut. Dari hasil pengamatan pada Tabel 6, jumlah bahan yang terangkut pada tingkat kadar air yang berbeda menunjukan nilai yang berbeda. Bahan dengan kadar air kering (14%) terangkut lebih banyak dibanding dengan bahan dengan kadar air setengah kering (18%) dan bahan dengan kadar air kering panen (28%). Hal ini dikarenakan bahan dengan kadar air kering (14%) yang dialirkan dari corong pemasukan bucket elevator dengan mudah mengalir dengan bebas ke masing-masing bucket (sekitar setengah sampai tiga per empat bucket). Sebaliknya bahan dengan kadar air setengah kering (18%) dan bahan dengan kadar air kering panen (28%) mempunyai sifat kohesi sehingga menyebabkan bahan tidak dapat mengalir dengan bebas dari corong pemasukan bucket elevator ke masing-masing bucket (hanya satu per empat sampai setengah bucket). Hal ini dibenarkan oleh Mohsenin (1970) yang menyatakan bahwa pertambahan kadar air mempengaruhi sifat adhesi dan kohesi bahan. Bahan tertumpah. Dari hasil pengamatan pada Tabel 6, jumlah bahan yang tertumpah pada tingkat kadar air yang berbeda menunjukkan jumlah yang sama dengan bahan yang diangkut oleh masing-masing bucket, hal ini berarti berapa banyak bahan yang diangkut oleh masing-masing bucket, sejumlah itu juga bahan tertumpah ke penyimpan In-Store Dryer. Dari pengamatan visual ternyata hanya
53
satu-dua biji jagung yang jatuh kembali ke bagian dasar bucket elevator. Tidak tampak pula biji jagung yang jatuh bersama turunnya bucket. Biji jagung yang jatuh akan tampak karena kecepatan jatuhnya (10 m/detik) jauh lebih tinggi dari kecepatan turun bucket (0,433 m/detik). Hal ini dibenarkan oleh Rademacher (1979), pengeluaran jatuh bebas dari atas bucket elevator tergantung pada puli, kecepatan poros, bentuk, ukuran, jarak dan isi bucket, geometri elevator atas meliputi ukuran, tempat dan kemiringan dari pengeluaran meluncur dan terakhir bahan yang diangkut. Biji tersisa. Biji tersisa pada kasus pengangkatan 100 kg bahan hanya disebabkan oleh bahan yang tertinggal di bagian dasar bucket elevator. Grafik interaksi kadar air terhadap biji tersisa dapat dilihat pada Gambar 35. 1.80 1.60 B iji te r s is a (% )
1.40 1.20 1.00
Biji tersisa (%) 2
0.80
R = 0.9231
Linear (Biji tersisa (%))
0.60 0.40 0.20 0.00 0
5
10
15
20
25
30
Kadar air (%)
Gambar 35 Interaksi kadar air terhadap biji tersisa Dari hasil pengamatan seperti pada Gambar 35, biji tersisa yang terjadi lebih besar pada tingkat kadar air bahan yang lebih tinggi. Hal ini dikarenakan bahan dengan kadar air kering (14%) dengan mudah dapat mengalir dengan bebas ke masing-masing bucket sehingga hanya sedikit yang tertinggal di bagian dasar
bucket elevator. Sebaliknya bahan dengan kadar air setengah kering (18%) dan bahan dengan kadar air kering panen (28%) mempunyai sifat kohesi sehingga menyebabkan bahan tidak dapat mengalir dengan bebas ke masing-masing bucket.
54
Biji rusak. Tingkat kerusakan biji pada pengujian dengan kadar air 14, 18 dan 28% berturut–turut adalah 0,98%, 1,31% dan 2,25%. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 36. 2.50
B iji r u s a k (% )
2.00 1.50
Biji rusak (%)
1.00
Linear (Biji rusak (%))
R2 = 0.9992
0.50 0.00 0
5
10
15
20
25
30
Kadar air (%)
Gambar 36 Interaksi kadar air terhadap biji rusak Gambar 36 menunjukkan bahwa biji jagung dengan kadar air lebih tinggi menyebabkan tingkat kerusakan yang lebih besar. Hal ini dikarenakan bahan dengan kadar air kering (14%) tidak mudah retak ketika berbenturan dengan bagian bucket dan dicurahkan, dibandingkan dengan bahan berkadar air setengah kering (18%) dan bahan berkadar air kering panen (28%). Kapasitas. Kapasitas dengan tingkat kadar air berbeda menghasilkan nilai yang berbeda secara signifikan. Hal ini dapat dilihat pada gambar 37. 1200
K a p a s ita s (k g /ja m )
1000 800 Kapasitas (kg/jam)
600
Linear (Kapasitas (kg/jam))
400 R2 = 0.7592
200 0 0
5
10
15
20
25
30
Kadar air (%)
Gambar 37 Interaksi kadar air terhadap kapasitas
55
Gear box M3
F? F2
F3 Motor M2 M2 F2 M1
F1 ∑ Momen di titik B?
B(0,0)
Gambar 38 Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada bucket elevator
56
Kecepatan putar puli atas yang direncanakan 184 rpm, ternyata yang dihasilkan hanya 147 rpm, sehingga kapasitas yang direncanakan belum tercapai. Hal ini karena terjadi slip pada sistem transmisi puli-sabuk V dari gear box (keluaran) ke puli atas (penggerak) bucket elevator.
Slip yang terjadi pada
kecepatan putar 184 rpm berkisar antara 15,22-17,39%. Selain itu, kapasitas tidak tercapai karena volume bucket tidak terisi penuh, khususnya pada kasus pemindahan bahan berkadar air tinggi. Hal ini dibuktikan oleh pengamatan pada Gambar 28. Bahan dengan kadar air kering (14%) terangkut setengah sampai tiga per empat volume bucket dan waktu angkutnya lebih cepat yaitu 6 menit untuk 100 kg bahan. Kapasitas pengangkutan dengan kadar air kering tersebut lebih besar dibandingkan dengan bahan yang berkadar air setengah kering (18%) dan berkadar air kering panen (28%), di mana bahan yang terangkut hanya seperempat sampai setengah volume bucket sehingga waktu angkut untuk 100 kg bahan lebih lama, yaitu masing-masing 10 menit dan 12 menit. Laju pemindahan tidak sama dengan laju pengumpanan dari ERK-Hybrid, dimana laju pengumpanan dari ERK-Hybrid lebih kecil dari laju pemindahannya. Uji Stabilitas
Uji stabilitas dilakukan untuk melihat letak titik berat mesin bucket elevator dan berapa besar gaya yang harus dihindari agar mesin bucket elevator tidak terguling. Titik berat akan berada pada koordinat (-20 cm ; 3,2 m) dan jumlah momen dititik B = 389,945 Nm, gaya F yang menyebabkan benda itu terguling adalah apabila diberikan gaya lebih besar dari -779,89 N atau dengan kata lain benda itu terguling ke arah kiri. Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada bucket
elevator dapat dijelaskan pada Gambar 38. Untuk perhitungan uji stabilitas ini dapat dilihat dalam Lampiran 11. Perbaikan Konstruksi Prototipe Bucket Elevator
Bucket elevator yang telah dirancang masih ada kekurangannya dan harus diperbaiki. Kekurangan yang ada antara lain : (1) slip pada sistem transmisi pulisabuk-V dari gear box ke puli atas penggerak bucket elevator, cara mengatasinya adalah dengan menambahkan faktor slip sekitar 20-30% dalam perancangan sistem transmisi puli-sabuk-V dari gear box ke puli atas penggerak bucket
57
elevator, sehingga didapatkan kecepatan putar puli sesuai yang direncanakan. (2) ukuran dan sudut corong pemasukan yang kecil, cara mengatasinya adalah dengan memperbesar ukuran corong pemasukan sehingga biji jagung mengalir bebas ke bucket-bucket dan membuat sudut lebih curam menjadi 450, sehingga biji jagung tidak tertumpah ke luar (3) jarak antara bibir bucket dengan lubang corong pemasukan yang lebar, cara memperbaikinya dengan mempersempit jarak antara bibir bucket dengan lubang corong pemasukan menjadi 4 cm, sehingga biji jagung tidak banyak yang jatuh ke bagian dasar bucket elevator melainkan langsung masuk ke bucket-bucket. Perawatan Bucket Elevator
Perawatan bucket elevator dilakukan berupa pemeriksaan dan pelumasan.
Bucket elevator harus diperiksa untuk meyakinkan keseluruhan bucket-bucket dempet terhadap sabuk dan keseluruhan baut-baut dalam keadaan ketat. Periksa sabuk-sabuk yang meregang, yakinkan untuk memeriksa poros bawah pada interval waktu tertentu untuk meyakinkan susunannya. Pelumasan pada bucket
elevator dilakukan pada bagian-bagian berikut : (1) gear box : gear box harus dilumasi sesuai instruksi pabrikan gear box atau instruksi yang ada dekat gear box, (2) Motor : motor harus dilumasi sesuai instruksi pabrikan motor, (3) Bearing :
Bearing harus dilumasi di pabrik dan harus dilumasi setiap 250 jam operasi. Bagian atas dan bagian belakang poros bearing harus dilumasi sambil berjalan, penambahan pelumas dilakukan perlahan-lahan sampai sedikit berlebih sehingga muncul pada penutup.
58
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
1. Mesin bucket elevator hasil desain secara fungsional dapat memindahkan bahan dari pengering Efek Rumah Kaca (ERK)–Hybrid ke In-Store Dryer (ISD) dan dapat menunjang alat pengering ERK-Hybrid dan ISD. 2. Kapasitas yang diharapkan (1400 kg/jam) tidak dapat tercapai sepenuhnya, hanya 945,47 kg/jam, karena laju pengumpanan yang lebih rendah dari laju pemindahan, adanya slip pada sistem transmisi puli-sabuk V pada penggerak
bucket elevator, tidak terpenuhinya volume bucket dan jarak antar bibir bucket dengan lubang corong pemasukan yang lebar. 3. Biji tersisa akibat penggunaan bucket elevator terbesar disebabkan tercecer di lantai luar bucket elevator. Biji tersisa berkisar antara 0,17%-0,27%. 4. Tingkat kerusakan biji jagung akibat penggunaan bucket elevator relatif rendah berkisar 0,1-0,44 %. Kerusakan biji lebih besar terjadi pada kadar air yang lebih tinggi. 5. Daya listrik yang dibutuhkan untuk pengoperasian bucket elevator ini adalah rata-rata 345,12 Watt dan energi per ton 345Watt.jam. Saran
1. Dalam perancangan sistem transmisi puli-sabuk V pada penggerak bucket
elevator dari poros gear box ke poros puli atas harus dimasukkan faktor slip sekitar 20-30%. 2. Sudut kemiringan corong pemasukan bahan perlu dibuat lebih curam menjadi 450 sehingga bahan dapat mengalir lebih lancar. 3. Jarak antar bibir bucket dengan lubang corong pemasukan dipersempit menjadi 4 cm.
59
DAFTAR PUSTAKA Abdullah K. 1993. Optimization of Solar Drying System. Proc. of the 5 th International Energy Conference. Seoul, October 18-22, 1993. Abdullah K. 1995. Optimisasi Dalam Perencanaan Alat Pengering Hasil Pertanian Dengan Energi Surya. Laporan Akhir Penelitian Hibah Bersaing. Direktorat Pembinaan Penelitian dan Pengabdian Pada Masyarakat. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi. Kontrak No.039/P4M/DPPM/PHB/95 Abdullah K. 1998. Greenhouse Effect Solar Dryer for Coffee and Cocoa Beans. Final Report. University Research for Graduate Education. Contract No.032/HTPP-II/URGE/1996. Directorate General of Higher Education. Indonesia. Abdullah K, Nelwan LO, Setiawan BI. 1999. Temperature Control for Greenhouse Effect Solar Dryer using Fuzzy Logic. The First AsianAustralian Drying Conference. Bali. October 24-27,1999. Brooker DB, Bakker-Arkema FW, Hall CW. 1993. Drying and Storage of Grains and Oilseeds. New York : Van Nostrand Reinhold. Brook N. 1971. Mechanics of Bulk Materials Handling. London : London Butterworths. Djulin A, Nizwar S, Faisal K. 2003. Perkembangan Sistem Usahatani Jagung. Prosiding : Ekonomi Jagung Indonesia. Badan Litbang Pertanian. Harsokusoemo HD. 1999. Pengantar Perancangan Teknik. Jakarta: Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional. Henderson SM, Perry RL. 1989. Diterjemahkan Syarief AM. Teknik Pengolahan Hasil Pertanian. Bogor : IPB Press. Howatson AM, Lund PG, Todd JD.” Engineering Tables and Data” p 41 dalam http://en.wikipedia.org/wiki/Specific Strength [29 November 2007]. Kominfo. 2007. Produksi Jagung 2007 Diperkirakan Mencapai 12,38 Juta Ton. http://www. kominfo. go.id. [6 April 2008]. Nelwan LO, Abdullah K, Suhardiyanto dan Alhamid MI. 1997. Performansi Pengering Kakao dengan Alat Pengering Tipe Efek Rumah Kaca. Seminar PERTETA di Bandung tanggal 7-8 Juli 1997. Nelwan LO. 2005. Study on Solar Assisted Dryer with Rotating Rack for Cocoa Beans. Disertasi Doktor. Bogor : IPB.
60
Manalu LP. 1999. Pengering Energi Surya dengan Pengaduk Mekanis Untuk Pengeringan Kakao. Tesis Magister. Bogor : IPB. Mohsenin NN. 1970. Physical Properties of Plant and Animal Materials. New York : Gordon and Breach, Science Publisher. Pasandaran E, Faisal K. 2003. Sekilas Ekonomi Jagung Indonesia : Suatu Studi Sentra Utama Jagung. Prosiding : Ekonomi Jagung Indonesia. Badan Litbang Pertanian. Rademacher FJC. 1979. Non- Spill Discharge Charecteristic of Bucket Elevator. Journal Powder Technology 22, p 215-241. Simatupang P. 2003. Daya Saing dan Efisiensi Usahatani Jagung Hibrida di Indonesia. Pusat Penelitian Sosial Ekonomi Pertanian. Badan Litbang Pertanian. Siregar SF. 2004. Alat Transportasi Benda Padat. [16 Agustus 2007].
http:// library.usu.ac.id.
Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP. 1993. Engineering Principles of Agricultural Machines. USA : American Society of Agricultural Engineers. Sularso, Kiyokatsu S. 1978. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta : Pradnya Paramita. Tangendjojo B, Yusmichad Y, Nyak I. 2003. Analisis Ekonomi Permintaan Jagung Untuk Pakan. Prosiding : Ekonomi jagung Indonesia. Badan Litbang Pertanian. Ullman DG. 1992. The Mechanical Design Process. USA : Mc Graw-Hill, Inc. NJ. Zainuri AM. 2006. Mesin Pemidahan Bahan. Yogyakarta : Penerbit Andi. Wikipedia Indonesia. 2007. [23 September 2007].
Jagung.
http://id.wikipedia.org/wiki/Jagung.
Wilcke B. 1999. Calculating Bushels. University of Minnesota. USDA and Minnesota Counties Coorperating. Wulandani D. 2005. Kajian Distribusi Suhu, RH dan Aliran Udara di Dalam Ruang Pengering Efek Rumah Kaca. Disertasi Doktor. Bogor : IPB.
61
LAMPIRAN
62
Lampiran 1 Diagram alir untuk memilih poros (as) START 1. Daya yang ditransmisikan P(kW) Putaran poros n1 (rpm) 2. Faktor koreksi, fc 3. Daya rencana Pd (kW) 4. Momen puntir rencana T1, (kg mm)
5. Bahan poros, perlakuan panas, kekuatan tarik σB (kg/mm2) Apakah poros bertangga atau beralur pasak Faktor keamanan Sf1,Sf2
6. Tegangan geser yang diizinkan τa (kg/mm2) 7. Faktor koreksi untuk momen puntir Kt Faktor lenturan Cb 8. Diameter poros ds (mm)
9. Jari-jari filet poros bertangga r (mm) Ukuran pasak dan alur pasak
10. Faktor konsentrasi tegangan pada poros bertangga β, pada pasak α 11. Tegangan geser τ (kg/mm2)
<
12.
τ a Sf 2 : Cb K t τ α a atau β ≥
a
63
a 13. Diameter poros ds (mm) Bahan poros, perlakuan panas Jari-jari filet dari poros bertangga Ukuran pasak dan alur pasak
STOP END
64
Lampiran 2 Perhitungan diameter poros (as) Tentukan diameter sebuah poros bulat untuk meneruskan daya 0,55 (kW) pada 1400 rpm, disamping beban puntir diperkirakan pula akan dikenakan beban lentur. sebuah alur pasak perlu dibuat dan dalam sehari akan bekerja selama 3 jam dengan tumbukan ringan. Bahan diambil baja batang difinis dingin S45C. Penyelesaian 1. Daya yang ditransmisikan = 0,55 kW Putaran poros n1 = 1400 rpm 2. Faktor koreksi = 1,0 diperoleh dari Tabel 1.6 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 6b) 3. Daya rencana untuk sabuk-V
Pd = f c × P = 1,0 × 0.55 = 0,55 kW 4. Momen puntir rencana : ⎛P T = 9,74 ×10 5 × ⎜⎜ d ⎝ n1
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ 0,55 ⎞ = 9,74 ×10 5 × ⎜ ⎟ ⎝ 1400 ⎠ = 382,64 kg mm 5. Bahan poros dan perlakuan panas Bahan poros S45C-D, σB = 58 kg/mm2 diperoleh dari Tabel 1.1 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 6) Sf1 = 6, Sf2 = 2 (dengan alur pasak) 6. Untuk tegangan geser yang diizinkan :
τa = =
σB Sf1 × Sf 2 58 6× 2
= 4,83 kg / mm 2 7. Faktor koreksi untuk momen puntir Kt = 1,5 (jika terjadi sedikit kejutan) Faktor lenturan Cb = 2,0 (karena diperkiraan akan terjadi beban lentur)
65
8. Diameter poros ds : 1/ 3
⎞ ⎛ 5,1 d s = ⎜⎜ K t CbT ⎟⎟ ⎠ ⎝τ a
1/ 3
⎛ 5,1 ⎞ = ⎜ × 1,5 × 2 × 382,64 ⎟ ⎠ ⎝ 4,83 = 10,4 ⇒ 11 mm
9. Anggaplah diameter bagian yang menjadi tempat bantalan adalah 12 mm Jari-jari filet = (12-11) / 2 = 0,5 mm Alur pasak 4 x 4 x filet 0,4 10. Konsentrasi tegangan pada poros bertangga adalah : 1,0/ 11 = 0,091, 12/11 = 1,091, β =1,18 Konsentrasi tegangan pada poros dengan alur pasak adalah : 0,4/11 = 0,036, α = 2,4 (diperoleh dengan diagram R.E. Peterson dalam Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) α > β 11.Tegangan geser τ (kg/mm2)
τ = =
5,1 T ds3 5,1× 382,64 3
11
= 1,47 (kg / mm 2 )
12. τa x Sf2/α = 4,83 x 2,0/2,4 = 4,03 (kg/mm2) τ x Cb x Kt = 1,47 x 2,0 x 1,5 = 4,41 (kg/mm2) karena τa x Sf2/α < τ x Cb x Kt kembali ke (8) 8. Anggaplah Diameter poros ds = 19 mm 9. diameter bantalan adalah 20 mm Jari-jari filet = (20-19) / 2 = 0,5 mm Alur pasak 6 x 6 x filet 0,6 10. Konsentrasi tegangan pada poros bertangga adalah : 1,0/ 19 = 0,052, 19/20 = 0,95, β =1,0 Konsentrasi tegangan pada poros dengan alur pasak adalah : 0,6/19 = 0,031, α = 2,4 (diperoleh dengan diagram R.E. Peterson dalam Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) α > β
66
11.Tegangan geser τ (kg/mm2)
τ = =
5,1 T ds3 5,1× 382,64 19
3
= 0,28 (kg / mm 2 )
12. τa x Sf2/α = 4,83 x 2,0/2,4 = 4,03 (kg/mm2) τ x Cb x Kt = 0,28 x 2,0 x 1,5 = 0,84 (kg/mm2) karena τa x Sf2/α > τ x Cb x Kt ; baik 13. ds = 19 mm S45C Diameter poros : ø 19 x ø 20 Jari-jari filet 0,5 mm Pasak : 6 x 6 Alur pasak : 6 x 6 x 0,6 Diameter poros lebih besar dari ø 17 yaitu ø 19
67
Lampiran 3 Diagram alir untuk memilih sabuk-V (V-belt) START 1. Daya yang akan ditransmisikan P(kW) Putaran poros n1 (rpm) Perbandingan putaran i Jarak sumbu poros C (mm) 2. Faktor koreksi, fc 3. Daya rencana Pd (kW) 4. Momen rencana T1, T2 (kg mm)
5. Bahan poros dan perlakuan panas
6. Perhitungan diameter poros ds1, ds2 (mm)
7. Pemilihan penampang sabuk 8. Diameter minimum puli dmin (mm)
9. Diameter lingkaran Jarak bagi puli dp, Dp (mm) Diameter luar puli dk,Dk (mm) Diameter naf dB,DB (mm)
10. Kecepatan sabuk v (m/s)
>
11. v : 30
≤ ≤
12. C : (dk+Dk ): 2
> a
68
a 13. Pemilihan sabuk –v (standar atau sempit?) Kapasitas daya transmisi dari suatu sabuk Po (kW) 14. Perhitungan panjang keliling L (mm)
15. Nomor nominal dan panjang sabuk dalam perdagangan L (mm)
16. Jarak sumbu poros C ( )
17.
Dp − d p 2 Sudut kontak θ (oC) Faktor Koreksi Kθ
18. Jumlah Sabuk N
19. Daerah penyetelan jarak poros ∆Ci, ∆Ct (mm)
20. Penampang sabuk Panjang keliling L (mm) Jumlah sabuk N Jarak sumbu poros C (mm) Daerah penyetelan ∆Ci, ∆Ct (mm) Diameter luar puli dk, Dk (mm)
STOP
END
69
Lampiran 4 Perhitungan sabuk-V (V-belt) untuk menggerakkan gear box
Perhitungan Sabuk-V (V-belt) untuk menggerakkan gear box Sebuah gear box digerakkan oleh sebuah motor listrik dengan daya 0,55 (kW), 1400 rpm dan diameter poros 19 (mm). Diameter poros dan putaran gear box yang dikehendaki adalah 17 (mm) dan 1400 (rpm). Gear box bekerja 3 jam sehari. Carilah sabuk-V (V-belt) dan puli yang sesuai. 1. Daya yang ditransmisikan = 0,55 kW Putaran poros n1 = 1400 rpm Perbandingan reduksi putaran i = 1400/1400 = 1 Jarak sumbu poros = 300 mm 2. Faktor koreksi = 1,3 diperoleh dari Tabel 5.1 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 7) 3. Daya rencana untuk sabuk-V Pd = f c × P = 1,3 × 0.55 = 0,715 kW 4. Momen puntir rencana untuk poros penggerak dapat dihitung sebagai berikut: ⎛P T1 = 9,74 ×10 5 × ⎜⎜ d ⎝ n1
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ 0,715 ⎞ = 9,74 ×10 5 × ⎜ ⎟ ⎝ 1400 ⎠ = 497,43 kg mm Momen puntir rencana untuk poros yang digerakan dapat dihitung sebagai berikut: ⎛P T2 = 9,74 ×10 5 × ⎜⎜ d ⎝ n2
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ 0,715 ⎞ = 9,74 ×10 5 × ⎜ ⎟ ⎝ 1400 ⎠ = 497,43 kg mm 5. Bahan poros dan perlakuan panas Bahan poros S45C-D, σB = 58 (kg/mm2) diperoleh dari Tabel 1.1 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 6)
70
Sf1 = 6, Sf2 = 2 (dengan alur pasak) Kt = 2 untuk beban tumbukan Cb = 2 untuk lenturan Untuk tegangan geser yang diizinkan :
τa = =
σB Sf1 × Sf 2 58 6× 2
= 4,83 kg / mm 2 6. Perhitungan diameter poros ds1, ds2 (mm) Diameter poros puli penggerak : 1/ 3
⎞ ⎛ 5,1 ds1 = ⎜⎜ K t CbT1 ⎟⎟ ⎠ ⎝τ a
1/ 3
⎛ 5,1 ⎞ = ⎜ × 2 × 2 × 497,43 ⎟ ⎝ 4,83 ⎠ = 12,48 ⇒ 13 mm
Diameter poros puli yang digerakkan : 1/ 3
⎛ 5,1 ⎞ ds 2 = ⎜⎜ K t CbT2 ⎟⎟ ⎝τ a ⎠
1/ 3
⎛ 5,1 ⎞ = ⎜ × 2 × 2 × 497,43 ⎟ ⎝ 4,83 ⎠ = 12,48 ⇒ 13 mm 7. Pemilihan penampang sabuk
Penampang sabuk–V standar : tipe A 8. Diameter minimum puli D min = 50 mm 9. Diameter lingkaran jarak bagi puli dp, Dp (mm) d p = Dmin × i = 50 × 1 = 50 mm
71
d K = Dmin + 2 × K = 50 + 2 × 4,5 = 59 mm Nilai k diperoleh dari Tabel 5.2 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 8) D K = Dp + 2 × K = 50 + 2 × 4,5 = 59 mm Diameter nap puli penggerak 5 ds1 + 10 3 5 = ×13 + 10 3 = 31,67 ⇒ 32 mm
dB =
Diameter nap puli yang digerakan 5 ds 2 + 10 3 5 = ×13 + 10 3 = 31,67 ⇒ 32 mm
DB =
10. Kecepatan sabuk-V
v= =
dp n1 60 x 1000 3,14 × 50 × 1400 60 × 1000
= 3,66 m / det 11. 3,66 (m/det) < 30 (m/det), baik C−
12.
d k + Dk
2 59 + 59 300 − = 241 mm, baik 2
72
13. Pemilihan sabuk-V, kapasitas daya transmisi dari satu sabuk Po (kW) Nilai konstanta 0,48 pada kecepatan 1400 rpm dan 0,51 pada kecepatan 1600 rpm dilihat pada Tabel 5.5 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 9) Po = Po untuk 1400 rpm + ( selisih Po 1600 rpm dan Po 1400 rpm x
50 ) 200
⎛ 50 ⎞ Po = 0,55 + (0,51 − 0,48) ⎜ ⎟ = 0,56 kW ⎝ 200 ⎠ 14. Perhitungan panjang keliling L (mm) L = 2C +
π 2
(d p + D p ) +
1 (D p − d p ) 2 4C
= 2 × 300 + 1,57 (50 + 50) +
(50 − 50) 2 4 × 300
= 757 mm 15. Perhitungan nomor nominal dan panjang sabuk dalam perdagangan L (mm) Nomor nominal sabuk-V tipe standar A : no 31 L =757 mm 16. Jarak sumbu poros C (mm) b = 2 L − 3,14 ( D p + d p ) = 2 × 757 − 3,14 ( 50 + 50) = 1200 mm C= =
b + b 2 − 8 (D p − d p )2 8 1200 + 1200 2 − 8 (50 − 50) 2 8
= 300
17. Sudut kontak θ (o) dan Faktor koreksi K θ
θ = 180 o −
57 (50 − 50) = 180 o → Kθ = 1 300
73
18. Jumlah sabuk N N = =
Pd Pθ Kθ 0,715 0,56 × 1
= 1,27 → 2 19. Daerah penyetelan jarak poros ∆Ci (mm), ∆Ct (mm)
∆Ci (mm) = 13 mm, ∆Ct (mm) = 13 mm 20. Penampang sabuk, Panjang keliling L (mm), Jumlah sabuk N, Jarak sumbu poros C (mm), Daerah penyetelan ∆Ci , ∆Ct (mm), Diameter puli dk, Dk. Sabuk–V standar tipe A No 31, 2 buah dk = 59 mm, Dk = 59 mm Lubang poros 13 mm, 13 mm 13 ( mm ) Jarak sumbu poros 300 +− 13 ( mm )
74
Lampiran 5 Perhitungan sabuk-V (V-belt) untuk menggerakkan bucket elevator
Perhitungan Sabuk-V (V-belt) untuk menggerakkan bucket elevator Sebuah bucket elevator digerakkan oleh sebuah motor listrik dengan daya 0,55 (kW), 46 rpm dan diameter poros 17 (mm). Diameter poros dan putaran bucket elevator yang dikehendaki adalah 20 (mm) dan 92 (rpm). Bucket elevator bekerja 3 jam sehari. Carilah sabuk-V (V-belt) dan puli yang sesuai. 1. Daya yang ditransmisikan = 0,55 kW Putaran poros n1 = 46 rpm Perbandingan reduksi putaran i = 46/92 = 0,5 Jarak sumbu poros = 300 mm 2. Faktor koreksi = 1,3 diperoleh dari Tabel 5.1 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 7) 3. Daya rencana untuk sabuk-V Pd = f c × P = 1,3 × 0.55 = 0,715 kW 4. Momen puntir rencana untuk poros penggerak dapat dihitung sebagai berikut: ⎛P T1 = 9,74 ×10 5 × ⎜⎜ d ⎝ n1
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ 0,715 ⎞ = 9,74 × 10 5 × ⎜ ⎟ ⎝ 46 ⎠ = 15139,3 kg mm Momen puntir rencana untuk poros yang digerakan dapat dihitung sebagai berikut: ⎛P T2 = 9,74 ×10 5 × ⎜⎜ d ⎝ n2
⎞ ⎟⎟ ⎠
⎛ 0,715 ⎞ = 9,74 × 10 5 × ⎜ ⎟ ⎝ 92 ⎠ = 7569,7 kg mm
5. Bahan poros dan perlakuan panas Bahan poros S45C-D, σB = 58 (kg/mm2) diperoleh dari Tabel 1.1 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 6)
75
Sf1 = 6, Sf2 = 2 (dengan alur pasak) Kt = 2 untuk beban tumbukan Cb = 2 untuk lenturan Untuk tegangan geser yang diizinkan :
τa = =
σB Sf1 × Sf 2
58 6× 2
= 4,83 kg / mm 2
6. Perhitungan diameter poros ds1, ds2 (mm) Diameter poros puli penggerak : 1/ 3
⎛ 5,1 ⎞ ds1 = ⎜⎜ K t CbT1 ⎟⎟ ⎝τ a ⎠
1/ 3
⎛ 5,1 ⎞ = ⎜ × 2 × 2 ×15139,3 ⎟ ⎝ 4,83 ⎠ = 38,53 ⇒ 39 mm
Diameter poros puli yang digerakkan : 1/ 3
⎛ 5,1 ⎞ ds 2 = ⎜⎜ K t CbT2 ⎟⎟ ⎝τ a ⎠
1/ 3
⎛ 5,1 ⎞ = ⎜ × 2 × 2 × 7569,7 ⎟ ⎝ 4,83 ⎠ = 30,65 ⇒ 31 mm
7. Pemilihan penampang sabuk Penampang sabuk–V standar : tipe A 8. Diameter minimum puli D min = 50 mm 9. Diameter lingkaran jarak bagi puli dp, Dp (mm) d p = Dmin × i = 50 × 0,5 = 25 mm
76
d K = Dmin + 2 × K = 50 + 2 × 4,5 = 59 mm
Nilai k diperoleh dari Tabel 5.2 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 8) D K = Dp + 2 × K = 25 + 2 × 4,5 = 34 mm
Diameter nap puli penggerak 5 ds1 + 10 3 5 = × 39 + 10 3 = 75 mm
dB =
Diameter nap puli yang digerakkan 5 ds 2 + 10 3 5 = × 31 + 10 3 = 61,67 ⇒ 62 mm
DB =
10. Kecepatan sabuk-V v= =
dp n1 60 ×1000
3,14 × 50 × 46 60 ×1000
= 0,12 m / det
11. 0,12 (m/det) < 30 (m/det), baik C−
12.
d k + Dk
2 59 + 34 300 − = 253,5 mm, baik 2
77
13. Pemilihan sabuk-V, kapasitas daya transmisi dari satu sabuk Po (kW) Nilai konstanta 0,48 pada kecepatan 1400 rpm dan 0,51 pada kecepatan 1600 rpm dilihat pada Tabel 5.5 (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) (lihat Lampiran 9) Po = Po untuk 1400 rpm + ( selisih Po 1600 rpm dan Po 1400 rpm x
50 ) 200
⎛ 50 ⎞ Po = 0,55 + (0,51 − 0,48) ⎜ ⎟ = 0,56 kW ⎝ 200 ⎠
14. Perhitungan panjang keliling L (mm) L = 2C +
π 2
(d p + D p ) +
1 (D p − d p ) 2 4C
= 2 x 300 + 1,57 (25 + 50) +
(25 − 50) 2 4 × 300
= 717,23 mm ⇒ 718 mm
15. Perhitungan nomor nominal dan panjang sabuk dalam perdagangan L (mm) Nomor nominal sabuk-V tipe standar A : no 27 L = 718 mm 16. Jarak sumbu poros C (mm) b = 2 L − 3,14 ( D p + d p ) = 2 x 718 − 3,14 ( 25 + 50) = 1200,5 mm ⇒ 1200 mm C= =
b + b 2 − 8 (D p + d p )2 8 1200 + 1200 2 − 8 (13 − 50) 2
8 = 299,42 mm = 300 mm
17. Sudut kontak θ (o) dan Faktor koreksi K θ
θ = 180 o −
57 (25 − 50) = 175,25 o → Kθ = 0,99 300
78
18. Jumlah sabuk N N = =
Pd Pθ Kθ
0,715 0,56 × 0,99
= 1,28 → 2
19. Daerah penyetelan jarak poros ∆Ci (mm), ∆Ct (mm) ∆Ci (mm) = 39 mm, ∆Ct (mm) = 31 mm
20. Penampang sabuk, Panjang keliling L (mm), Jumlah sabuk N, Jarak sumbu poros C (mm), Daerah penyetelan ∆Ci , ∆Ct (mm), Diameter puli dk, Dk. Sabuk–V standar tipe A No 27, 2 buah dk = 59 mm, Dk = 34 mm Lubang poros 39 mm, 31 mm 39 ( mm) Jarak sumbu poros 300 +− 31 ( mm)
79
Lampiran 6 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros (dari Tabel1.1 Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) Standar dan Macam Baja karbon konstruksi mesin (JIS G 4501)
Lambang
S30C S35C S40C S45C S50C S55C Batang baja yang S35C-D difinis dingin S45C-D S55C-D
Perlakuan Panas Penormalan Penormalan Penormalan Penormalan Penormalan Penormalan -
Kekuatan Tarik (kg/mm2) 48 52 55 58 62 66 53 60 72
Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan, fc Daya yang akan ditransmisikan Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal
fc 1,2 - 2,0 0,8 - 1,2 1,0 - 1,5
Keterangan
Ditarik dingin, digerinda, dibubut, atau gabungan antara hal-hal tersebut
80
Lampiran 7 Faktor koreksi (dari Tabel 5.1 Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) Mesin yang digerakan
Variasi beban sangat kecil
Pengaduk zat cair, kipas angin, blower (sampai 7,5 kW) pompa sentrifugal, konveyor tugas ringan) Variasi Konveyor sabuk beban (pasir,batu bara), kecil pengaduk, kipas angin, (lebih dari 7,5 kW), mesin torak, peluncur, mesin perkakas, mesin percetakan) Variasi Konveyor (ember, beban skrup), pompa sedang torak, kompresor, gilingan palu, pengocok, roots blower, mesin tekstil, mesin kayu Varias Penghancur, beban gilingan bola atau besar batang, pengangkat, mesin pabrik karet (rol, kalender)
Penggerak Momen puntir puncak Momen puntir 200 % puncak > 200 % Motor arus bolak balik Motor arus bolakbalik (momen (momen normal, tinggi, fasa tunggal, sangkar bajing, lilitan seri), motor sinkron), motor arus arus searah (lilitan searah (lilitan shunt) kompon, lilitan seri), mesin torak, kopling tak tetap. Jumlah jam kerja tiap Jumlah jam kerja hari tiap hari 3-5 8-10 16-24 3-5 8-10 16-24 jam jam jam jam jam jam 1,0 1,1 1,2 1,2 1,3 1,4
1,2
1,3
1,4
1,4
1,5
1,6
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
81
Lampiran 8 Ukuran puli-V (dari Tabel 5.2 Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) Penampang Diameter α sabuk-v nominal(diameter (0) lingkaran jarak bagi dp) A 71-100 34 101-125 36 126 atau lebih 38 B 125-160 34 161-200 36 201 atau lebih 38 C 200-250 34 251-315 36 316 atau lebih 38 D 355-450 36 451 atau lebih 38 E 500-630 36 631 atau lebih 38
W*
11,95 12,12 12,30 15,86 16,07 16,29 21,18 21,45 21,72 30,77 31,14 36,95 37,45
Lo
K
Ko
e
f
9,2
4,5
8,0
15,0 10,0
12,5
5,5
9,5
19,0 12,5
16,9
7,0
12,0 25,5 17,0
24,6
9,5
15,5 37,0 24,0
28,7
12,7
19,3 44,5 29,0
82
Lampiran 9 Kapasitas daya yang ditransimisikan untuk sabuk tunggal, Po (kW) (dari Tabel 5.5 Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978) Penampang A
Putar an puli kecil (rpm) Merek
Standar
merah
Penampang B
Harga tambahan karena
Merek
perbandingan putaran
merah
Standar
Harga tambahan karena perbandingan putaran
67
100
67
100
1,25
1,35
1,52
2,00
118
150
118
150
1,25
1,35
1,52
2,00
mm
mm
mm
mm
-
-
-
-
mm
mm
mm
mm
-
-
-
-
1,34
1,51
1,99
1,34
1,51
1,99
200
0,15
0,31
0,12
0,26
0,01
0,02
0,02
0,02
0,51
0,77
0,43
0,67
0,04
0,05
0,06
0,07
400
0,26
0,55
0,21
0,48
0,04
0,04
0,04
0,05
0,90
1,38
0,74
1,18
0,09
0,10
0,12
0,13
600
0,35
0,77
0,27
0,67
0,05
0,06
0,07
0,07
1,24
1,93
1,00
1,64
0,13
0,15
0,18
0,20
800
0,44
0,98
0,33
0,84
0,07
0,08
0,09
0,10
1,56
2,43
1,25
2,07
0,18
0,20
0,23
0,26
1000
0,52
1,18
0,39
1,00
0,08
0,10
0,11
0,12
1,85
2,91
1,46
2,46
0,22
0,26
0,30
0,33
1200
0,59
1,37
0,43
1,16
0,10
0,12
0,13
0,15
2,11
3,35
1,65
2,82
0,26
0,31
0,35
0,40
1400
0,66
1,54
0,48
1,31
0,12
0,13
0,15
0,18
2,35
3,75
1,83
3,14
0,31
0,36
0,41
0,46
1600
0,72
1,71
0,51
1,43
0,13
0,15
018
0,20
2,67
4,12
1,98
3,42
0,35
0,41
0,47
0,53
83
Lampiran 10 Perhitungan kecepatan sabuk, kecepatan putar dan daya Ketetapan : Kapasitas 1400 kg/ jam
Cara mengukur kapasitas bucket dilakukan dengan cara mencurahkan biji jagung ke dalam bucket lalu diratakan permukaannya, kemudian dilakukan pengukuran menggunakan timbangan digital. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa kapasitas rata-rata dari bucket yang akan digunakan 0,27 kg. Kemudian jarak antar bucket ditetapkan 0,3 m dengan pertimbangan jenis bucket yang digunakan deep bucket karena digunakan untuk bahan sangat kering dan mudah mengalir, maka jarak antar bucket yang digunakan berkisar 300-600 mm atau 0,3-0,6 m (lihat Tabel di Lampiran 15). ¾ Mencari kecepatan sabuk (m/det) Kapasitas (kg / jam) =
berat bahan / bucket (kg ) × kec sabuk (m / det ik) jarak antar bucket (m)
0,27 kg × v ( m / det ik) 0,3 m
1400 kg / jam
=
420 kg . m / jam
= 0,27 kg × v v
= 1555, 55 m / jam
v
= 0,433 m / det ik
¾ Mencari kecepatan putar (rpm), dengan diameter puli ditetapkan 9 cm =
0,09 m Kec sabuk = (π . d . n ) / 60 0,433 m / det = (3,14 × 0,09 m × n ) / 60 0,433 m / det = (0,283 . n ) / 60 n = (0,433 × 60) : 0,283 n = 91,80 rpm ≈ 92 rpm
84
Dengan kecepatan putar yang diharapkan 92 rpm, dapat diperoleh susunan transmisi daya dari motor ke puli atas sebagai berikut. 46 rpm
92 rpm
6"
3"
1400 : 30 Puli 1400 rpm 2"
Gear box 1:30
1400 rpm 2"
Motor
Kecepatan putar motor diasumsikan 1400 rpm, dengan menggunakan sepasang puli berukuran 2 inchi dan digunakan sebagai putaran masuk (input) gear box dengan perbandingan (1:30) diperoleh kecepatan putar keluar (output) gear box 46 rpm. Kecepatan putar keluar (output) gear box diperoleh 46 rpm digunakan untuk memperoleh kecepatan putar puli atas. Dengan menggunakan sepasang puli berukuran 6 inchi dan 3 inchi (2:1) diperoleh kecepatan putar puli atas 92 rpm.
¾ Daya = kapasitas bucket (kg/det) x tinggi angkat (m) x kec. gravitasi (m/det2) = 0,389 kg/detik x 5,10 m x 9,81 m/detik2 = 19,462 Watt x 13 bucket = 253 Watt
85
a. Energi manusia Dengan pertimbangan pemindahan biji jagung dari ERK-Hybrid ke ISD dilakukan 2 orang dan waktu pemindahan 2 jam untuk pemindahan 1400 kg, maka untuk pemindahan yang sama dengan bucket elevator (1140 kg) dibutuhkan waktu 1,63 jam. Energi per orang diasumsikan 2500 kkal, maka diperoleh energi (Watt.jam) :
Energi =
2500 kkal / jam × 4,2 J / kkal ×1,63 jam 3600 detik/ jam
= 4,754 kW . jam = 4754 Watt. jam
b. Energi bucket elevator Energi yang dibutuhkan bucket elevator untuk memindahkan 1140 kg dengan daya 308 Watt dan waktu 2,16 jam : Energi = daya × jam = 308 Watt × 2,16 jam = 665Watt. jam
86
Lampiran 11 Perhitungan stabilitas Dengan sketsa gaya-gaya yang bekerja pada bucket elevator diperoleh :
Gear box F? M3 F3 Motor M2 F2 M1
F1
∑ Momen di titik B ?
B (0,0)
87
Perhitungan berat keseluruhan alat diluar motor dan gear box Berat bahan-bahan untuk pembuatan bucket elevator Berat/ satuan No Nama bahan Jumlah (gr) 1 26 100 Bucket 2 Sabuk (belt) 1 6426 3 Besi siku 6 batang 4 Plat eser 6,38 m2 5 4 737.9 Bearing 6 As 2 2332.5 7 Puli 3 5000 8 Ring Puli 6 500 9 Baut+mur untuk bucket 52 18.5 10 Berat ring untuk bucket 52 15.6 11 Berat mur besar untuk plat 30 41.3 12 Berat mur kecil untuk plat 240 2.5 Total
Berat (gr) 2600 6426 67665.1 43248 4427.4 2665 15000 3000 962 811.2 1239 600 148643.7
Berat (kg) 2.6 6.426 67.6651 43.248 4.4274 2.665 15 3 0.962 0.8112 1.239 0.6 148.6437 149
Titik Berat dititik X, Titik (0,0) di B
x=
W1. x1+ W2 .x 2 + W3 .x3 W1 + W2 + W3
=
149 kgx9,81 m / det 2 x(−0,25 m ) + 15 kg x9,81m / det 2 x0,12m + 10 kgx9,81m / det x0,07m 1461,69 + 147,15 + 98,1
=
− 365,42 + 17,658 + 6,867 − 340,895 Nm = = −0,199 m = − 19,9 cm ≈ − 20 cm 1706,94 1706,94N
Titik Berat dititik y, Titik (0,0) di B
y=
W1. y1+ W2 . y 2 + W3 . y3 W1 + W2 + W3
=
149 kgx9,81 m / det 2 x 2,94 m + 15 kg x9,81m / det 2 x 4,995m + 10 kgx9,81m / det x5,235m 1461,69 + 147,15 + 98,1
=
4297,369 + 735,01 + 513,55 5545,929 Nm = = 3,2 m 1706,94 1706,94 N
88
Karena rangka bawah disemen, maka titik tumpu terdapat pada sepanjang lantai dan gaya normal dan gesekan yang ada diabaikan. ∑ momen di titik B :
∑τ B = F2 x2 + F3 x3 − F1 x1 = 147,15 N x 0,12 m + 98,1 N x 0,07 m − 1461,69 N x(− 0,25 )m = 17,658 Nm + 6,867 Nm + 365,42 Nm = 389,945 Nm Gaya yang menyebabkan alat terguling :
∑τ B
= 0,
F2 x 2 + F3 x3 − F1 x1 + F . x = 0 389,945 Nm + 0,5 F = 0 389,945 Nm = − 0,5 F F =
389,945 Nm = − 779,89 N − 0,5m
Sesuai Gambar di hal 86, titik berat akan berada pada koordinat (-20 cm, 3,2 m) dan jumlah momen dititik B = 389,945 Nm, gaya F yang menyebabkan benda itu terguling adalah apabila diberikan gaya lebih besar dari -779,89 N atau dengan kata lain benda itu terguling ke arah kiri.
89
Lampiran 12 Kecepatan putar puli atas optimum Untuk mendapatkan nilai kecepatan putar puli atas optimum diperoleh dengan persamaan :
1 2π
n=
g R
Dimana : n
: kecepatan puli atas (rps)
g
: kecepatan gravitasi (m/s2)
R
: radius dari pusat graitasi material dalam bucket (m)
Karena radius dari pusat gravitasi material dalam bucket = 0,095 m, sehingga diperoleh : n= =
1 2π
g R
9,81 m / det ik 2 1 2 × 3,14 0,095 m
= 0,159 × 103,263 = 0,159 ×10,16 = 1,615 rps → 96,9 rpm ≈ 97 rpm
90
Lampiran 13 Waktu dan kecepatan jatuh biji jagung Dengan jarak pemindahan 5,1 m maka diperoleh waktu pemindahan : 1 = Vo + g t 2 2 1 5,1 m = 0 + × 9,81 m / detik 2 × t 2 2 s
5,1 m = 4,908 m / detik 2 × t 2 5,1 m
t2
=
t2
= 1,039 detik 2
t
= 1,02 detik
4,908 m / detik 2
Sehingga kecepatan jatuh biji jagung adalah : Vt = Vo + g t = 0 + 9,81 m / det ik 2 × 1,02 det ik = 10 m / det ik
91
Lampiran 14 Perhitungan daya motor bucket elevator Sketsa pergerakkan bucket elevator
1
4
2
3
92
Dimensi dan daya motor bucket elevator Ketetapan : - jenis bucket = deep bucket
bahan sangat kering, mudah mengalir
3
- γ jagung = 0,718 ton/ m
- kapasitas angkut, Q = 1,4 ton /jam - tinggi angkat, H = 5,10 m - kecepatan puli, v = 0,433 m/detik - kapasitas bucket io = dari tabel 6.1 (Mesin Pemindahan Bahan karangan Ach. Muhib Zainuri, ST, 2006) dengan lebar bucket = 100 mm, diambil yang mendekati = 135 mm = 13,5 cm, jarak bucket a = 300 mm = 0,3 m diperoleh kapasitas bucket io = 0,75 ltr, efisiensi angkut, φ bucket 75 %. Menurut Buku : Mesin Pemindahan Bahan karangan Ach. Muhib Zainuri, ST
¾ Dimensi Bucket
io
α
= =
Q ltr / m 3,6 × v × γ × ϕ 1,4 ton / jam 3,6 × 0,433 m / det × 0,718 ton / m 3 × 0,75
= 1,668 ltr / m Dipilih deep bucket dari Tabel 6.3 (Mesin Pemindahan Bahan karangan Ach. Muhib Zainuri, ST, 2006) diperoleh : k2 = 0,6 ¾ Tarikan dan tegangan pada belt
•
Tarikan oleh puli penggerak
Smax
= 1,15 H (q + k2.Q) = 1,15 x 5,10 (1,4 /(3,6 × 0,433) + (0,6 ×1,4)) = 10,92 kg
•
Tegangan pada titik 1 = S1
•
Tegangan pada titik 2
S 2 = S1+ W1, 2 = S1 + (− qo . H ) S 2 = S1 − (0,9 × 5,10) S 2 = S1 − 4,59 kg
93
•
Tegangan pada titik 3
S 3 = S 2 + W2,3 dengan besarnya adalah 5% sampai 7% dari S 2 S 3 = S 2 + 0,05 S 2 = 1,05 S 2 = 1,05 ( S1 − 4,59)kg •
Tegangan pada titik 4
S 4 = S 3 + W3, 4 dengan W3, 4 = (q + q 0 ). H = {(1,4 /(3,6 × 0,433) + (0,6 ×1,4)} × 5,10m = 8,86 kg S 4 = 1,05 ( S1 − 4,59) + 8,86 = 1,05 S1 + 4,04 kg Jadi sudut kontak (α, dalam rad) antara puli atas dengan belt 1800, faktor gesek f, maka tegangan belt agar tidak terjadi slip adalah :
S sl ≤ S t e fα Dengan Ssl = tegangan kendur / tarikan sisi pembalik = S4 St = tegangan pengencang / tarikan sisi pengencang = Smax α = sudut sentuh belt pada puli, rad (1 rad = 57,3)
e = 2,718 f
= faktor gesek puli penggerak yang sangat kecil sehinggga dapat diabaikan
maka : S sl = S 4 = S
max .
2,718 ' kg
1,05 S1 + 4,04 = 10,92 × 2,718 kg 1,05 S1
= 29,68 − 4,04
1,05 S1
= 25,64 kg , sehingga
S1
= 24,42 kg
S2
= (24,4 − 4,59) = 19,83 kg
S3
= {1,05(24,42 − 4,59)} = 20,82 kg
S4
= {1,05 × 24,42 + 4,04) = 29,68 kg
94
¾ Tarikan yang terjadi pada belt : Wdr = k ' ( S1 + S 4 ) = 0,03 ( 24,42 + 29,68) = 1,62 kg
¾ Tarikan / Tegangan efektif : Wo = S1 + S 4 + Wdr = (− S1 ) + S 4 + Wdr = S 4 − S1 + Wdr = 29,68 kg − 24,42 kg + 1,62kg = 6,88 kg
¾ Daya motor yang dibutuhkan (N) : N =
Wo. v 6,88 × 0,433 = = 0,03245 kW = 32,45 W 102 η g 102 × 0,9
¾ Dengan menggunakan rumus (6.7) N= =
Q. H (1,15 + k 2 k 3 v) kW 367η g 1,4 × 5,10 (1,15 + 0,6 ×1,6 × 0,433) kW 367 × 0,9
= 0,05280 kW = 52,80 W Jadi daya motor yang dibutuhkan adalah 52,80 Watt (diambil yang terbesar)
95
Lampiran 15 Kapasitas bucket per meter panjang konveyor (dari Tabel 6.1 Mesin Pemindahan Bahan karangan Ach. Muhib Zainuri, ST, 2006) Bucket Deep Bucket width Bucket Bucket B,mm spacing capacity a, mm io, ltr 135 300 0,75 160 300 1,1 200 300 2 250 400 3,2 350 500 7,8 450 600 14,5 600 750 900 -
io/a ltr/m 2,5 3,67 6,67 8 15,6 24,2 -
Shallow bucket Bucket io/a capacity ltr/m io, ltr 0,65 2,17 1,1 3,67 2,6 6,5 7 14 15 25 -
V-type bucket Bucket Bucket io/a spacing capacity ltr/m a, mm io, ltr 160 1,5 9,4 200 3,6 18 250 7,8 31,2 320 16 50 400 34 85 500 67 134 630 130 206
96
Lampiran 16 Faktor K1, K2 dan K3 (dari Tabel 6.3 Mesin Pemindahan Bahan karangan Ach. Muhib Zainuri, ST, 2006) Conveying capacity Belt Q, tons per hour Deep and V-type shallow bucket Up to 10 10 to 25 25 to 50 50 to 100 Over 100 Factors K1 K2
0,6 0,5 0,45 0,4 0,35
0,6 0,55 0,5
2,5 1,6
2 1,1
Elevator type Single chain Type of buckets Deep and V-type shallow bucket Faktor K2 1,1 0,8 1,1 0,6 0,85 0,5 0,7 1,5 1,3
1,25 1,3
Twin chain Deep and V-type shallow bucket 1,2 1 0,8 0,6
1,1 0,9
1,5 1,3
1,25 0,8
97
Lampiran 17 Perhitungan kebutuhan sabuk (belt), sabuk, plat eser untuk pembuatan bucket elevator Pembuatan bucket elevator dilakukan dengan pertimbangan sbb :
¾ Jarak ujung lubang pengeluaran pengering ke bucket elevator = 2,4 m + 0,8 m + 0,3 m = 3,5 m Sisi miring (r) =
3,5 m y = = 3,59 m cos α cos130
Sisi tegak (x) = r sin α = 3,59 x sin 13o = 0,807 m
¾ Jarak bucket elevator Ke ISD = 1,25 m + 0,3 m = 1,55 m Sisi miring (r) =
1,55 m y = = 1,89 m cos α cos 35 0
Sisi tegak (x) = r sin α = 1,89 x sin 35o = 1,084 m
¾ Tinggi keselurahan alat : Tinggi bawah tanah = 0,5 m Tinggi ISD
= 3,5 m
Tinggi sisi tegak
= 1,084 m
Total
= 5,084 m = 5,1 m
¾ Kebutuhan sabuk (belt) = 2 x 4,884 m + 2 x ½ x 3,14 x 0,1 m = 9,768 m + 0,314 m = 10,082 m
¾ Jumah bucket
= 10,082 m : 0,395 m = 25,52 ≈ 26 bucket
¾ Keliling bak bawah
= ½ x π xD
Tanah
= ½ x 3,14 x 0,4 m = 0,628 m
¾ Kebutuhan plat eser = plat untuk sisi depan dan belakang + plat untuk sisi samping + plat sisi depan dan belakang penutup atas dan bawah + lengkungan untuk atas dan bawah = 2 x p x l + 2 x p x l + 4 x ½ x ¼ π d 2 + 2 x px l = 2 x 4,884 m x 0,4 m + 2 x 4,884 m x 0,2 m + 4 x ½ x 1/4 x 3,14 x 0,4 2 + 2 x 0,628 x 0,2 = 3,907 m2 + 1,9536 m2 + 0,2512 m2 + 0,2512 m2 = 6,38 m2
98
Lampiran 18 Data pengujian ke-1 pada saat kecepatan putar 58,1 rpm Kondisi bahan (biji jagung) : Kadar air = 15,6 % Densitas kamba = 795,83 kg/m3
1. Kapasitas Jumlah biji jagung yang diangkut (n) = 1140 kg Waktu yang dibutuhkan untuk pengangkutan (t) = 2 jam 10 menit = 2,16 jam Persamaan untuk menghitung kapasitas kerja bucket elevator (q) (kg/jam) : q=
n t
Sehingga kapasitas q =
1140 kg n = = 527,77 kg / jam t 2,16 jam
2. Biji tersisa
Bobot biji yang tercecer di lantai luar bucket elevator (n1) = 2,3 kg Bobot biji yang tertinggal di bagian dasar bucket elevator (n2) = 1,2 kg Bobot biji keseluruhan yang diangkut (n tot) = 1140 kg Persamaan untuk menghitung biji tersisa (B tersisa) (%): Btersisa =
n1 + n2 × 100 % ntot
Sehingga Btersisa =
n1 + n2 2,3 kg + 1,2 kg × 100 % = × 100% = 0,3 % ntot 1140 kg
3. Biji rusak a. Dari proses pengeringan menggunakan pengering Efek Rumah Kaca
Persamaan untuk menghitung biji rusak (B rusak)(%): Brusak =
m1 ×100 % m2
Bobot biji yang rusak/patah (m1) = 25,7 gram Bobot biji sampel keseluruhan (m2) = 286,5 gram Sehingga B rusak =
m1 25,7 gram ×100 % = × 100% = 8,97 % m2 286,5 gram
99
b. Dari proses pengangkutan menggunakan bucket elevator
Bobot biji yang rusak/patah (m1) = 26 gram Bobot biji sampel keseluruhan (m2) = 286,5 gram Sehingga B rusak =
m1 26 gram ×100 % = × 100% = 9,07 % m2 286,5 gram
Sehingga terjadi peningkatan biji rusak sebagai akibat penggunaan bucket elevator = 0,1 % 4. Kebutuhan daya listrik a. Pada saat tanpa beban
Tegangan (V) = 220 V Arus (i) = 1,2 A Daya ( P) = V × i = 220 V × 1,2 A = 264 Watt b. Pada saat ada beban
Tegangan (V) = 220 V Arus (i) = 1,4 A Daya ( P) = V × i = 220 V × 1,4 A = 308 Watt
100
Lampiran 19 Data pengujian ke-2 pada saat kecpatan putar 58,1 rpm Kondisi bahan (biji jagung) : Kadar air = 18 % Densitas kamba = 675,78 kg/m3 1. Kapasitas
Jumlah biji jagung yang diangkut (n) = 1045 kg Waktu yang dibutuhkan untuk pengangkutan (t) = 1 jam 30 menit = 1,5 jam Persamaan untuk menghitung kapasitas kerja bucket elevator (q) (kg/jam) : Kapasitas q =
n t
Sehingga kapasitas q =
n 1045 kg = = 696,67 kg / jam t 1,5 jam
2. Biji tersisa
Bobot biji yang tercecer di lantai luar bucket elevator (n1) = 1,7 kg Bobot biji yang tertinggal di bagian dasar bucket elevator (n2) = 0,85 kg Bobot biji keseluruhan yang diangkut (n tot) = 1045 kg Persamaan untuk menghitung biji tersisa (B tersisa) (%): B tersisa =
n1 + n2 × 100 % ntot
Sehingga B tersisa =
n1 + n2 1,7 kg + 0,85 kg × 100 % = × 100% = 0,24 % ntot 1045 kg
3. Biji rusak a. Dari proses pengeringan menggunakan pengering Efek Rumah Kaca
Persamaan untuk menghitung biji rusak (B rusak)(%): B rusak = Dimana : B rusak m1 m2 Sampel 1 2 3
m1 ×100 % m2
: persen biji yang rusak (%) : bobot biji yang rusak (gram) : bobot biji sampel keseluruhan (gram) Baik (gr) 191,8 199,8 184,8
Rusak (gr) 81,2 75,1 87,5
berat total (gr) 273 274,9 272,3
101
Sehingga B rusak sampel 1 =
m1 81,2 gram ×100 % = ×100% = 29,74 % m2 273 gram
B rusak sampel 2 =
m1 75,1 gram ×100 % = × 100% = 27,32 % m2 274,9 gram
B rusak sampel 3 =
m1 87,5 gram ×100 % = × 100% = 32,13% m2 272,3 gram
Rata-rata biji rusak dari penggunaan pengering = 29,73 % b. Dari proses pengangkutan menggunakan bucket elevator
Sampel 1 2 3 Sehingga B rusak
Baik (gr) Rusak (gr) berat total (gr) 191,9 81,6 273,4 200,1 75,5 275,6 184,8 88 272,8 m 81,6 gram sampel 1 = 1 ×100 % = × 100% = 29,85 % m2 273,4 gram
B rusak sampel 2 =
m1 75,5 gram ×100 % = × 100% = 27,39 % m2 275,6 gram
B rusak sampel 3 =
m1 88 gram ×100 % = × 100% = 32,26 % m2 272,8 gram
Rata-rata biji rusak dari penggunaan bucket elevator = 29,83 % Sehingga terjadi peningkatan biji rusak sebagai akibat penggunaan bucket elevator = 0,1 % 4. Kebutuhan daya listrik a. Pada saat tanpa beban
Tegangan (V) = 220 V Arus (i) = 1,2 A Daya ( P) = V × i = 220 V × 1,2 A = 264 Watt b. Pada saat ada beban
Tegangan (V) = 220 V Arus (i) = 1,4 A Daya ( P) = V × i = 220 V × 1,4 A = 308 Watt
102
Lampiran 20 Data pengujian ke-3 pada saat kecepatan putar 147 rpm Kondisi bahan (biji jagung) : Kadar air = 16 % Densitas kamba = 759,00 kg/m3 1. Kapasitas
Jumlah biji jagung yang diangkut (n) = 1210,2 kg Waktu yang dibutuhkan untuk pengangkutan (t) = 1 jam 17 menit = 1,28 jam Persamaan untuk menghitung kapasitas kerja bucket elevator (q) (kg/jam) : Kapasitas q =
n t
Sehingga kapasitas q =
n 1210,2 kg = = 945,47 kg / jam t 1,28 jam
2. Biji tersisa
Bobot biji yang tercecer di lantai luar bucket elevator (n1) = 1,125 kg Bobot biji yang tertinggal di bagian dasar bucket elevator (n2) = 0,975 kg Bobot biji keseluruhan yang diangkut (n tot) = 1210,2 kg Persamaan untuk menghitung biji tersisa (B tersisa) (%): B tersisa =
n1 + n2 × 100 % ntot
Sehingga B tersisa =
n1 + n2 1,125 kg + 0,975 kg × 100 % = × 100% = 0,17 % ntot 1210,2 kg
3. Biji rusak a. Dari proses pengeringan menggunakan pengering Efek Rumah Kaca
Persamaan untuk menghitung biji rusak (B rusak)(%): B rusak = Dimana : B rusak m1 m2 Sampel 1 2 3
m1 ×100 % m2
: persen biji yang rusak (%) : bobot biji yang rusak (gram) : bobot biji sampel keseluruhan (gram) Baik (gr) 260,84 259,6 260,89
Rusak (gr) 9,16 10,4 9,11
berat total (gr) 270 270 270
103
Sehingga B rusak sampel 1 =
m1 9,16 gram ×100 % = × 100% = 3,39 % m2 270 gram
B rusak sampel 2 =
m1 10,4 gram ×100 % = × 100% = 3,85 % m2 270 gram
B
sampel 3 =
rusak
m1 9,11 gram ×100 % = × 100% = 3,37% m2 270 gram
Rata-rata biji rusak dari penggunaan pengering = 3,54 % b. Dari proses pengangkutan menggunakan bucket elevator
Sampel 1 2 3
Baik (gr) 259,28 258,45 260,05
Sehingga
B rusak
Rusak (gr) berat total (gr) 10,72 270 11,55 270 9,95 270 m 10,72 gram sampel 1 = 1 ×100 % = × 100% = 3,97 % m2 270 gram
B rusak sampel 2 =
m1 11,55 gram ×100 % = × 100% = 4,28 % m2 270 gram
B rusak sampel 3 =
m1 9,95 gram ×100 % = × 100% = 3,68 % m2 270 gram
Rata-rata biji rusak dari penggunaan bucket elevator = 3,98 % Sehingga terjadi peningkatan biji rusak sebagai akibat penggunaan bucket elevator = 0,44 % 4. Kebutuhan daya listrik a. Pada saat tanpa beban
Tegangan (V) = 214 V Arus (i) = 1,4 A Daya ( P) = V × i = 214 V × 1,4 A = 299,6 Watt b. Pada saat ada beban
Tegangan (V) = 216 V Arus (i) = 1,5 A Daya ( P) = V × i = 216 V × 1,5 A = 324 Watt
104
Lampiran 21 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata 14% Berat bahan = 100 kg Densitas kamba = 798,42 kg/m3 1. Data
Data tanpa beban
Data dengan beban
Tegangan
214
214
214
215,7
Arus
1,5
1,5
1,5
1,6
Rpm di motor
1482 1482 1487
1475 1482 1470
Rpm di keluaran gear box
48
48
48
47
Rpm di puli di atas
151
153
154
151
153 152
Rpm di puli di bawah
151
154
153
151
153 152
Rata-rata Tegangan
214
216,7
Rata-rata Arus
1,5
1,63
Rata-rata Rpm di motor
1483,7
1475,7
Rata-rata Rpm di gear box
48
47,3
Rata-rata Rpm di puli di atas
152,7
152
Rata-rata Rpm di puli di bawah
152,7
152
215,8 215,6 1,7 48
1,6 47
2. Perhatikan apakah bahan terangkut penuh ? = setengah sampai tiga per empat bucket 3. Perhatikan apakah yang tertumpah seluruh isi bucket ? = seluruh 4. Berapa berat biji yang tersisa? - di lantai luar bucket elevator = - di bagian dasar bucket elevator = 1250 gr = 1,25 kg B tersisa =
bobot biji tersisa 1,25 kg ×100 % = ×100% = 1,25 % bobot keseluruhan yang diangkut 100 kg
5. Berapa berat biji rusak/patah ? Biji rusak akibat penggunaan pengering Efek Rumah Kaca
1. 1,0 gram dari total sampel = 270 gram 2. 0,9 gram dari total sampel = 270 gram 3. 1,2 gram dari total sampel = 270 gram
105
1,0 ×100% = 0,37 % 270 0,9 = ×100% = 0,33 % 270 1,2 = ×100% = 0,44 % 270
B rusak 1 = B rusak 2 B rusak 3
Rata-rata biji rusak dari penggunaan pengering ERK= 0,38 % Biji rusak akibat penggunaan bucket elevator
1. 3,7 gram dari total sampel = 270 gram 2. 3,1 gram dari total sampel = 270 gram 3. 4,2 gram dari total sampel = 270 gram B
rusak 1
B rusak 2 B
rusak 3
3,7 ×100% = 1,37 % 270 3,1 = ×100% = 1,15 % 270 4,2 = ×100% = 1,55 % 270 =
Rata-rata biji rusak dari penggunaan bucket elevator = 1,36 % Peningkatan biji rusak sebagai akibat penggunaan bucket elevator = 0,98 %. 6. Berapa lama waktu pengangkutan ? = 6 menit 7. Berapa kapasitas ? kapasitas =
jumlah yang diangkut 100 kg 0,1 ton = = = 1 ton / jam waktu pengangku tan 6 menit 0,1 jam
8. Sudut curah Sudut curah 1 Keliling : 401 cm Jari-jari : 63,85 cm Tinggi : 30 cm 30 cm tinggi Arc tn = = = Arc tn 0,469 = 25,17 0 jari − jari 63,85 cm Sudut curah 2 Keliling : 403 cm Jari-jari : 64,17 cm Tinggi : 30 cm 30 cm tinggi Arc tn = = = Arc tn 0,467 = 25,06 0 jari − jari 64,17 cm Rata-rata sudut curah = 25,110
106
Lampiran 22 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata18% Berat bahan = 100 kg Densitas kamba = 706,44 kg/m3 1. Data
Data tanpa beban
Data dengan beban
Tegangan
214
214
214
215,6 215,7 215,8
Arus
1,5
1,5
1,5
1,6
Rpm di motor
1482 1487 1482
1481 1483 1480
Rpm di keluaran gear box
48
48
48
48
49
49
Rpm di puli di atas
154
155
150
152
150
153
Rpm di puli di bawah
152
153
154
150
151 154
Rata-rata Tegangan
214
215,7
Rata-rata Arus
1,5
1,6
Rata-rata Rpm di motor
1483,7
1481,3
Rata-rata Rpm di gear box
48
48,67
Rata-rata Rpm di puli di atas
153
151,7
Rata-rata Rpm di puli di bawah
153
151,7
1,6
1,6
2. Perhatikan apakah bahan terangkut penuh ? = satu per empat sampai setengah bucket 3. Perhatikan apakah yang tertumpuh seluruh isi bucket ? = seluruh 4. Berapa berat biji tersisa ? - di lantai luar bucket elevator = - di bagian dasar bucket elevator = 1450 gr = 1,45 kg B tersisa =
berat biji tersisa 1,45 kg ×100 % = ×100% = 1,45 % 100 kg berat keseluruhan sampel
5. Berapa berat biji rusak/patah ? Biji rusak akibat penggunaan pengering Efek Rumah Kaca
1. 0,9 gram dari total sampel = 270 gram 2. 1,1 gram dari total sampel = 270 gram 3. 1,4 gram dari total sampel = 270 gram
107
0,9 ×100% = 0,33% 270 1,1 B rusak 2 = ×100% = 0,41% 270 1,4 B rusak 3 = ×100% = 0,52 % 270 B rusak 1 =
Rata-rata biji rusak dari penggunaan ERK = 0,42 % Biji rusak akibat penggunaan Bucket Elevator
1. 5,3 gram dari total sampel = 270 gram 2. 4,2 gram dari total sampel = 270 gram 3. 4,5 gram dari total sampel = 270 gram 5,3 ×100% = 1,96 % 270 4,2 B rusak 2 = ×100% = 1,55 % 270 4,5 B rusak 3 = ×100% = 1,67 % 270 B rusak 1 =
Rata-rata biji rusak dari penggunaan bucket elevator = 1,73 % Peningkatan biji rusak sebagai akibat penggunaan bucket elevator = 1,31 %. 6. Berapa lama waktu pengangkutan ? = 10 menit 7. Berapa kapasitas ? kapasitas =
jumlah yang diangkut 100 kg 0,1 ton = = = 0,63 ton / jam waktu pengangku tan 10 menit 0,16 jam
8. Sudut curah Sudut curah 1 Keliling : 337 cm Jari-jari : 53,66 cm Tinggi : 33 cm 33 cm tinggi Arc tn = = = Arc tn 0,615 = 31,59 0 jari − jari 53,66 cm Sudut curah 2 Keliling : 336 cm Jari-jari : 53,50 cm Tinggi : 33 cm 33 cm tinggi Arc tn = = = Arc tn 0,618 = 31,67 0 jari − jari 53,50 cm Rata-rata sudut curah = 31,630
108
Lampiran 23 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata 28% Berat bahan = 100 kg Densitas kamba = 635,12 kg/m3 1. Data
Data tanpa beban
Data dengan beban
Tegangan
214
214
214
215,8 215,6 215,7
Arus
1,5
1,5
1,5
1,6
Rpm di motor
1482 1487 1482
1440 1443 1442
Rpm di gear box
48
48
48
52
53
54
Rpm di puli di atas
155
154
150
158
154
156
Rpm di puli di bawah
154
153
152
158
154 156
Rata-rata Tegangan
214
215,7
Rata-rata Arus
1,5
1,6
Rata-rata Rpm di motor
1483,7
1441,67
Rata-rata Rpm di gear box
48
53
Rata-rata Rpm di puli di atas
153
156
Rata-rata Rpm di puli di bawah
153
156
1,6
1,6
2. Perhatikan apakah bahan terangkut penuh ? = satu per empat sampai setengah bucket 3. Perhatikan apakah yang tertumpuh seluruh isi bucket ? = seluruh 4. Berapa berat biji yang tersisa ? - di lantai luar bucket elevator = - di bagian dasar bucket elevator = 1625 gr = 1,625 kg B tersisa =
berat biji tersisa 1,625 kg ×100 % = ×100% = 1,625 % 100 kg berat keseluruhan sampel
5. Berapa berat biji rusak/patah ? Biji rusak akibat penggunaan pengering Efek Rumah Kaca
1. 1,0 gram dari total sampel = 270 gram 2. 1,2 gram dari total sampel = 270 gram 3. 1,1 gram dari total sampel = 270 gram
109
1,0 ×100% = 0,37% 270 1,2 B rusak 2 = ×100% = 0,44 % 270 1,1 B rusak 3 = ×100% = 0,41% 270 B rusak 1 =
Rata-rata biji rusak dari penggunaan ERK = 0,41 % Biji rusak akibat penggunaan Bucket Elevator
1. 8,07 gram dari total sampel = 270 gram 2. 6,92 gram dari total sampel = 270 gram 3. 6,54 gram dari total sampel = 270 gram 8,07 ×100% = 2,99 % 270 6,92 = ×100% = 2,56 % 270 6,54 = ×100% = 2,42 % 270
B rusak 1 = B rusak 2 B rusak 3
Rata-rata persen rusak dari penggunaan bucket elevator = 2,66 % Peningkatan biji rusak sebagai akibat penggunaan bucket elevator = 2,25 %. 6. Berapa lama waktu pengangkutan ? = 12 menit 7. Berapa kapasitas ? kapasitas =
jumlah yang diangkut 100 kg 0,1 ton = = = 0,5 ton / jam waktu pengangku tan 12 menit 0,2 jam
8. Sudut curah Sudut curah 1 Keliling : 328 cm Jari-jari : 52,23 cm Tinggi : 38,5 cm 38,5 cm tinggi Arc tn = = = Arc tn 0,737 = 36,39 0 jari − jari 52,23 cm Sudut curah 2 Keliling : 325 cm Jari-jari : 51,75 cm Tinggi : 38 cm 38 cm tinggi Arc tn = = = Arc tn 0,738 = 36,430 jari − jari 51,5 cm Rata-rata sudut curah = 36,410
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
