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 Biji tersisa (%)
1.00 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.
