TUGAS AKHIR
PERANCANGAN MESIN PENGERING BIJI KAKAO DENGAN KAPASITAS 250 Kg/Jam
Diajukan untuk Memenuhi Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Tingkat Sarjana (S1) pada JurusanTeknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang
OLEH : FAHMI KURNIAWAN 201110120311153
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2016
ii
iii
iv
v
vi
ABSTRAK PERANCANGAN MESIN PENGERING BIJI KAKAO DENGAN KAPASITAS 250 KG/JAM Penulis :Fahmi Kurniawan Dosen Pembimbing I:Ir. Eko Hariyadi, MT Dosen Pembimbing II: Iis Siti A.,ST., MT.,PhD Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp (0341)464618-128-Fax. (0341)460782 Malang 65144
Kakao (Theobroma cacao) merupakan merupakan salah satu komoditas andalan perkebunan yang memiliki peran penting dalam perekonomian nasional. Perubahan cuaca di Indonesia bisa dikatakan tidak stabil dan dapat mengganggu aktivitas para petani kakao dalam hal proses pengeringan, sehingga hal ini mendorong manusia untuk berinovasi merancang alat. Maka dirancang sebuah alat pengering biji kakao kapasitas 250 kg/jam. Dalam merancang alat pengering terlebih dahulu harus diketahui kadar air biji kakao yaitu sekitar 60%, dan akan diturunkan dalam proses pengeringan ini menjadi 6-7%. Dalam proses pengeringan matahari (sun drying) diperlukan waktu sekitar 3-4 hari dengan suhu rata-rata 27oC dengan menggunakan alat pengering yang dirancang dapat mengurangi waktu pengeringan tersebut menjadi lebih efisiensi. Dari perancangan yang telah dilakukan didapatkan dimensi drum pengering diameter 0,5 meter , panjang 1,8 meter , tebal 3 mm . Dimensi rangka penyanggah drum panjang 2,2 meter , tinggi 1 meter , lebar 0,6 meter menggunakan besi hollow 40 mm x 40 mm x 3 mm. Menggunakan motor listrik dengan daya 2 Hp dengan putaran 2800 rpm. Kata Kunci : pengering,biji kakao,mesin pengering biji kakao
vii
ABSTRACT DRYER MACHINE DESIGN OF COCOA BEANS WITH CAPACITY 250 KG / HOUR. Writer: Fahmi Kurniawan Advisor I:Ir. Eko Hariyadi, MT . Advisor II: Iis Siti A.,ST., MT.,PhD Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Muhammadiyah Malang Jl. Raya Tlogomas No. 246 Telp (0341)464618-128-Fax. (0341)460782 Malang 65144
Cocoa (Theobroma cacao) is one of the plantation pledge commodities which have an important role in the national economy. Changes of weather in Indonesia can be told unstable and can bother the activity of the cocoa farmers of the draining process, so that it encourages people to innovate designing tools. Hence,designed a dryer cocoa beans capacity of 250 kg / h. In designing dryer beforehand have to know the cocoa bean moisture content is about 60%, and will be degraded in the draining process becomes 67%. In the process of draining in the sun (sun draining) it takes about 3-4 days with an average temperature of 27°C by using designed dryer to reduce the draining time to be more efficient. The scheme that has been done obtained dimension dryer drum diameter of 0.5 meters, long1.8 meters, thick3 mm. Dimensional frame buffer longdrum 2.2 meter, high1 meter, wide0.6 meters using hollow steel 40 mm x 40 mm x 3 mm. Using an electric motor with power 2 hp at 2800 rpm rotation. Keywords: dryer, cocoa beans, cocoa beans draining machine
viii
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikumWr. Wb Allhamdulillah, Segala puji syukur kepada Allah SWT beserta shalawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW dan keluarga, sahabat, beserta pengikutnya hingga akhir zaman karena dengan rahmat dan Hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir (Skripsi). Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak. Tugas Akhir ini dapat terwujud atas bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tuaku tercinta, yang jasa-jasa mereka tidak dapat terwakilkan beserta saudara saudari saya sekeluarga yang selalu mendoakan saya sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir. 2. Ir. Eko Hariyadi, MT. dan Iis Siti A.,ST., MT.,PhD. yang telah dengan sabar membimbing penulis dalam menempuh perkuliahan serta penyusunan Tugas Akhir. 3. Seluruh dosen teknik mesin yang telah sabar membimbing penulis selama duduk dibangku perkuliahan. 4. Teman- Teman Teknik Mesin terima kasih atas bantuan dan motivasinya,terutama teman-teman saya seperjuangan angkatan 2011. Semoga cepat menyusul.
ix
5. Teman – Teman satu kos pondok bamboo terima kasih atas dukungannya semua yang sering menanyakan kapan wisuda. Sehingga saya termotivasi untuk menyelesaikan Tugas Akhir. 6. Teman – Teman seperjuangan dari Banyuwangi (Rea-Reo) semoga cepat menyusul. 7. Terima kasih banyak atas semua do’a dan dukungannya. Kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan. Penulis berharap Tugas Akhir ini berguna bagi semua pihak agar dapat hasil yang baik. Wassalamu’alaikumWr.Wb
Malang, 1 Februari 2016
Fahmi Kurniawan
x
DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL ............................................................................................... i POSTER .............................................................................................................. ii LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iii LEMBAR ASISTENSI/KONSULTASI .......................................................... iv SURAT PERNYATAAN TIDAK PLAGIAT .................................................. v ABSTRAKSI INDONESIA ............................................................................ vii ABSTRAKSI ENGLISH ............................................................................... viii KATA PENGANTAR ....................................................................................... ix DAFTAR ISI ....................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xv DAFTAR TABEL ......................................................................................... xvii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1 I.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1 I.2 Rumusan masalah ................................................................................. 2 I.3 Tujuan perancangan .............................................................................. 3 I.4 Manfaat perancangan ........................................................................... 3 I.5 Batasan masalah .................................................................................... 3 BAB II TINJAUAN TEORI .............................................................................. 4 II.1 Pengertian kakao ................................................................................. 4 II.2 Pengertian pengeringan ........................................................................ 6 II.3 Alat pengering buatan .......................................................................... 6 II.3.1 Klasifikasi dan perkembangan alat pengering buatan ................. 7 II.3.1.1 Alat pengering untuk zat padat ................................................ 7 II.3.1.2 Alat pengering untuk larutan dan bubur ................................. 10
II.4 Prinsip kerja alat pengering ............................................................... 12 II.5 Faktor- yaktor yang mempengaruhi pengeringan .............................. 12 II.6 Pengaruh suhu pengeringan pada proses pengeringan ....................... 13 II.7 Kadar air bahan .................................................................................. 14
xi
II.8 Pengertian kalor ................................................................................. 14 II.8.1 Kalor jenis ................................................................................. 15 II.8.2 Kalor penguapan ........................................................................ 15 II.9 Proses perpindahan kalor ................................................................... 16 II.9.1 Perpindahan kalor konduksi ...................................................... 16 II.9.2 Perpindahan kalor konveksi ...................................................... 17 II.9.3 Perpindahan kalor radiasi .......................................................... 19 II.10 Koefisien perpindahan panas menyeluruh ...................................... 21 II.11 Komponen-komponen perancangan mesin ...................................... 21 II.11.1 Motor listrik ............................................................................. 22 II.11.2 Air heater (pemanas udara) ..................................................... 22 II.11.3 Gear reducer ............................................................................ 23 II.11.4 Pulley dan v-belt ...................................................................... 24 II.11.5 Blower .................................................................................... 27 II.11.6 Transmisi rantai (chain and sprocket) ..................................... 31 II.11.7 Bantalan (bearing) ................................................................. 35 II.12 Dasar teori pengelasan ..................................................................... 37 II.12.1 Jenis-jenis pengelasan ............................................................. 39 II.12.1.1 Proses pengelasan busur logam terbungkus ......................... 40 II.12.1.2 Proses pengelasan busur terendam ....................................... 41 II.12.1.3 Proses pengelasan busur logam gas ...................................... 42 II.12.1.4 Proses pengelasan busur berinti fluks .................................. 43 II.12.1.5 Proses pengelasan busur tungsten gas .................................. 44 II.12.2 Desain sambungan las ............................................................. 45 BAB III METODOLOGI PERANCANGAN ............................................... 46 III.1 Diagram alir perancangan ............................................................... 46 III.2 Perancangan kapasitas pengering ..................................................... 47 III.3 Perhitungan dan pemilihan komponen ............................................. 47 III.3.1. Pulley dan sabuk .................................................................... 47 III.3.2. Motor penggerak .................................................................... 47 III.3.3. Bantalan (bearing) ................................................................... 48
xii
III.3.4 Rangka utama ......................................................................... 48 III.3.5. Elemen pemanas...................................................................... 48 III.3.6. Blower ..................................................................................... 48 III.3.7. Bak penampung....................................................................... 49 III.3.8. Pengaduk (rip) ......................................................................... 49 III.3.9. Chamber(ruang pengering) ..................................................... 49 III.3.10. Gear reducer .......................................................................... 49 III.3.11. Transmisi rantai (chain and sprocket) ................................... 49 III.4 Perhitungan komponen mesin........................................................... 50 III.5 Perancangan komponen mesin ......................................................... 50 III.5 Konsep desain .................................................................................. 51 III.6 Cara kerja mesin ............................................................................. 52 BAB IV PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 53 IV.1 Data perancangan ............................................................................ 53 IV.2 Kecepatan putaran biji kakao melewati tabung ................................ 53 IV.3 Kapasitas biji kakao dalam tabung pengering .................................. 54 IV.4 Torsi akibat adanya beban pengering ............................................. 55 IV.5 Torsi drum tabung pengering ........................................................... 55 IV.6 Volume tabung ................................................................................. 56 IV.7 Volume rib(pengaduk) ..................................................................... 56 IV.8 Volume kerucut ................................................................................ 57 IV.9 Volume ruang pengering ................................................................. 57 IV.10 Spesifikasi motor .......................................................................... 57 IV.11 Transmisi pulley dan sabuk v (v-belt) ............................................ 58 IV.12 Daya yang dibutuhkan mesin ......................................................... 59 IV.13 Perhitungan pulley dan sabuk v (v-belt)......................................... 60 IV.14 Perhitungan beban kalor ruang pengering. ..................................... 67 IV.15 Perhitungan beban ruang pengering ............................................... 68 IV.16 Kecepatan massa udara di dalam ruang pengering......................... 70 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 73 V.1 Kesimpulan ........................................................................................ 73
xiii
V.2 Saran .................................................................................................. 76 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Biji kakao ................................................................................... 5
Gambar 2.2
Pengering putar ........................................................................... 8
Gambar 2.3
Pengering talam .......................................................................... 9
Gambar 2.4
Pengering menara ....................................................................... 10
Gambar 2.5
Pengering film tipis .................................................................... 11
Gambar 2.6
Pengering tromol ........................................................................ 11
Gambar 2.7
Perpindahan kalor konduksi ....................................................... 16
Gambar.2.8
Perpindahan kalor konveksi ....................................................... 18
Gambar 2.9
Perpindahan kalor konveksi ....................................................... 19
Gambar 2.10 Perpindahan kalor radiasi ........................................................... 20 Gambar 2.11 Motor listrik................................................................................ 22 Gambar2.12
Air heater (pemanas udara) ........................................................ 23
Gambar2.13
Gear reducer ............................................................................... 24
Gambar2.14
Pulley bentuk v ........................................................................... 25
Gambar 2.15 Kontruksi pulley v ...................................................................... 25 Gambar 2.16 Sabuk v-belt................................................................................ 26 Gambar 2.17 Diagram pemilihan sabuk v-belt ............................................... 27 Gambar 2.18 Forward curved blade ................................................................. 29 Gambar 2.19 Backward curved blade .............................................................. 30 Gambar 2.20 Rantai transmisi daya ................................................................. 31 Gambar 2.21 Rantai pena ................................................................................. 33 Gambar 2.22 Bantalan luncur .......................................................................... 36 Gambar 2.23 Bantalan gelinding ..................................................................... 37 Gambar 2.24 Proses pengelasan busur logam terbungkus ............................... 40 Gambar 2.25 Proses pengelasan busur terendam ............................................. 41 Gambar 2.26 Proses pengelasan busur logam gas ........................................... 42 Gambar 2.27 Proses pengelasan busur tungsten gas ........................................ 43
xv
Gambar 2.28 Proses pengelasan busur tungsten gas ........................................ 44 Gambar 2.29 Jenis-jenis alur sambungan las ................................................... 45 Gambar 3.1
Konsep mesin pengering biji kakao ........................................... 51
Gambar 4.1
Sudut kemiringan tabung ........................................................... 53
Gambar 4.2
Rangkaian sistem transmisi v-belt. ............................................ 58
Gambar 4.3
Gambar diagram alir untuk memilih sabuk V-belt..................... 61
Gambar 4.4
Macam-macam ukuran sabuk V-Belt......................................... 61
Gambar 4.5
Panjang keliling v-belt ............................................................... 63
Gambar 4.6
Panjang keliling rantai ................................................................ 64
Gambar 4.7
Sudut kontak v-belt dengan pulley ............................................. 65
Gambar 4.8
Sudut kontak gear dengan rantai ................................................ 66
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel T, ρ dan Cp.............................................................................. 71
xvii
DAFTAR PUSTAKA
Suprapti, 2002 . Direktorat Jenderal Perkebunan,2011. Statistik Perkebunan Kakao 2009-2012. Direktorat Jenderal Perkebunan Kementerian Pertanian, Jakarta. Jurnal Dinamis,Volume II, No.10, Januari 2012 . Perancangan Dan Pengujian Alat Pengering Kakao Hendrata dan Sutardi, 2009. Kedudukan Biji Dalam Buah Kakao Mc Cabe, W.L. 2002. Unit Operation of Chemical Engineering. Internationalbook. Warren L.McCabe,Julian C.1990. Operasi teknik kimia jilid 1, Jakarta : Erlangga. Widharto,2003. Wiryosumarto dan Okumura,2004 . Teknologi Pengelasan Logam. Romi Bastian,2010.Perancangan Mesin Pengering Rotary Dryer Untuk Tepung Mocaf (Modified cassava flour) Kapasitas 200 kg/ Jam:Skiripsi UMM Holman J.P dan Jasjfi, E. 1994, Perpindahan Kalor. Jakarta: PT Gelora aksara Pratama. Sularso dan Kiyokatsu Suga, 2002. Dasar Perencanan Dan Pemilihan Elemen Mesin, Pradya Paramita: Jakarta. Sularso dan kiyokatsu suga, 1991. Perancangan dan pemilihan elemen-elemen mesin Susanto,1994.Tanaman Kakao Budidaya dan Pengolahan Hasil. Kanisius,Yogyakarta.
xviii
