MODIFIKASI DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING)
SKRIPSI
Oleh : IRWAN DARMAWAN F14103124
2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
MODIFIKASI DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING)
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh : Irwan Darmawan F14103124
2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR MODIFIKASI DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW HOUSING) SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : IRWAN DARMAWAN F14103124 Dilahirkan pada tanggal 23 Oktober 1984 di Tasikmalaya Tanggal Lulus : 17 Januari 2008 Menyetujui, Dosen Pembimbing Akademik
Ir. Sri Endah Agustina, MS NIP. 131 284 833 Mengetahui,
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S Ketua Departemen Teknik Pertanian
Irwan Darmawan. F14103124. Modifikasi Desain Dan Uji Unjuk Kerja Mesin Pengempa Briket Mekanis Tipe Kempa Ulir (Screw Pressing). Dibawah bimbingan Ir. Sri Endah Agustina, MS RINGKASAN Pada saat ini harga bahan bakar minyak dunia meningkat pesat yang berdampak pada meningkatnya harga jual bahan bakar minyak termasuk minyak tanah (kerosene) di Indonesia. Minyak tanah di Indonesia yang selama ini disubsidi oleh pemerintah menjadi beban berat bagi pemerintah Indonesia karena nilai subsidinya meningkat pesat menjadi lebih dari 90 Triliun rupiah per tahun dengan penggunaan lebih kurang 10 juta kilo liter per tahun. Untuk mengurangi beban subsidi tersebut maka pemerintah berusaha mengurangi subsidi yang ada dialihkan menjadi subsidi langsung kepada masyarakat miskin. Namun untuk mengantisipasi kenaikan harga BBM dalam hal ini adalah Minyak Tanah diperlukan bahan bakar alternatif yang murah dan mudah didapat. Biomassa merupakan sumber energi alternatif yang perlu mendapat prioritas dalam pengembangannya di Indonesia dibandingkan dengan sumber energi lain. Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian dan limbah hutan, tinja, dan kotoran ternak (Abdullah, et al. 1991). Indonesia sebagai negara agraris banyak menghasilkan limbah pertanian yang selama ini kurang termanfaatkan. Oleh karena itu, limbah pertanian yang merupakan biomassa tersebut merupakan sumber energi alternatif yang melimpah. Limbah biomassa dapat langsung digunakan sebagai bahan bakar, dikonversi terlebih dahulu menjadi arang, atau dikempa terlebih dahulu menjadi briket. Tujuan pengempaan adalah memperoleh kualitas pembakaran yang lebih baik dan kemudahan dalam penggunaan serta penanganannya. Pada proses pembuatan briket biomassa diperlukan suatu alat pengempa yang dapat memberikan tekanan sehingga membentuk biomassa menjadi bahan bakar padat (briket). Beberapa alat pengempa briket telah dikembangkan di Indonesia dengan tujuan untuk meningkatkankan produktifitas pembuatan briket. Salah satunya yaitu mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir (screw pressing). Alat ini dirancang oleh Syafrian pada tahun 2005 dengan memanfaatkan tenaga manusia sebagai sumber energi untuk mengempa dan mendorong briket. Pada awalnya mesin ini menggunakan bahan briket dari serbuk gergaji, namun karena terlalu besarnya tenaga pengempaan, maka bahan briket yang digunakan diganti dengan menggunakan arang sekam. Beberapa kekurangan mesin ini diantaranya besarnya kebutuhan tenaga pengempaan, produktifitas kecil, dan kurang ergonomisnya mesin. Pada tahun 2006, mesin pengempa semi mekanis tipe kempa ulir tersebut disempurnakan oleh Mawarti. Namun masih terdapat kekurangan diantaranya adalah mekanisme pengumpanan bahan briket dari hopper ke dalam screw housing; dan mekanisme pemotongan briket. Bahan briket yang digunakan adalah arang sekam dengan kadar perekat 5%.
Penelitian dilaksanakan pada bulan Oktober 2007 sampai bulan Nopember 2007 bertempat di Bengkel Metatron, Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan modifikasi terhadap mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir. Menguji unjuk kerja mesin hasil modifikasi dengan menggunakan serbuk gergaji, arang sekam, dan campuran serbuk gegaji dan arang sekam sebagai bahan briket. Menguji mutu briket yang dihasilkan. Melakukan analisis ekonomi terhadap mesin pengempa briket dan briket yang dihasilkan. Penelitian pendahuluan bertujuan untuk mengetahui secara langsung kinerja mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) yang telah dibuat. Pengujian pada penelitian pendahuluan dilakukan dengan menggunakan bahan arang sekam dan perekat sebesar 5%. Berdasarkan data yang dihasilkan pada penelitian pendahuluan tersebut, dilakukan analisis untuk menentukan modifikasi mesin yang perlu dilakukan. Analisis yang dilakukan mencakup analisis fungsional, analisis human engineering (aspek ergonomika), dan analisis kekuatan dan stabilitas mesin. Bagian-bagian mesin yang dimodifikasi adalah poros utama, rangka mesin, ulir (screw), dan sistem transmisi, serta sumber tenaga motor listrik. Komponen mesin hasil modifikasi memiliki spesifikasi : poros utama mesin yang memiliki panjang 300 mm dan diameter 25 mm. Rangka mesin terbuat dari besi siku ukuran 40mm x 40mm x 3mm dan memiliki dimensi PxLxT sebesar 500mm x 160mm x 300mm. Ulir (screw) yang memiliki panjang 350 mm, jarak bagi antar sudu sebesar 50 mm, dimeter luar ulir sebesar 55 mm, diameter dalam ulir sebesar 21 mm, dan tebal ulir sebesar 2.2 mm serta kapasitas pengempaan sebesar 6202.71 cm3/ detik. Sumber tenaga motor listrik yang digunakan memiliki daya 750 Watt dan tegangan 220 Volt. Hopper memiliki dimensi sisi bagian atas berukuran 500x500 mm2, sisi bagian bawah 150mm x 150cm, tinggi hopper 500 mm, sudut kemiringan 470 dan penahan didepan bukaan pintu berdimensi 130mm x 60mm x 120mm, volume hopper sebesar 62349.8 cm3 dan menampung bahan kempa sebesar 28.806 kg. Hasil pengujian menunjukan bahwa diperoleh kapasitas produksi sebesar 25.09kg/ jam untuk bahan campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%), dan 34.20 kg/jam untuk bahan arang sekam, dengan tingkat kerberhasilan mesin 97.95 % dan prosentase briket hancur sebesar 2.05 %, kebutuhan daya pengempaan sebesar 12.5806 Watt jam/ kg briket, tekanan pengempaan sebesar 3.87 kPa. Sedangkan untuk bahan dari serbuk gergaji tidak dihasilkan briket. Mesin pengempa ini memiliki kinerja yang lebih baik daripada sebelum dimodifikasi, dilihat dari segi kapasitas pengempaan dan tingkat keberhasilan mesin yang lebih tinggi dari mesin pengempa sebelumnya. Uji mutu briket arang sekam yang dihasilkan meliputi kerapatan 0.462 gram/cm3, laju pembakaran 0.042 gram/detik, dan uji dari penampakan briket ini termasuk dalam kategori baik. Biaya operasional yang dibutuhkan untuk menghasilkan briket arang sekam adalah sebesar Rp. 13 986.7 /jam atau setara dengan Rp. 450/ kg briket. Berdasarkan hasil analisis ekonomi, mesin pengempa setelah dimodifikasi memiliki biaya operasional pembuatan briket yang lebih murah dibandingkan dengan biaya operasional briket yang dihasilkan sebelum mesin pegempa dimodifikasi yaitu sebesar Rp. 628.49,- / kg briket.
RIWAYAT HIDUP PENULIS Penulis dilahirkan di Tasikmalaya pada tanggal 23 Oktober 1984 yang merupakan anak pertama dari bapak yang bernama Hindarto dan ibu bernama Dedeh Carliah. Penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasar di SD Negeri 2 Banjar, Kota Banjar pada tahun 1997. Penulis lalu melanjutkan pendidikan menengah di SLTP Negeri 1 Banjar dan tamat pada tahun 2000. Setelah itu, penulis melanjutkan pendidikan tingkat atas di SMU Negeri 1 Banjar dan tamat pada tahun 2003. Pada tahun 2003 itu juga, penulis melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor dan memilih bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian. Selama menjadi mahasiswa di Institut Pertanian Bogor, penulis aktif berorganisasi di Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) Lingkung Seni Sunda Gentra Kaheman pada tahun kepengurusan 2004-2006 dan Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) pada tahun kepengurusan 2005-2006. Penulis melakukan praktek lapangan di PT Perkebunan Nusantara VIII pada tahun 2007 dengan judul “Mempelajari Proses Pengolahan Karet Serta Efisiensi Penggunaan Energi Di PTPN VIII, Perkebunan Batulawang, Jawa Barat”. Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis menyelesaikan Skripsi yang berjudul ”Modifikasi Desain Dan Uji Unjuk Kerja Mesin Pengempa Briket Mekanis Tipe Kempa Ulir (Screw Pressing)”.
KATA PENGANTAR Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Penelitian yang berjudul “Modifikasi Desain Dan Uji Unjuk Kerja Mesin Pengempa Briket Mekanis Tipe Kempa Ulir (Screw Pressing)” yang merupakan salah satu prasyarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian. Selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini telah banyak pihak yang membantu penulis sehingga dengan segala kerendahan hati penulis ucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Ir. Sri Endah Agustina, MS, sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama penulisan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, MS dan Bapak Ir. Agus Sutejo, M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan berharga kepada penulis demi perbaikan skripsi ini. 3. Bapak dan Ibu serta Adik saya atas dukungan dan do’anya. 4. Seorang tersayang yang setia mendukung dan membantu saat pertama masuk IPB hingga dalam penyususnan skripsi ini. 5. Pa Parma selaku teknisi perbengkelan yang telah membantu membuat mesin pengempa briket ini dari awal hingga selesai. 6. Teman-teman di Zozomba : Ale boys, Sto (Iwa), Raning, Yandra, Ozan, Feri, Dodo, Gawa. 7. Keluarga besar TEP’40 dan seluruh teman-teman beserta orang-orang yang telah ikut andil dalam penyusunan laporan ini. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam penyusunan Laporan Penelitian ini. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan pihak yang memerlukan. Bogor, Januari 2008
i
Irwan Darmawan DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ................................................................................. i DAFTAR ISI ................................................................................................ ii DAFTAR TABEL ....................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ................................................................................... vi DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. viii I. PENDAHULUAN ................................................................................... 1 A. LATAR BELAKANG......................................................................... 1 B. TUJUAN PENELITIAN ..................................................................... 4 II. TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 5 A. POTENSI LIMBAH BIOMASSA SEBAGAI SUMBER ENERGI 5 B. DENSIFIKASI .................................................................................. 6 C. BRIKET BIOMASSA ....................................................................... 7 a. Pengarangan (Karbonisasi)............................................................ 11 b. Sortasi............................................................................................ 11 c. Pencampuran Bahan Briket Dengan Perekat ................................ 11 d. Pengempaan .................................................................................. 11 e. Pengeringan ................................................................................... 12 f. Pengujian Mutu Briket ................................................................... 12 D. ALAT/MESIN PENGEMPA BRIKET ............................................. 13 1. Alat Kempa Tuas (Manual)........................................................... 13 2. Alat Kempa Tipe Ulir.................................................................... 14 3. Alat Kempa Hidrolik ..................................................................... 16 E. MESIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) RANCANGAN ADI SYAFRIAN (2005) ............................................................................................... 18 F. MODIFIKASI MESIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) OLEH ENDAH MAWARTI (2006)............................................................................ 19
ii
III. METODE PENELITIAN .................................................................... 20 A. PENELITIAN PENDAHULUAN .................................................... 20 1. Waktu dan Tempat ........................................................................ 20 2. Alat dan Bahan .............................................................................. 20 B. MODIFIKASI
MESIN
PENGEMPA BRIKET
SEMI
MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) ................ 21 C. PENGUJIAN UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET HASIL MODIFIKASI .................................................................... 22 1. Parameter Pengujian.................................................................... 22 2. Metode Pengambilan Data/Pengukuran ...................................... 22 3. Alat dan Bahan ............................................................................ 24 4. Waktu dan Tempat ...................................................................... 25 5. Analisis Data ............................................................................... 25 IV. HASIL PENELITIAN PENDAHULUAN .......................................... 29 1. Analisis Fungsional ........................................................................ 29 2. Analisis Human Engineering (Aspek Ergonomika) ...................... 30 3. Analisis Kekuatan dan Stabilitas Mesin......................................... 30 V. RANCANGAN MESIN PENGEMPA BRIKET ................................. 35 A. RANCANGAN FUNGSIONAL ......................................................... 35 B. RANCANGAN STRUKTURAL ........................................................ 37 C. MODIFIKASI KONSTRUKSI DAN DIMENSI ................................ 44 VI. UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET ............................. 50 A. KINERJA KOMPONEN MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) ....................................... 51 1. Hopper ............................................................................................ 51 2. Poros Utama Mesin (mainshaft)...................................................... 52 3. Screw Housing ................................................................................ 53 4. Ulir (Screw) ..................................................................................... 53 5. Die ................................................................................................... 54 6. Poros Transmisi Daya ..................................................................... 55 7. Pillow Block .................................................................................... 55 8. Pulli dan Sabuk ............................................................................... 56
iii
9. Motor Listrik ................................................................................... 57 10. Rangka Mesin Utama dan Rangka Motor Listrik ......................... 57 B. KEBUTUHAN TENAGA PENGEMPAAN ...................................... 58 C. PENGUJIAN PENGOPERASIAN MESIN ........................................ 59 1. Kapasitas Mesin ............................................................................... 59 2. Tingkat Keberhasilan Mesin ............................................................ 60 3. Prosentase Briket Hancur ................................................................. 61 4. Teakanan Pengempaan ..................................................................... 63 5. Kebutuhan Daya Pengempaan ......................................................... 64 D. MUTU PRODUK (BRIKET) YANG DIHASILKAN ....................... 66 E. ANALISIS EKONOMI ....................................................................... 70 1. Analisis Biaya Operasional Mesin Pengempa Briket ...................... 71 a. Biaya Tetap (fixed cost)................................................................. 71 b. Biaya Tidak Tetap (variable cost)................................................. 72 VII. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 75 A. KESIMPULAN .................................................................................. 75 B. SARAN .............................................................................................. 76 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 77 LAMPIRAN-LAMPIRAN............................................................................ 79
iv
DAFTAR TABEL Tabel 1. Produksi kayu gergajian dan perkiraan jumlah limbah................... 5 Tabel 2. Potensi beberapa jenis limbah di Indonesia .................................... 6 Tabel 3. Nilai kalor limbah kayu dan kulit kayu dengan berbagai kadar air 8 Tabel 4. Perbandingan nilai kalor dari berbagai jenis bahan bakar .............. 9 Tabel 5. Data hasil pengujian pendahuluan dan rancangan. ......................... 31 Tabel 6. Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan ............................... 39 Tabel 7. Jenis pulli dan sabuk yang digunakan dalam modifikasi mesin ..... 57 Tabel 8. Hasil uji kinerja mesin pengempa briket......................................... 59 Tabel 9. Perbandingan hasil uji kinerja mesin pengempa briket .................. 66 Tabel 10. Hasil uji mutu briket campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%).................................................................................... 67 Tabel 11. Perbandingan hasil uji kinerja mesin pengempa briket ................ 68 Tabel 15. Spesifikasi motor listrik yang digunakan pada mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir ....................................................... 87 Tabel 16. Arus listrik terukur pada motor listrik sebelum bahan diisikan .... 87 Tabel 17. Arus listrik terukur pada motor listrik ketika bahan diisikan........ 87 Tabel 18. Arus listrik terukur ketika bahan diisikan pada penelitian Mawarti (2006)............................................................................... 87
v
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Pilihan alur konversi limbah biomassa........................................ 7 Gambar 2. Bagan alir proses pembuatan briket serbuk gergaji .................... 9 Gambar 3. Bagan alir proses pembuatan briket arang sekam ....................... 10 Gambar 4. Bagan alir proses
pembuatan briket campuran serbuk
gergaji dan arang sekam ............................................................. 10 Gambar 5. Alat kempa tuas di Laboratorium EEP, IPB ............................... 14 Gambar 6. Briket serbuk gergaji dan briket arang hasil pengempaan secara manual .......................................................................................... 14 Gambar 7. Skema alat kempa ulir ................................................................. 15 Gambar 8. Mesin pengempa briket yang dikembangkan oleh Asian Institute of Technology (AIT), 1984 ........................................................... 16 Gambar 9. Alat pengempa briket secara hidrolik.......................................... 17 Gambar 10. Desain mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) hasil rancangan Syafrian (2005) ...................... 18 Gambar 11. Mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) hasil modifikasi Mawarti (2006) .................................. 19 Gambar 12. Dasar perancangan mesin pengempa briket semi mekanis tipe Kempa ulir................................................................................. 21 Gambar 13. Prosedur pengujian mesin pengempa hasil modifikasi ............. 23 Gambar 14. Prosedur pengujian mutu briket yang dihasilkan ...................... 24 Gambar 15. Penjabaran fungsional mesin pengempa briket tipe kempa ulir menjadi sub-sub fungsi ............................................................. 36 Gambar 16. Sketsa dimensi hopper............................................................... 37 Gambar 17. Sketsa analisis beban yang diterima pada rangka mesin ........... 41 Gambar 18. Ulir (screw) ............................................................................... 44 Gambar 19. Screw housing hasil modifikasi ................................................ 45 Gambar 20. Rangka mesin pengempa briket ................................................ 46 Gambar 21. Sistem transmisi pulli dan sabuk ............................................... 47 Gambar 22. Diagram alir proses modifikasi mesin pengempa briket tipe kempa ulir.................................................................................. 48 Gambar 23. Rancangan modifikasi konstruksi dan dimensi mesin pengempa
vi
briket tipe kempa ulir ................................................................ 48 Gambar 24. Mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir...................... 50 Gambar 25. Hopper ....................................................................................... 52 Gambar 26. Poros utama (mainshaft)............................................................ 52 Gambar 27. Screw housing ........................................................................... 53 Gambar 28. Ulir (screw) ............................................................................... 54 Gambar 29. Die (barrel) ................................................................................ 55 Gambar 30. Poros transmisi .......................................................................... 55 Gambar 31. Pillow block............................................................................... 56 Gambar 32. Pulli dan sabuk .......................................................................... 56 Gambar 33. Motor listrik............................................................................... 57 Gambar 34. Rangka mesin dan rangka motor listrik..................................... 58 Gambar 35. Briket campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%).............................................................................. 67
vii
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Perhitungan dimensi poros utama............................................. 79 Lampiran 2. Perhitungan dimensi poros transmisi........................................ 80 Lampiran 3. Perhitungan volume dan kapasitas hopper ............................... 81 Lampiran 4. Perhitungan kebutuhan daya pengempaan ............................... 83 Lampiran 5. Perhitungan konversi kecepatan putar motor listrik ................. 86 Lampiran 6. Motor listrik .............................................................................. 87 Lampiran 7. Perhitungan bantalan (pillow block) ......................................... 88 Lampiran 8. Perhitungan pulli dan sabuk ..................................................... 90 Lampiran 9. Data dan perhitungan uji mutu briket ....................................... 91 Lampiran 10. Data dimensi mesin pengempa briket hasil modifikasi .......... 96 Lampiran 11. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian .................. 98 Lampiran 12. Pertimbangan pemilihan sabuk............................................... 99 Lampiran 13. Faktor koreksi transmisi sabuk V ........................................... 100 Lampiran 14. Sifat-sifat mekanis standar bahan logam ................................ 101 Lampiran 15. Detail mesin pengempa briket hasil modifikasi ..................... 102
viii
I. PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Akhir-akhir ini harga bahan bakar minyak dunia mencapai US$ 100 per barrel yang berdampak pada meningkatnya harga jual bahan bakar minyak di Indonesia termasuk minyak tanah. Harga minyak tanah (kerosene) yang selama ini disubsidi menjadi beban berat bagi pemerintah Indonesia karena nilai subsidinya meningkat pesat menjadi lebih dari 90 Triliun rupiah per tahun dengan penggunaan lebih kurang 10 juta kilo liter per tahun. Untuk mengurangi beban subsidi tersebut diperlukan bahan bakar alternatif yang relatif lebih murah dan mudah diperoleh. Pada awal perkembangannya kayu dan produk turunannya (arang) adalah sumber bahan bakar yang banyak digunakan di sektor rumah tangga dan industri kecil karena mudah diperoleh dan sederhana penggunannya. Namun seiring berkembangnya teknologi, peranan kayu sebagai bahan bakar mulai menurun terutama di kota-kota besar. Saat ini sebagian besar penduduk di perkotaan menggunakan minyak dan gas bumi sebagai bahan bakar untuk memasak, sedangkan penduduk di pedesaan sebagian besar masih menggunakan kayu dan limbah biomassa sebagai bahan bakar. Bila ditinjau dari keberadaannya, bahan bakar biomassa (kayu, limbah pertanian, dll) memiliki keunggulan yang sangat menonjol dibandingkan dengan bahan bakar minyak dan gas bumi yaitu sifatnya yang dapat diperbaharui dalam waktu yang lebih cepat (renewable) dan berkesinambungan (sustainable). Serbuk gergaji adalah limbah padat yang dihasilkan oleh industri penggergajian kayu. Hampir seluruh limbah serbuk gergaji yang dihasilkan oleh industri perkayuan belum dimanfaatkan. Hanya sebagian kecil industri perkayuan berskala besar saja yang telah memanfaatkan serbuk gergaji sebagai sumber energi pembangkit tenaga uap untuk keperluan industrinya. Limbah serbuk gergaji yang dihasilkan biasanya hanya dibuang pada suatu tempat disekitar lingkungan industri sampai membentuk timbunan limbah yang cukup tinggi dan dibiarkan begitu saja. Hal ini dikhawatirkan apabila terus dibiarkan dapat menimbulkan masalah pencemaran bagi lingkungan, terutama bagi penduduk yang berada di
1
sekitar industri penggergajian. Limbah industri penggergajian dan kayu lapis pada tahun 1982 bila dikonversi menjadi briket arang akan menghasilkan energi tambahan sebesar 63401 TCA (Ton Coal Equivalent). Hal ini menunjukan bahwa limbah industri penggergajian (serbuk gergaji) cukup potensial digunakan sebagai sumber energi yakni sebagai bahan baku pembuatan briket arang (Syachri, 1983) Indonesia adalah negara agraris dengan makanan pokok beras. Sekam padi sebagai salah satu limbah produksi beras dapat diperoleh dalam jumlah sangat banyak (berlimpah) di daerah-daerah penghasil beras. Sekam padi sudah dikenal dapat digunakan sebagai salah satu bahan bakar yang cukup potensial, tetapi mempunyai kelemahan kandungan nilai kalor rendah (dibandingkan kayu) dan menimbulkan asap pada saat dibakar. Arang sekam adalah sekam padi yang telah mengalami proses pengarangan. Tujuan dari pengarangan sekam padi adalah untuk meningkatkan nilai kalor, mempermudah penanganan menjadi bahan bakar, mengurangi asap pembakaran, serta mempermudah penyimpanan. Sekam yang diarangkan memilki kadar air yang lebih rendah dan memilki berat yang lebih ringan dibandingkan dengan sekam sebelum diarangkan. Limbah biomassa dapat langsung digunakan sebagai bahan bakar, dikonversi terlebih dahulu menjadi arang, atau dikempa terlebih dahulu menjadi briket. Tujuan pengempaan adalah memperoleh kualitas pembakaran yang lebih baik dan kemudahan dalam penggunaan serta penanganannya. Pada proses pembuatan briket biomassa diperlukan suatu alat pengempa yang dapat memberikan tekanan sehingga membentuk biomassa menjadi bahan bakar padat (briket). Beberapa alat pengempa briket telah dikembangkan di Indonesia dengan tujuan untuk meningkatkankan produktifitas pembuatan briket. Salah satunya yaitu mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) yang berada di Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Alat ini dirancang oleh Syafrian pada tahun 2005 dengan memanfaatkan tenaga manusia sebagai sumber energi untuk mengempa dan mendorong briket. Pada awalnya mesin ini menggunakan bahan briket dari serbuk gergaji, namun karena terlalu besarnya tenaga pengempaan, maka bahan yang digunakan diganti dengan menggunakan arang sekam sebagai bahan briket. Mesin ini memiliki beberapa kekurangan
2
diantaranya besarnya kebutuhan tenaga pengempaan, produktifitas kecil, dan kurang ergonomisnya mesin. Kemudian pada tahun 2006, mesin pengempa semi mekanis tipe kempa ulir tersebut disempurnakan oleh Endah Mawarti untuk meningkatkan efisiensi dan kinerja dari mesin pengempa semi mekanis tipe kempa ulir tersebut. Namun setelah dilakukannya penyempurnaan masih terdapat kekurangan diantaranya adalah mekanisme pengumpanan bahan briket dari hopper ke dalam screw housing; mekanisme pemotongan briket; dan kurang stabilnya rangka mesin. Untuk itu perlu dilakukan penyempurnaan desain mesin pengempa mekanis tipe kempa ulir tersebut sehingga mampu menghasilkan kinerja yang lebih baik, aman dalam pengoperasiannya serta dapat digunakan untuk bahan baku briket yang berbeda, misalnya serbuk gergaji atau limbah biomassa lain seperti limbah biji jarak yang banyak diolah untuk pembuatan biofuel.
3
B. TUJUAN Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Melakukan modifikasi terhadap mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi Endah Mawarti (2006) sehingga memiliki kinerja yang lebih baik. 2. Menguji unjuk kerja mesin hasil modifikasi dengan menggunakan serbuk gergaji,
arang sekam, dan campuran serbuk gegaji dan arang sekam
sebagai bahan briket. 3. Menguji mutu briket serbuk gergaji, arang sekam, dan campuran antara sebuk gergaji dan arang sekam yang dihasilkan. 4. Melakukan analisis ekonomi terhadap mesin penegempa briket dan briket yang dihasilkan.
4
II. TINJAUAN PUSTAKA A. POTENSI LIMBAH BIOMASSA SEBAGAI SUMBER ENERGI Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian dan limbah hutan, tinja, dan kotoran ternak (Abdullah, et al. 1991). Energi biomassa merupakan sumber energi alternatif yang perlu mendapat prioritas dalam pengembangannya di Indonesia dibandingkan dengan sumber energi lain. Hal tersebut karena Indonesia sebagai negara agraris banyak menghasilkan limbah pertanian yang sampai dengan saat ini belum dimanfaatkan dengan optimal. Dengan demikian limbah pertanian yang merupakan biomassa tersebut merupakan sumber energi alternatif yang sangat potensial di Indonesia. Biomassa sebagai sumber energi di Indonesia umumnya diperoleh dari areal hutan (limbah, tebangan, patahan cabang dan ranting, serta tumbuhan bawah tanaman pokok pada hutan produksi tetap), pertanian (limbah pertanian), perkebunan (pohon/tanaman yang diremajakan, limbah pasca panen dan limbah pengolahan), areal pemukiman (pohon, tanaman kayu, tinja, dan sampah), peternakan (kotoran ternak) dan limbah dari beberapa janis industri (Riseanggara, 2007). Tabel 1 menyajikan produksi kayu gergajian dan perkiraan jumlah limbah dan Tabel 2 menyajikan potensi beberapa jenis limbah di Indonesia. Tabel 1. Produksi kayu gergajian dan perkiraan jumlah limbah Tahun
Produksi kayu 3
gergajian (m )
Produksi limbah 3
50% (m )
Serbuk
Sebetan
gergaji
3
25% (m )
3
Potongan ujung 10% (m3)
15% (m )
2001
674.868
337.434,0
50.615,1
84.358,5
33.743,4
2002
623.495
311.747,5
46.762,1
77.936,8
31.174,7
2003
762.604
381.302,0
57.195,3
95.325,5
38.130,2
2004
432.967
216.483,5
32.472,5
54.120,8
21.648,3
2005
1.471.614
735.807,0
110.371,0
183.951,7
73.580,7
Sumber : Departemen Kehutanan (2005) 5
Tabel 2. Potensi beberapa jenis limbah di Indonesia No
Komoditi/produk
Tipe limbah biomassa
Potensi limbah
1
Padi (gabah)
Batang padi
5000 kg/ton gabah
2
Beras
Sekam padi
280 kg/ton gabah
3
CPO
Pelepah daun
24.84 ton/Ha
4
CPO
Tandan kosong (FEB)
200 kg/ton FFB
5
CPO
Serat dan cangkang
420 kg/ton CPO
6
CPO
Kayu (replanting)
74.5 ton/Ha replanting
7
CPO
Lumpur sawit
NA
8
Jagung
Bonggol jagung
NA
9
Ubi kayu
Batang pohon
800 kg/ton ubi kayu
10
Gula tebu
Bagas
280 kg/ton gula
11
Kayu
Serbuk gergaji
NA
12
Kelapa
Serat
280 kg/ton kelapa
13
Kelapa
Batok kelapa
150 kg/ton kelapa
14
Karet
Kayu (peremajaan)
1500 m3/ Ha peremajaan
15
Kakao
Kulit buah kakao
NA
16
Kopi
Daging buah & kulit kopi
NA
17
Minyak jarak
Kulit/daging buah
NA
18
Minyak jarak
Cangkang buah
NA
19
Minyak jarak
Getah
NA
20
Minyak jarak
Ampas jarak
700 kg/ton biji jarak
Sumber : Agustina, 2006 dalam Riseanggara, 2007 B. DENSIFIKASI Beberapa alternatif jalur konversi yang dapat dilakukan
dalam
pemanfaatan biomassa sebagai sumber energi dapat dilihat pada Gambar 1.
6
Mikrobiologis
Gas
Engine/motor
Generator
Turbin
Gasifikasi Biomassa/Limbah Biomassa
Energi listrik
Energi mekanik Pirolisis
Arang Tungku/Kompor
Pembakaran langsung
Densifikasi
Tar Energi panas Bahan bakar padatan
Boiler
Uap
Engine/Turbin Uap
(Sumber : Agustina, 2006 dalam Riseanggara, 2007) Gambar 1. Pilihan alur konversi limbah biomassa Berdasarkan pada Gambar 1, dijelaskan bahwa biomassa/limbah biomassa dapat dikonversi menjadi energi listrik, energi mekanik, dan energi panas dengan berbagai alur konversi. Pada bagian alur yang berwarna merupakan alur konversi untuk memperoleh energi dengan memanfaatkan limbah biomassa yang telah didensifikasikan (briket) terlebih dahulu. Menurut Abdullah, dkk (1991) densifikasi atau pengempaan dimaksudkan sebagai salah satu cara untuk memperbaiki sifat suatu bahan agar mudah dalam penanganan maupun penggunaannya.dalam proses ini bahan baku yang digunakan adalah bahan yang ukuran partikelnya kecil, berbentuk serbuk atau yang berbentuk lainnya yang dalam penggunaan sebagai bahan bakar kurang disukai atau sulit dalam penanganannya. Sebagai contoh adalah serbuk gergaji, sekam, rumput dan daun-daunan, bagase, dan lain sebagainya. Dalam proses ini, bahan biomassa atau limbah biomassa dikempa dengan tekanan tertentu sehingga menghasilkan bentuk dengan tekanan yang dikehendaki. C. BRIKET BIOMASSA Pada Tabel 1 disebutkan bahwa potensi limbah di Indonesia begitu melimpah, sehingga diperlukan teknologi untuk mengubah limbah tersebut menjadi energi yang bisa dimanfaatkan. Salah satunya adalah dengan pembuatan
7
briket dengan memanfaatkan serbuk gergaji dan arang sekam sebagai bahan pembuatan briket. Serbuk gergaji adalah limbah padat yang dihasilkan oleh industri penggergajian kayu. Volume limbah sekitar 50% dari jumlah produksi kayu gergajian dengan komposisi 15% berupa serbuk gergaji, 25% sebetan, dan 10% potongan ujung (Departemen Kehutanan, 1984). Serbuk gergajian kayu dapat digunakan untuk berbagai keperluan, diantaranya adalah sebagai media tanam tanaman jamur, digunakan sebagai campuran pupuk organik dan untuk keperluan bahan bakar dibuatlah briket untuk lebih memudahkan dalam penanganan maupun penggunaannya. Untuk mengetahui nilai kalor dari limbah kayu dan kulit kayu, dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai kalor limbah kayu dan kulit kayu dengan berbagai kadar air Produk
Kadar Air (%)
Nilai kalori (MJ/kg)
Bubuk kayu (papan)
8
17.9
Bubuk kayu (kayu padat)
12
16.6
Serbuk gergaji (papan)
10
17.6
Serbuk gergaji (kayu padat)
15
15.9
Serutan kayu (shaving)
15
15.9
Kepingan kayu (wood chip)
15
15.9
Balak kering-udara
20
15.3
Balak basah
60
10.7
Kulit kayu
60
10.5
Sumber : Phillip, 1980 dalam Nuryadin Budiman,1990 Briket arang adalah arang yang dirubah bentuk, ukuran dan kerapatannya menjadi produk yang lebih efisien dalam penggunaannya sebagai bahan bakar (Hartoyo, 1983). Tujuan dari pengarangan adalah untuk meningkatkan nilai kalor, mempermudah penanganan menjadi bahan bakar, mengurangi asap pembakaran, serta mempermudah penyimpanan. sekam yang diarangkan memiliki kadar air yang lebih rendah dan memiliki berat yang lebih ringan dibandingkan dengan sekam sebelum diarangkan. Arang sekam mempunyai nilai kalor sebesar 6198,99
8
kkal/kg (Djeni Hendra dan Saptadi Darmawan, 2000). Sebagai perbandingan, Tabel 4 menyajikan perbandingan nilai kalor dari berbagai jenis bahan bakar. Tabel 4. Perbandingan Nilai Kalor dari berbagai jenis bahan bakar Jenis Bahan Nilai Kalor (kKal / kg) Kayu 4530 – 5000 Arang 6900 – 7160 Arang Briket 7000 Batubara 6680 – 7880 Ampas Arang 6680 – 7160 Fuel Oil 10030 – 10510 Kerosine 10990 Sumber : Hemprey dan Ironside (1974) dalam Ani Suryani 1986 Menurut Abdullah, dkk (1991) pengarangan dilakukan didalam tungku, tanur, atau retort dengan mengunakan panas langsung ataupun panas tidak langsung untuk merombak zat yang ada di dalam biomassa atau limbah biomassa sehingga didapatkan arang. Ada beberapa tahapan utama dalam proses pembuatan briket serbuk gergaji. Tahapan-tahapan tersebut adalah sortasi, pencampuran serbuk gergaji dengan perekat, pengempaan, dan pengeringan. Bagan alir mengenai proses pembuatan briket serbuk gergaji disajikan pada Gambar 2. Proses pembuatan briket dengan bahan arang sekam dan canpuran serbuk gergaji dan arang sekam tidak jauh berbeda dengan proses pembuatan briket dari bahan serbuk gergaji. Bagan alir mengenai proses pembuatan briket arang sekam disajikan pada Gambar 3 sedangkan proses pembuatan briket dengan bahan campuran serbuk gergaji dan arang sekam disajikan pada Gambar 4. Serbuk Gergaji Bahan Perekat
Sortasi
Sebuk Gergaji murni Pencampuran
Pengempaan Briket Serbuk Gergaji
Pengeringan
Gambar 2. Bagan alir proses pembuatan briket serbuk gergaji 9
Arang sekam
Sortasi
Bahan Perekat
Sebuk Arang murni Pencampuran Pengempaan
Briket Arang sekam
Pengeringan
Gambar 3. Bagan alir proses pembuatan briket arang sekam
Serbuk Gergaji
Sortasi Pencampuran Bahan briket
Arang sekam
Sortasi Bahan Perekat
Pencampuran
Pengempaan Briket Serbuk Gergaji Dan Arang Sekam
Pengeringan
Gambar 4. Bagan alir proses pembuatan briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam Keterangan : = Masukan = Proses = Hasil
10
a. Pengarangan (karbonisasi) Pengarangan (karbonisasi) adalah proses perombakan biomassa atau limbah biomassa dengan menggunakan panas langsung atau tidak langsung sehingga didapatkan arang b. Sortasi Sortasi dilakukan untuk memisahkan benda asing yang ada didalam bahan pembuat briket untuk memperoleh keseragaman briket yang dihasilkan c. Pencampuran Bahan Briket dengan Perekat Perekat adalah suatu bahan yang mampu menggabungkan bahan dengan cara perpautan antara permukaan yang dapat diterangkan dengan prinsip kohesi dan adhesi. Tujuan pemberian perekat (bahan pengikat) adalah untuk memberikan lapisan tipis dari perekat pada permukaan briket arang serbuk gergaji sebagai upaya memperbaiki konsistensi atau kerapatan dari briket yang dihasilkan. Menurut Abdullah dkk (1991), terdapat dua macam perekat yang biasa digunakan dalam pembuatan briket yaitu perekat yang berasap (tar, molase, dan pitch) dan perekat yang tidak berasap (pati dan dekstrin tepung beras). Faktor-faktor yang mempengaruhi perekatan antara lain adalah sifat bahan baku dan besarnya tekanan yang diberikan pada saat proses pengempaan (Brown et al. dalam Yulistina, 2001). Dengan pemakaian perekat maka tekanan pengempaan yang diperlukan akan jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan briket tanpa pemakain bahan perekat (Boedjang dalam Yulistina, 2001). d. Pengempaan Menurut Knight (1952) dalam Yulistina (2001), tekanan pengempaan dilakukan untuk menciptakan kontak antara permukaan bahan yang direkat dengan bahan perekat. Setelah perekat dicampurkan dan tekanan mulai diberikan maka perekat yang masih dalam keadan cair akan mulai mengalir membagi diri dipermukaan bahan. Perekat akan terus mngalir selama masih berbentuk cairan dan mendapatkan tekanan yang cukup besar pada saat yang tepat. Pada saat yang bersamaan dengan terjadinya aliran maka perekat juga mengalami perpindahan dari permukaan yang diberi perekat ke permukaan yang belum terkena perekat (Marra, 1951 dalam Ani Suryani, 1986).
11
Perbedaan tekanan berpengaruh terhadap keteguhan tekan dan kerapatan arang briket. Hartoyo et al. (1978) menyatakan bahwa pada umumnya semakin tinggi tekanan yang diberikan akan memberikan kecenderungan menghasilkan arang briket dengan kerapatan dan keteguhan tekan yang semakin tinggi pula. Tekanan pengempaan akan menentukan porositas briket yang dihasilkan. Briket yang terlalu padat akan sulit terbakar, akan tetapi briket yang kurang padat akan cepat terbakar habis, mudah hancur, dan banyak menghasilkan percikan bara yang kurang disukai (Abdullah dkk., 1991) e. Pengeringan Tujuan dari pengeringan adalah agar briket yang dihasilkan menjadi kering atau kadar airnya dapat disesuaikan dengan ketentuan kadar air arang briket yang berlaku. Pengeringan dapat dilakukan dengan cara pengeringan dengan menggunakan oven atau penjemuran langsung dibawah sinar matahari. Suhu dan waktu pengeringan yang digunakan dalam pembuatan briket tergantung dari jumlah kadar air campuran dan macam pengering. Pada umumnya pengeringan dilakukan pada suhu 60 0C selama 24 jam. f. Pengujian Mutu Briket Menurut Wardi (1969) dalam Ani Suryani (1986) menyatakan bahwa arang yang bermutu baik harus mempunyai persyaratan sebagai berikut : 1. Warna hitam dengan nyala kebiruan 2. Mengkilat pada pecahannya 3. Tidak mengotori tangan 4. Terbakar tanpa asap, tidak memercik dan tidak berbau 5. Dapat menyala terus dengan tidak dikipasi 6. Tidak terlalu cepat terbakar 7. Berdenting seperti logam Sedangkan menurut Millstein dan Morkved dalam Ani Suryani (1986) menyatakan persyaratan arang briket yang baik adalah sebagai berikut : 1. Bersih, tidak berdebu dan berbau 2. Mempunyai kekerasan yang merata 3. kadar abu serendah mungkin 4. Nilai kalor sepadan dengan bahan bakar lain 12
5. Menyala dengan baik dan memberikan panas secara merata 6. Harganya dapat bersaing dengan bahan bakar lain Pengujian mutu briket serbuk gergaji, arang sekam dan campuran antara serbuk gergaji dan arang sekam pada prinsipnya sama dengan pengujian mutu briket arang sekam pada mata kuliah Energi dan Listrik Pertanaian di Deparetemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, yang mencakup : -
Nilai kalor briket hasil pengempaan.
-
Kadar air
-
Berat jenis
-
Ketahanan beban
-
Laju pembakaran
D. ALAT/MESIN PENGEMPA BRIKET Beberapa alat dan mesin mesin pengempa briket telah dipergunakan, baik yang manual maupun yang telah mempergunakan mesin sebagai sumber tenaga. diantaranya adalah alat kempa tuas (manual), alat kempa tipe ulir dan alat kempa hidrolik. 1. Alat Kempa Tuas (manual) Sesuai jenisnya, alat ini bekerja secara manual dengan menggunakan tenaga manusia sehingga kerapatan briket yang dihasilkan berbeda-beda tergantung dari tekanan yang diberikan. Alat ini berupa batang yang tegar, lurus dan bekerja dengan prinsip kempa (press) secara manual. Kapasitas produksi dari alat ini relatif rendah yaitu 3 kg/jam (Suandi dkk. dalam Syafrian, 2005) sehingga alat ini cocok untuk digunakan pada skala industri rumah tangga. Alat ini juga terdapat di Laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian (EEP), Departemen Teknik Pertanian, IPB (Gambar 5). Briket hasil dari pengempaan secara manual disajikan pada Gambar 6.
13
Gambar 5. Alat kempa tuas (manual) di Labolatorium EEP, IPB
(a)
(b)
Gambar 6. Briket serbuk gergaji (a) dan briket arang (b) hasil pengempaan secara manual. 2. Alat Kempa Tipe Ulir Pengempaan cara ini sering disebut sebagai expeller-pressing atau screwpressing atau kempa ulir. Alat ini berupa silinder panjang, yang didalamnya terdapat ruang-ruang kempa (press chamber). Di dalam ruang kempa terdapat sumbu berbentuk konus yang dapat berputar. Pada sumbu seolah-olah terdapat lingkaran sekrup. Gambar 7 menyajikan skema alat kempa ulir (Kartika, 1994)
14
Sumber : Kartika, 1994 Keterangan : 1. Sumbu utama
g1. Roda bergigi
2. Kamar kempa
g2, g3, g4. Roda-roda bergigi
3. sekrup Pembawa
g4. Roda gila
4. Voor-cind
g5. Roda payung
5. Potongan sekrup 6. Konis 7. Ring Gambar 7. Skema alat kempa ulir Prinsip kerja alat ini menyerupai prinsip kerja ekstruder, dimana bahan dimasukan kedalam bagian pengisi. Pada tahap ini udara didorong keluar dan bahan dimampatkan hingga masif dan mengisi seluruh ruangan antara screw dan barrel. Kemudian bahan tersebut didorong kedalam bagian kompresi. Di tempat ini bahan mendapat tekanan cukup tinggi. Tekanan timbul karena terjadi penyempitan ruangan, akibat dari penyempitan ruangan tersebut terjadi energi mekanis dan gaya geser terhadap bahan semakin meningkat. Keadaan tesebut mengakibatkan suhu bahan meningkat dan di bagian dalam alat pemanasan terjadi kecepatan geser (shear rate) sangat tinggi yang akan disertai dengan kenaikan suhu secara cepat. Suhu mencapai maksimal sebelum bahan disemprotkan melalui lubang-lubang kecil atau lubang pelepas di ujung selubung (die). Asian Institute of Technology (AIT), Thailand telah mengembangkan mesin pengempa briket jenis ulir (screw pressing) dengan menggunakan sumber tenaga motor listrik dan motor diesel (Gambar 8). 15
(a). Menggunakan motor listrik
(b). Menggunakan motor diesel Gambar 8. Mesin pengempa briket yang dikembangkan oleh Asian Institute of Technology (AIT, 1984). 3. Alat Kempa Hidrolik Pengempaan hidrolik umumnya digunakan untuk pengempaan penuh. Pengempa hidrolik ini terdiri dari dua bagian yaitu bagian pompa hidrolik (hydraulic pump) dan ruang kempa (chamber press). Beberapa alat kempa hidrolik dapat dilihat pada Gambar 9.
16
(a) Pengempa briket yang dikembangkan oleh Kementrian Riset dan Teknologi Indonesia
(b) Pengempa briket yang dikembangkan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia Gambar 9. Alat pengempa briket secara hidrolik E. MESIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) RANCANGAN ADI SYAFRIAN (2005)
17
Mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir yang dirancang oleh syafrian tahun 2005 merupakan pengembangan dari mesin pengempa briket buatan Asian Institute of Technology, Thailand. Mesin ini mempunyai kapasitas produksi sebesar 9.525 kg/jam dengan tingkat keberhasilan mesin sebesar 80%, prosentase briket hancur yang dihasilkan sebesar 19.97% dan membutuhkan daya pengempaan sebesar 4.7 kkal/menit (0.33 kWatt). Gambar 10 menyajikan mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir hasil rancangan Adi Syafrian tahun 2005.
Gambar 10. Desain mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) hasil rancangan Syafrian (2005). F. MODIFIKASI MESIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) OLEH ENDAH MAWARTI (2006) Mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi oleh Endah Mawarti tidak jauh berbeda dengan rancangan Adi Syafrian, dilihat dari bentuk dan fungsi dari mesin tersebut. Namun setelah dimodifikasi, mesin ini memiliki kelebihan dari segi efisiensi tenaga pengempa dan
produktifitas briket yang
dihasilkan, serta dari segi kenyaman dan keamanan dalam penggunaannya. Kapasitas produksi yang dihasilkan sebesar 32.93 kg briket basah/kg dan 17.265 kg briket kering/jam, tingkat keberhasilan mesin 97.58%, prosentase briket hancur
18
sebesar 2.475%, kebutuhan daya pengempaan 10.6734 Watt jam/kg briket, dan tekanan pengempaan yang dihasilkan sebesar 3.39 kPa. Gambar 11 menyajikan mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi Endah Mawarti, 2006.
Gambar 11. Mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) hasil modifikasi Endah Mawarti (2006)
19
III. METODE PENELITIAN Penelitian modifikasi mesin pengempa briket mekanis ini terbagi dalam tiga bagian yaitu penelitian pendahuluan, modifikasi mesin, dan uji unjuk kerja mesin pengempa briket hasil modifikasi. Penelitian pendahuluan bertujuan untuk mengamati secara langsung unjuk kerja mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir yang telah dirancang oleh Mawarti. Data yang ingin diperoleh dari penelitian pendahuluan adalah data dimensi mesin, berat masing-masing komponen dan berat mesin secara keseluruhan, serta produktivitas mesin. Data yang diperoleh kemudian digunakan sebagai bahan pertimbangan modifikasi mesin pengempa briket tersebut. A. PENELITIAN PENDAHULUAN 1. Waktu dan Tempat Penelitian pendahuluan dilaksanakan pada bulan September 2007 bertempat di Bengkel Metatron, Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. 2. Alat dan Bahan a. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian pendahuluan adalah : - Mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) - Tachometer digital untuk mengukur kecepatan putaran puli - Alat ukur panjang (meteran) - Timbangan digital - peralatan bengkel : kunci pas, kunci ring, tang - Alat tulis - stopwatch - Pisau pemotong briket, wadah, dan baki b. Bahan Bahan yang digunakan yaitu arang sekam dengan kadar perekat 5%. Kadar perekat 5% dipilih karena penelitian sebelumnya menggunakan kadar perekat 5% juga.
20
B. MODIFIKASI MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) Proses modifikasi mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir ini dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu perancangan modifikasi mesin berdasarkan pada penelitian pendahuluan yaitu rangka mesin, screw housing, poros utama mesin, ulir (screw), dan die (barrel); modifikasi bagian-bagian mesin; dan perakitan komponen-komponen mesin menjadi satu bagian. Dari data hasil penelitian pendahuluan dilakukan analisis fungsional, analisis human engineering (aspek ergonomika) dan analisis kekuatan dan stabilitas mesin. Hasil analisis merupakan data awal untuk melakukan modifikasi pada bagian komponen mesin. Gambar 12 menyajikan dasar rancangan mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir.
Keterangan : 1. Motor 6. Puli 3 11. Ulir (screw) 2. Bearing 7. Pulli 4 12. Die (barrel) 3. Pulli 1 8. Poros 13. Rangka mesin 4. Belt 9. Bearing housing 14. Screw housing 5. Pulli 2 10. Hopper Gambar 12. Dasar perancangan mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir.
21
C. PENGUJIAN UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET HASIL MODIFIKASI 1. Parameter Pengujian Pengujian mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi dilakukan dalam dua bagian, yaitu uji unjuk kerja mesin pengempa briket hasil modifikasi dan uji mutu briket yang dihasilkan. 1.1 Uji Unjuk Kerja Mesin Pengempa Briket: Parameter yang didapatkan dalam uji kinerja mesin pengempa briket yang telah dimodifikasi adalah : a). kapasitas pengempaan mesin, yaitu banyaknya briket yang dihasilkan dalam satuan waktu dalam hal ini yaitu kg/jam. b). besarnya tekanan pengempaan, yaitu dihitung berdasarkan kebutuhan tenaga pengempaan. c). kebutuhan daya pengempaan, yaitu besarnya gaya gesekan untuk mengempa bahan dikalikan dengan kecepatan translasi bahan yang dikempa. d). Tingkat keberhasilan mesin, dihitung dengan cara mengurangkan persentase briket hancur terhadap jumlah total briket yang dihasilkan. Briket dikatakan berhasil apabila bentuknya silinder dan padat, sedangkan briket dianggap hancur apabila tidak memiliki sifat seperti briket dengan bentuk silinder dan padat. 1.2. Uji Mutu Briket Yang Dihasilkan Parameter uji mutu briket yang dihasilkan meliputi kerapatan
briket,
ketahanan briket terhadap pembebanan, penampakan permukaan briket dan laju pembakaran briket yang dihasilkan. Pengujian kadar air dan nilai kalor bertujuan untuk mengetahui keadaan bahan yang digunakan, tetapi tidak terkait dengan kinerja mesin. 2. Metode Pengambilan Data/Pengukuran Uji unjuk kerja mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi dilakukan terhadap bahan serbuk gergaji dan arang sekam serta campuran antara serbuk gergaji dan arang sekam, kadar perekat yang digunakan sebesar 5%. Pengujian diawali dengan bahan serbuk gergaji kemudian arang sekam dan terakhir dengan bahan campuan antara serbuk gergaji dan arang sekam yaitu
22
dengan mencampur bahan briket dengan bahan perekat yang terbuat dari tepung tapioka. Setelah bahan briket dan bahan perekat tercampur, kemudian dilakukan pengempaan dengan menggunakan mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi. Pengujian dilakukan selama bahan briket didalam hopper masih ada, setelah seluruh bahan habis terkempa, dilakukan pencatatan pada briket yang dihasilkan untuk menentukan kapasitas pengempaan mesin. Prosedur pengujian mesin pengempa hasil modifikasi disajikan dalam Gambar 13. Uji mutu briket yang dihasilkan dilakukan setelah pengeringan briket selama 3 x 24 jam berturut-turut. Pengeringan briket dilakukan dalam oven pengering dengan suhu rata-rata 51 0C dan terletak di laboratorium Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Fateta, IPB. Prosedur pengujian mutu briket yang dihasilkan disajikan dalam Gambar 14.
MULAI
Penimbangan bahan dan perekat
Masukan bahan briket kedalam hopper
Nyalakan mesin pengempa briket
Pengempaan bahan briket dengan menggunakan mesin pengempa briket hasil modifikasi. Pengujian meliputi berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan briket, stabilitas dan ketahanan mesin Data primer yang didapat: -Putaran masing-masing puli -Waktu/lama pengempaan - Arus dan tegangan
Selesai
Pencampuran bahan dan perekat
Matikan mesin pengempa briket
Pencatatan data setelah proses pengempaan selesai : -Berat briket yang dihasilkan -Berat briket hancur -Penampakan permukaan briket yang dihasilkan
Gambar 13. Prosedur Pengujian Mesin Pengempa Hasil Modifikasi
23
Penimbangan Briket kering
Mulai
Uji pembakaran briket yang dihasilkan. Pengamatan dan pencatatan data saat uji pembakaran : - Berat briket yang akan di bakar - Waktu pembakaran briket - Asap yang ditimbulkan dari proses pembakaran
Pengukuran kerapatan (densitas) briket
Pengukuran ketahanan Briket terhadap pembebanan
Selesai Gambar 14. Prosedur Pengujian Mutu Briket Yang Dihasilkan 3.Alat dan Bahan a. Alat Alat yang digunakan dalam penelitian yaitu : - Mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) hasil modifikasi - Tachometer digital untuk mengukur kecepatan putaran puli - Alat ukur panjang (meteran) - Timbangan digital - peralatan bengkel : kunci pas, kunci ring, tang, dll - Alat tulis - Kamera digital - stopwatch - Pisau pemotong briket, wadah, dan baki - Adiabatic Bomb Calorimeter tipe OSK NENKEN untuk mengukur besarnya nilai kalor yang terkandung dalam briket - Drying oven untuk mengukur besarnya kadar air yang terkandung dalam briket.
24
b. Bahan Bahan yang digunakan yaitu serbuk gergaji dan arang sekam dengan kadar perekat 5%. 4. Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan pada bulan Oktober 2007 sampai bulan Nopember 2007 bertempat di Bengkel Metraton, Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. 5. Analisis Data Analisis data dilakukan dengan pengukuran dimensi mesin dan perhitungan terhadap briket yang dihasilkan. Kapasitas pengempaan mesin, besarnya tekanan pengempaan, kebutuhan daya pengempaan, prosentase briket padat dan briket hancur yang dihasilkan dan lama penggunaan mesin/hari serta tingkat keberhasilan mesin merupakan data primer yang diambil. Hasil tersebut akan dibandingkan dengan penelitian sebelumnya dengan menggunakan data sekunder yang telah ada. a. Kapasitas pengempaan mesin Kapasitas pengempaan mesin adalah lamanya waktu pengempaan untuk menghasilkan briket sebanyak 1 kg. Dapat dihitung dengan persamaan berikut:
K=
......................................................................................................................1)
dimana :
M = Jumlah briket yang dihasilkan (kg) K = Kapasitas mesin (kg/jam) t = waktu pengempaan (detik)
b. Besarnya tekanan pengempaan Besarnya tekanan pengempaan yaitu dihitung berdasarkan kebutuhan tenaga pengempaan, hal ini dipengaruhi oleh luas penampang die sebagai tempat utama dilakukannya pengempaan. Dapat dihitung dengan persamaan :
25
Tp = .......................................................................................................................2) Dimana :
Tp = Tenanan Pengempaan (Pa) F = Gaya untuk mengempa (N) A = Luas penampang die (m2)
c. Kebutuhan daya pengempaan Kebutuhan daya pengempaan dapat dihitung dengan persamaan berikut : D = Fg x V..............................................................................................................3) Dimana :
D = besarnya daya pengempaan (Nm/detik) Fg = Gaya gesek untuk mengempa bahan (N) V = Kecepatan translasi bahan yang dikempa (m/detik)
d. Tingkat keberhasilan mesin Tingkat keberhasilan mesin dihitung dengan cara mengurangkan perbandingan briket hancur dan briket total yang dihasilkan dengan 100%. Dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Bh =
Mb =
Dimana :
...................................................................................................4)
- Bh ...................................................................................................5) Mb = Tingkat keberhasilan mesin (%) Wh = Berat briket hancur (kg) Wt = Berat briket total (kg) Bh = Prosentase briket hancur (%)
26
e. Kadar air Kadar air bais basah, yaitu besarnya air yang dikandung oleh suatu bahan dibandingkan dengan massa total partikel dari bahan tersebut. Prinsip dari pengukuran kadar air ini adalah menguapkan bagian air bebas yang terdapat dalam briket arang sampai terjadi keseimbangan kadar air dengan udara di sekitarnya dengan memakai energi panas. Perhitungan kadar air basis basah menggunakan rumus sebagai berikut :
Kadar air (bb) = dimana :
ΜΑ − ΜΒ Χ100%...................................................................6) ΜΑ
MA = massa contoh sebelum dikeringkan dalam oven (gram) MB = massa contoh setelah dikeringkan dalam oven (gram)
f. Kerapatan (densitas) Berat jenis suatu bahan pada prinsipnya adalah perbandingan antara massa suatu bahan dengan volumenya, yang didefinisikan sebagai berikut :
ρ=
Μ ................................................................................................................7) V
dimana :
ρ = Kerapatan (gram/cm3) M = Massa briket (gram) V = Volume briket (cm3)
g. Laju pembakaran Prinsip yang digunakan adalah untuk mengetahui berat briket terbakar habis per satuan waktu. Semakin cepat atau semakin lambat suatu briket dapat terbakar menunjukan bahwa tersebut kurang bagus. Laju pembakaran dinyatakan dengan persamaan berikut :
27
V=
Μt .....................................................................................................................8) t
dimana :
V = Laju pembakaran briket (gram/menit) Mt = Massa briket yang terbakar (gram) t
= Waktu pembakaran (menit)
h. Nilai kalor Nilai kalor suatu bahan bakar biomassa yang umumnya digunakan sebagai patokan adalah nilai kalor bahan pada tingkat rendah (Low Heating Value = LHV) yang biasa diperoleh antara lain dengan cara pengukuran menggunakan alat Bomb Calorimeter (Abdullah dkk., 1991). Besarnya nilai kalor suatu bahan dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : NK =
∆t ( N a + m a ) x 4.186...................................................................................9) mbb
dimana :
NK = Nilai kalor bahan (J/gram)
∆t = Perbedaan suhu rata-rata didalam bejana sebelum dan sesudah pembakaran (0C) Na
= Nilai ekivalen air (kal/gram)
ma
= Massa air dalam bejana (gram)
mbb = Massa bahan bakar (gram)
28
BAB IV. HASIL PENELITIAN PENDAHULUAN Berdasarkan hasil pengujian pada penelitian pendahuluan dilakukan dengan menggunakan bahan arang sekam dan perekat sebesar 5%. Diperoleh kesimpulan bahwa diperlukan beberapa perubahan desain struktur pada mesin pengempa mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi Endah Mawarti tersebut guna mengoptimalkan kinerjanya. Data hasil pengujian mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) dan rancangan modifikasi pada mesin pengempa tersebut disajikan pada Tabel 5. Tenaga (daya) yang dibutuhkan untuk pengempaan sebesar 351.4766 Watt (Mawarti, 2006). Namun secara pengukuran langsung arus (I) dan tegangan (V) dilakukan, daya yang dibutuhkan sebesar 414.92 Watt. Tenaga ini tidak dapat diperoleh dari motor listrik dengan daya 0.5 HP (
373 Watt) meskipun
pengempaan masih dapat dilakukan. Hal ini akan menyebabkan motor listrik menjadi cepat rusak. Rancangan perubahan desain (modifikasi desain) pada Tabel 5 tersebut didasarkan pendekatan pada analisis yang telah dilakukan yaitu mencakup analisis fungsional, analisis human engineering (aspek ergonomika), dan analisis kekuatan dan stabilitas mesin sebagaimana diuraikan secara rinci sebagai berikut : A. ANALISIS FUNGSIONAL Mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir setelah dimodifikasi oleh Mawarti (2006) hanya mampu digunakan untuk mengempa bahan briket arang sekam. Karena mesin membutuhkan tenaga pengempaan yang cukup tinggi sedangkan pengempaan yang terjadi didalam die sebesar 3.39 kPa (Mawarti, 2006). Oleh karena itu, mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi harus mampu berfungsi untuk mengempa bahan briket selain dari arang sekam sampai dihasilkan briket dengan spesifikasi sesuai briket arang sekam yang telah ada dipasaran (komersial) serta mampu untuk mengempa briket dengan komoditas biomassa yang lain. Mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi oleh Mawarti (2006) terdiri dari 11 komponen utama yaitu : hopper, screw housing, ulir (screw), poros
29
utama mesin, poros transmisi, die, bearing, bearing housing, pulli dan sabuk, rangka mesin, rangka motor. Mesin ini bekerja berdasarkan prinsip kerja ekstruder, dimana bahan dimasukan kedalam bagian pengisi (die) dan hal ini terjadi terus menerus sehingga bahan briket yang keluar dari die menjadi padat. Mekanisme penggerak yang digunakan untuk memutar ulir adalah sistem transmisi pulli dan sabuk dengan menggunakan motor listrik sebagai tenaga penggerak. B. ANALISIS HUMAN ENGINEERING (ASPEK ERGONOMIKA) Dari hasil pengukuran dan uji performa mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing), terdapat beberapa bagian yang perlu dilakukan perbaikan terkait dengan keamanan dan kenyamanan selama pengoperasian mesin. Suara berdenting dan goncangan yang dihasilkan oleh mesin pengempa briket hasil modifikasi Mawarti (2006) mungkin tidak begitu berpengaruh pada briket yang dihasilkan. Akan tetapi, hal itu cukup berpengaruh pada operator yang merasa tidak nyaman dengan suara tersebut. C. ANALISIS KEKUATAN DAN STABILITAS MESIN Dari segi kekuatan dan stabilitas, mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi Mawarti (2006) ini memiliki beberapa karakteristik, yaitu rangka mesin yang dipakai terbuat dari besi siku 40mm x 40mm x 3 mm dan memiliki kekuatan lentur sebesar 6.865 kg/mm2. Saat penelitian pendahuluan dilaksanakan, rangka mesin masih mengalami goncangan karena sambungan antar bagian rangka mesin kurang kuat.
30
Tabel 5. Data hasil penelitian pendahuluan (sebelum modifikasi) dan rancangan modifikasi mesin pengempa briket No Komponen Spesifikasi komponen Berat Kinerja Spesifikasi komponen Mesin mesin sebelum (kg) mesin setelah dimodifikasi (mm) dimodifikasi (mm) 1 Hopper Bahan = stainless steel 9 Hopper belum bisa Bahan = stainless steel Panjang = 500 mengumpankan bahan Panjang = 500 Lebar = 500 briket arang sekam secara Lebar = 500 Tinggi = 500 optimal kedalam screw Tinggi = 500 Sudut kemiringan housing, sehingga Sudut kemiringan dinding bawah pengumpanan masih perlu dinding bawah = 710 bantuan operator dan = 710 Bukaan pintu = 120 x bahan yang akan masuk Bukaan pintu = 120 x 120 kedalam screw housing 120 Luasan bagian bawah tidak semua masuk Luasan bagian bawah = 150 x 150 kedalam screw housing = 150 x 150 karena ada bahan briket *Penahan = 130 x 60 x 120 yang tercecer keluar. 2 Screw housing Bahan = stainless steel 1 Secara umum, bahan yang Bahan = stainless steel Diameter bagian bawah masuk kedalam screw Diameter bagian bawah = 65 housing sudah terdorong = 65 Panjang = 150 oleh ulir. Namun masih Panjang = 150 Lebar = 80 ada bahan yang belum Lebar = 80 Lubang pemasukan terdorong oleh ulir. Hal ini *Lubang pemasukan bahan ke die = 60 dikarenakan jarak antara bahan ke die = 65 Lubang pemasukan ulir dan bagian bawah dari *Lubang pemasukan poros ulir = 25 screw housing masih relatif poros ulir = 30 renggang.
Kinerja yang diharapkan Penahan yang terdapat didepan bukaan pintu diharapkan dapat memaksimalkan pemasukan bahan briket kedalam screw housing
Dengan semakin berkurangnya jarak antara ulir dan bagian bawah dari screw housing, bahan briket akan terdorong oleh ulir seluruhnya kedalam die
31
3
Ulir (screw)
Bahan = silinder besi pejal diameter 25 dan besi ring tebal 2 Panjang = 350 Diameter dalam = 20 Diameter luar = 55 Jarak antar sudu = 60
3
4
Die
2
5
Bearing (bantalan)
6
Bearing housing
Bahan = pipa stainless steel Panjang = 230 Diameter dalam = 58 Diameter luar = 60 Bahan = besi cetak Diameter dalam = 25 Diameter luar = 50 Bahan = Stainless steel Panjang = 610 Lebar = 150 Jari-jari kelengkungan = 70
Ulir telah bekerja dengan baik untuk mengempa bahan briket arang sekam. Namun ada suara berdenting ketika dilakukan pengujian.
Bahan = silinder besi pejal diameter 25 mm dan besi ring tebal 2.1 mm Panjang = 350 *Diameter dalam = 21 Diameter luar = 55 Jarak antar sudu = 50 Selama pengoperasian, die Tidak mengalami bekerja dengan baik. perubahan
1
Bearing (bantalan) bekerja Tidak secara optimal selama perubahan proses pengempaan
2
Bearing housing berfungsi Tidak dipakai lagi untuk melindungi poros dan bearing dari kotoran. Tidak memiliki peranan nyata bagi kinerja mesin
Mampu mengempa bahan briket dari bahan serbuk gergaji dan campuran antara serbuk gergaji dan arang sekam serta menghasilkan briket dengan mutu yang sama dengan standar briket yang ada dipasaran Die dapat bekerja sebagaimana mestinya
mengalami Bearing dapat bekerja sebagaimana mestinya Kinerja poros utama dan bearing tidak terlalu terpengaruhi oleh kotoran/debu sekitar mesin 32
7
Poros utama mesin
Bahan = Silinder besi pejal Panjang = 880 Diameter = 25
4.5
Poros dapat berfungsi dengan baik. Akan tetapi poros terlalu panjang dan memungkinkan terjadinya lendutan yang menyebabkan poros menjadi bengkok dan tidak bekerja secara optimal Selama pengoperasian, poros transmisi bekerja dengan baik.
Bahan = Silinder besi pejal *Panjang = 300 Diameter = 25
8
Poros transmisi
2
9
Rangka mesin total
Bahan = Silinder besi pejal Panjang = 375 Diameter = 19 Bahan = Besi siku 40x40x3 Panjang = 850 Lebar = 150 Tinggi = 418
15
Konstruksi rangka mesin kurang berfungsi dengan baik karena penempatan hopper pada sisi bagian kanan mesin hanya ditumpu oleh besi siku ukuran 20x20x1.5 mm
Bahan = Besi siku 40x40x3 *Panjang = 500 *Lebar = 150 *Tinggi = 300
10
Rangka motor
11
Sistem transmisi puli dan sabuk
Bahan = Besi siku 40x40x3 Panjang = 265 Lebar = 290 Tinggi = 300 Diameter puli 1 = 63.5 Diameter puli 2 = 203
1
Rangka motor listrik mampu menopang berat motor listrik
-
Sistem transmisi dapat berfungsi dengan baik
Bahan = Besi siku 40x40x3 *Panjang = 360 *Lebar = 180 *Tinggi = 300 Diameter puli 1 = 63.5 *Diameter puli 2 = 152
Tidak perubahan
Tidak terjadi lendutan dan poros dapat bekerja secara optimal
mengalami Poros transmisi telah bekerja sebagaimana mestinya Rangka mesin dimodifikasi mengikuti bagianbagian mesin yang dimodifikasi agar rangka mesin dapat berfungsi sebagaimana mestinya Rangka motor listrik dimodifikasi mengikuti dimensi motor listrik yang digunakan Putaran poros yang dihasilkan 150 RPM 33
Diameter puli 3 = 63.5 Diameter puli 4 = 254 Panjang sabuk 1 = 320 Panjang sabuk 2 = 370 Keterangan : *Perubahan yang dilakukan
putaran poros yang dihasilkan 140 RPM
Diameter puli 3 = 63.5 Diameter puli 4 = 254 Panjang sabuk 1 = 320 Panjang sabuk 2 = 370
dan menghasilkan kapasitas pengempaan yang lebih tinggi
34
BAB V. RANCANGAN MESIN PENGEMPA BRIKET A. RANCANGAN FUNGSIONAL Mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi berfungsi sebagai mesin pengempa briket yang diharapkan memiliki kapasitas pengempaan yang lebih besar dan briket yang dihasilkan memiliki mutu yang baik (dari segi ketahanan pembebanan, kerapatan, penampakan permukaan, serta kemudahan pembakaran). Komoditas utama bahan yang dikempa dengan menggunakan mesin ini adalah serbuk gergaji dan campuran arang sekam dengan serbuk gergaji. Agar mesin ini dapat beroperasi sesuai dengan fungsinya maka diperlukan sub fungsi dari rancangan struktural (komponen-komponen) yang menunjang mesin tersebut. Untuk lebih jelas, penjabaran fungsional mesin pengempa briket tipe kempa ulir menjadi sub-sub fungsi disajikan dalam Gambar 15.
35
Mesin pengempa briket tipe kempa ulir hasil modifikasi dengan kapasitas yang lebih besar dan bervariasi serta briket yang dihasilkan bermutu baik.
Tempat keluarnya briket, menentukan dimensi briket yang dihasilkan
Die
Mendorong dan mengempa bahan hingga padat
Ulir (screw)
Ruang bagi ulir untuk mengempa bahan kedalam die
Screw housing
Menyalurkan daya pengempaan dan tempat terpasangnya ulir
Poros utama mesin
Menampung bahan briket sementara Menyalurkan daya pengempaan dan menurunkan kecepatan putar motor listrik Memberi bentuk, menopang, dan tempat terpasangnya komponen mesin yang lain
Menopang dan sebagai dudukan motor listrik
Hopper
Pulli dan sabuk
Rangka mesin
Rangka motor listrik
Gambar 15. Penjabaran fungsional mesin pengempa briket tipe kempa ulir menjadi sub-sub fungsi
36
B. RANCANGAN STRUKTURAL 1. Hopper Hopper terbuat dari pelat stainless steel dengan ketebalan 1.5 m. konstruksi hopper berbentuk limas segi empat yang dipotong mendatar dibagian ujungnya. Dimensi hopper bagian atas berukuran 500mm x 500mm, sisi bagian bawah 150mm x 150mm, tinggi hopper 500 mm dan sudut kemiringan dinding bawah sebesar 470. Volume hopper dapat dihitung dengan menggunakan rumus matematika sederhana yang disajikan dalam Lampiran 3. Sedangkan perhitungan yang seharusnya (untuk menentukan sudut jatuh bahan) tidak dilakukan karena tidak tersedianya data. Gambar 16. menyajikan sketsa dimensi hopper.
Gambar 16. Sketsa dimensi hopper Berdasarkan hasil perhitungan, hopper memiliki volume sebesar 62349.8 cm3, apabila kerapatan bahan briket sebesar 0.462 gram/cm3, maka hopper dapat menampung bahan briket seberat 28.806 kg. 2. Screw Housing Screw housing terbuat dari pelat stainless steel dengan ketebalan 1.5 mm. luas permukaan bagian atas sebesar 85mm x 150mm dan bagian bawahnya berbentuk setengah lingkaran dengan diameter lingkaran 65 mm. Sisi bagian kanan dan kiri screw housing dibor dengan diameter 65 mm untuk lubang pemasukan bahan briket kedalam die dan 30 mm untuk lubang pangkal ulir (screw). Screw housing memiliki pegangan dibagian samping dan kemudian dibor 37
dengan diameter lubang 8 mm sebanyak 6 buah untuk tempat memasang dan menyambung screw housing dengan rangka utama. 3. ulir (screw) komponen terpenting dalam pengoperasian mesin pengempa briket ini adalah ulir yang berperan dalam memampatkan dan memberi bentuk bahan briket, bahan briket tersebut terlebih dahulu mengalir kedalam screw housing dan kemudian dialirkan kedalam die untuk dikempa. Dimensi ulir secara keseluruhan yaitu panjang 350 mm, jarak bagi antar sudu sebesar 50 mm, diameter luar ulir 55 mm, diameter dalam ulir 21 mm dan tebal ulir sebesar 2.2 mm. perhitungan kapasitas ulir (screw) dimaksudkan untuk mengetahui banyaknya bahan yang dapat dikempa per detik. Perhitungan kapasitas ulir adalah sebagai berikut : - Diameter luar (d2)
= 55 mm
- Diameter dalam (d1)
= 21 mm
- Panjang ulir (p)
= 350 mm
- Putaran maksimum (n)
= 150 RPM
- Jarak antar sudu (pitch)
= 50 mm
3
3
( 1 feet = 28316.8 cm ; 1 jam = 3600 detik) Penyelesaian
= arc tan
= 47.70
55
50 Jadi, sudut kemiringan ( ) = 47.70 Kapasitas ulir = =
$ $ % &("!' '(# & x )/- .(*,02+1 35=(4=(6 7> ?8"@(9(@(: ;/? < x CA /J BEK(LNDGMPF(OHQ R I
= 788.57 feet3/ jam = 788.57 x STCZ(UC[V\(W\ X Y = 6202.71 cm3/ detik 38
4. Poros Mesin Utama Poros mesin utama terbuat dari besi pejal yang berfungsi untuk meneruskan daya dari sistem transmisi pulli dan sabuk menuju ulir. Beban yang diterima oleh poros adalah beban puntir dan beban tarik dari sistem transmisi. Menurut Sularso dan Suga (1987), jika P adalah daya nominal output yang dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil untuk menghitung besarnya poros yang digunakan. Secara umum, penentuan besarnya poros yang dibutuhkan sesuai dengan persamaan dibawah ini (Sularso dan Suga, 1987): Pd = fc x P ……………………………………………………………………….10) Dimana :
Pd = Tenaga rencana (kW) P = Tenaga nominal penggerak (kW) fc = Faktor koreksi daya (Tabel 6)
Tabel 6. Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan (fc) Daya yang akan ditransmisikan Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal
Sumber : Sularso dan Suga (1987)
fc 1.2 - 2.0 0.8 - 1.2 1.0 - 1.5
Besarnya tegangan geser ( a) yang diijinkan pada poros dapat diketahui dengan menggunakan persamaan (Sularso dan Suga, 1987): a
= _`(ac] b ^ def … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..… ..11)
dimana : = Tegangan geser yang diijinkan (kg/mm2) 2 b = Kekuatan tarik (kg/mm ) Sf1 = Faktor keamanan pengaruh masa yang mempunyai nilai : 5.6 untuk bahan S-F 6.0 untuk bahan S-C Sf2 = Faktor keamanan kekasaran permukaan, dengan nilai 1.3 – 3.0 a
Besarnya momen torsi yang terjadi pada poros dapat dihitung dengan persamaan (Sularso dan Suga, 1987):
39
T = 9.74 x 105 x gi h … … … … … … … … … … … … … … … … … … .… … 12) Dimana : T = Momen torsi yang terjadi (kg.mm) Pd = Tenaga rencana yang ditransmisikan (kW) n = Putaran poros (RPM) diameter poros yang diperlukan dapat ditentukan dengan persamaan (Sularso dan Suga, 1987): Ds =
z jkmolp n qsrtEuvxwEy
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 13)
Dimana : Ds = Diameter poros (mm) a
= Tegangan geser yang diizinkan (kg/mm2)
Kt = Faktor koreksi untuk momen puntir 1.0 jika beban dikenakan secara halus 1.0 – 1.5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan 1.5 – 3.0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar Cb = Faktor lenturan 1.2 – 2.3 jika diperkirakan akan terjadi beban lentur 1.0 jika tidak terjadi pembebanan lentur T = Momen lentur rencana (kg.mm) Dengan menggunakan nilai-nilai : P = 0.750 kW, n = 150 RPM, fc = 1.0, T = 2435 kg.mm, Cb = 2.0, Kt = 1.5, bahan poros besi cor FC30 (
b
= 30 kg/mm2), maka
diperoleh diameter poros sebesar 30.5 mm. dimensi dari poros utama yaitu memiliki diameter 25 mm dan panjang 300 mm. secara lebih jelas, perhitungan dimensi poros utama disajikan dalam Lampiran 1. 5. Poros Transmisi Perhitungan poros transmisi secara umum sama dengan perhitungan poros utama (Lampiran 2). Hanya saja pada poros transmisi terjadi beban puntir murni karena adanya tarikan gaya-gaya penyalur daya. Dengan memakai persamaan
40
untuk perhitungan poros utama mesin diatas, maka diperoleh dimensi
poros
transmisi dengan diameter 19 mm dan panjang sebesar 350 mm. 6. Rangka Mesin bahan utama yang digunakan untuk rangka mesin adalah besi siku yang memiliki dimensi 40mm x 40mm x 3mm dan panjang besi siku sebesar 500 mm. beban yang diterima rangka mesin dapat dilihat pada Gambar 17. W h P
b
H B
W = Beban yang diterima oleh rangka
H = tinggi besi siku bagian luar
P = panjang rangka
b = lebar besi siku bagian dalam
B = lebar besi siku bagian luar
h = tinggi besi siku bagian dalam
Gambar 17. Sketsa analisis beban yang diterima pada rangka mesin Beban mesin keseluruhan adalah 20 kg, panjang P sebesar 500, maka ukuran besi siku yang dibutuhkan dapat dianalisis dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Sularso dan Suga, 1987): = { } | … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..14) M = ~
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .15)
I = P … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..16) Dimana : a
= kekuatan lentur bahan (kg/mm2)
M = momen lentur (kg.mm) W = berat mesin (kg) c = titik pusat kelenturan (mm) I = inersia bahan (mm4) P = panjang rangka mesin (mm) 41
Dipilih bahan FC30, maka : Mrangka = 20 x 250 = 5000 kg.mm
(BH3 – bh3) = m [(40)(40)3 – (37)(37)3] = 57153.25 mm4
Irangka =
rangka
= s =
(£¤(¥(£¦ § /¨P© P¡/¢
= 1.749 kg/mm2 <
a
dari hasil perhitungan diperoleh besarnya beban lentur pada rangka lebih kecil dari kekuatan lentur bahan yang diijinkan. Oleh karena itu, besi siku dengan dimensi ini dianggap memenuhi syarat. 7. Rangka Motor Listrik Penentuan dimensi rangka motor listrik dilakukan persamaan untuk menghitung rangka mesin utama (rumus 14-16). Beban yang diterima oleh motor lisrik adalah sebesar 20 kg yang berasal dari berat motor listrik, berat pillow block, dan berat pulli serta poros transmisi daya. Dimensi motor listrik ini memiliki ukuran panjang 36 cm dan lebar sebesar 16 cm. Rangka motor listrik terbuat dari besi siku berbahan FC30 (
a
= 13
2
kg/mm ) yang memiliki dimensi sebesar 40mm x 40mm x 3mm. Titik berat beban terletak pada pusat gaya sebesar 18 cm dan 8 cm dari arah lebar, sehingga : Mrangka = 20 kg x 180 mm = 3600kg.mm Irangka =
rangka
ª« ¬ (BH3 – bh3) = m® ¯ [(40)(40)3 – (37)(37)3] = 57153.25 mm4
= °²±´¸ ³µ ¶ · = ¹Cº(ºÈº ÉC»GÊȼ5½Ë¾ Ì ¿ÁÍCÀÎ ÂÄÃCÅÇÆ = 0.699 kg/mm2 <
a
dari hasil perhitungan diperoleh besarnya beban lentur pada rangka lebih kecil dari kekuatan lentur bahan yang diijinkan. Oleh karena itu, besi siku dengan dimensi ini dianggap memenuhi syarat.
42
8. Sistem Transmisi Daya Dimensi pulli dan sabuk ditentukan oleh besarnya daya yang akan ditransmisikan, jarak antara daya dengan bidang daya, dan besarnya putaran yang diinginkan (Sularso dan Suga, 1978). Sabuk V dipakai untuk menurunkan putaran (RPM) dan perbandingan yang umum dipakai adalah perbandingan reduksi i. i = ÏE Ñ"ÒÐ = ÓÕÖ"Ô× = u … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..17) dimana : n1 = putaran pulli 1 (RPM) n2 = putaran pulli 2 (RPM) D1 = Diameter pulli 1 (inchi) D2 = Diameter pulli 2 (inchi) u = perbandingan putaran kecepatan linear sabuk (v) (m/s) dihitung berdasarkan rumus (Sularso dan Suga, 1987): v = ØsàÙ áâsÚ"ÛÕãÜÞää(ÝEä ß … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..… … … ..18) dimana : n1 = putaran pulli 1 (RPM) = 3.14 D1 = diameter pulli 1 (inchi) Jarak sumbu poros dapat dinyatakan dengan (Sularso dan Suga, 1987): C = å2æ´çÞèÄö(éN÷ êÇøG ëCì ùíúîú(ï´ú ðÕñòôóÁõ … … … … … … … … … … … … … … … … … … ..… … … … .19) Dimana : b = 2L – 3.14 (D1 + D2) L = panjang poros (cm)
43
C. MODIFIKASI KONSTRUKSI DAN DIMENSI Setelah mengetahui hasil dari analisis fungsional, analisis human engineering (aspek ergonomika), analisis kekuatan dan kestabilan. Maka dilakukan modifikasi mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir sebagaimana telah disajikan pada Tabel 5 (BAB IV). Pengerjaan modifikasi ini juga disesuaikan langsung pada saat pengerjaan. Modifikasi mesin dilakukan terhadap komponen mesin yang berhubungan erat dengan pengempaan dan kekuatan mesin yaitu : ulir (screw), poros, screw housing, rangka mesin, rangka motor listrik, dan kecepatan putaran poros pengempa. 1. Ulir (screw) Pada awalnya sudu ulir memiliki jarak antar sudu sebesar 60 mm dan jumlah sudu sebanyak 5 buah. Hal ini dimaksudkan agar kerapatan briket tidak terlalu tinggi. Akan tetapi, untuk mengempa bahan briket dari serbuk gergaji diperlukan kerapatan yang lebih tinggi daripada kerapatan briket dari arang sekam karena briket dari serbuk gergaji mudah hancur. Modifikasi pada ulir dilakukan dengan memperkecil jarak antar sudu menjadi 50 mm dan jumlah sudu ulir menjadi 7 buah. Dengan demikian, diharapkan bahan briket dari serbuk gergaji dapat terkempa dengan baik dan hasilnya menjadi briket dengan mutu yang tidak jauh berbeda dengan mutu briket arang sekam. Bahan untuk membuat ulir yaitu poros pejal yang memiliki panjang 350 mm, diameter 21 mm dan pada ujung ulir digerinda sehingga berbentuk mengerucut dengan diameter ujung 17.5mm. Sudusudu ulir terbuat dari plat besi dengan tebal 2.2 mm. Plat besi tersebut dibuat menyerupai ring dengan diameter luar sebesar 50 mm dan diameter dalam sebesar 30 mm. Ring ini kemudian dibelah pada salah satu lingkarannya dan kemudian ditarik sehingga membentuk sudu terpotong. Ring besi tersebut kemudian disambungkan ke poros ulir dengan cara pengelasan, setelah selesai proses pengelasan, dilakukan penggerindaan dan mengecatnya dengan cat tahan karat.
Gambar 18. Ulir (screw)
44
2. Screw housing jarak antara ulir (screw) dengan bagian bawah dari screw housing diperpendek dengan memperbesar lubang bagian kanan untuk pemasukan bahan briket kedalam die menjadi 65 mm dan lubang bagian kiri untuk pangkal ulir menjadi 30 mm. hal ini dimaksudkan untuk mengoptimalkan pengempaan bahan briket yang masuk kedalam screw housing sehingga diharapkan akan terkempa seluruhnya. Pada lubang pangkal ulir dipasang bearing dengan diameter 25 mm untuk menopang putaran ulir. Screw housing hasil modifikasi dapat dilihat pada Gambar 19.
Gambar 19. Screw housing hasil modifikasi 3. Poros Poros utama mesin diperpendek sehingga mempunyai panjang 300 mm dan diameter 25 mm. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi lendutan yang terjadi pada poros, sehingga poros dapat bekerja dengan maksimal. 4. Rangka mesin Modifikasi rangka mesin dilakukan dengan memperpendek rangka mesin sehingga memiliki panjang 500 mm. Rangka mesin terbuat dari besi siku berukuran 40mm x 40mm x 3mm. Pada bagian kaki rangka diberi penyangga untuk memperkokoh dan memperkuat rangka mesin, sehingga tidak terjadi goncangan-goncangan ketika mesin dioperasikan yang menyebabkan mesin kurang bekerja optimal. Gambar 20. menyajikan rangka mesin pengempa briket.
45
a b c keterangan : a. Rangka mesin utama b. Pillow block c. Rangka motor listrik Gambar 20. Rangka mesin pengempa briket 5. Rangka motor listrik Rangka motor listrik secara umum tidak jauh berbeda dengan sebelumnya, hanya ukurannya yang berubah mengikuti posisi dudukan motor listrik yang akan digunakan, yaitu motor listrik dengan daya 1 HP. Rangka motor yang dimodifikasi memiliki ukuran panjang sebesar 360 mm dan lebar sebesar 180 mm. Bahan yang digunakan adalah besi siku ukuran 40mm x 40mm x 3mm yang dirangkai menjajar. Untuk mengencangkan motor listrik, bagian bawah dari rangka motor listrik dipasang plat besi dan mur dan baut (plat besi ini tidak terlihat dari bagian sisi manapun kecuali dari bagian bawah). Pada bagian atas dudukan motor listrik dipasang 2 buah pillow block yang memiliki diameter 19 mm. Pada sisi kanan dan kiri bagaian atas dudukan motor listrik diberi masingmasing dua lubang berdiameter 10 mm untuk pemasangan pillow block. 6. Sumber tenaga yang digunakan Sumber tenaga yang digunakan untuk mengempa bahan briket berasal dari motor listrik dengan daya 0.75 kWatt yang sebelumnya menggunakan motor listrik dengan daya 0.373 kWatt. Hal ini karena tenaga yang dibutuhkan untuk mengempa briket cukup besar yaitu 414.92 Watt (Lampiran 6), dan kebutuhan daya ini tidak bisa diperoleh dari motor listrik 0.373 kWatt. Dengan menggunakan motor listrik dengan daya 0.75 kWatt diharapkan proses pengempaan dapat berjalan lebih cepat dan mudah.
46
7. Sistem transmisi Secara keseluruhan, sistem transmisi tidak berubah. Hanya saja putaran pada poros utama menjadi 150 RPM yang sebelumnya hanya 140 RPM. Untuk mendapatkan putaran poros tersebut maka dilakukan penggantian pulli pada poros transmisi menjadi 6 inchi, pulli ini berhubungan langsung dengan motor listrik. Pulli pada motor listrik mempunyai diameter 2.5 inchi, pulli berdiameter 6 inchi yang diletakan tepat diatas pulli pertama pada poros transmisi daya, pulli berdiameter 2.5 inchi yang berada pada poros transmisi sebelah ujung yang lain, dan pulli berdiameter 10 inchi yang diletakan tepat pada poros utama mesin. Antara pulli yang satu dengan pulli yang lain dihubungkan oleh sebuah sabuk VBelt tipe A. Untuk menghubungkan pulli pertama dan pulli kedua digunakan VBelt tipe A yang panjangnya 32 inchi, sedangkan untuk menghubungkan pulli ketiga dan pulli keempat digunakan V-Belt tipe A yang panjangnya 37 inchi. Untuk lebih jelas, Gambar 21 Menyajikan sistem transmisi pulli dan sabuk.
Gambar 21. Sistem transmisi pulii dan sabuk Secara lebih rinci, alur modifikasi konstruksi dan dimensi mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) disajikan dalam Gambar 22, sedangkan rancangan modifikasi konstruksi dan dimensi mesin pengempa briket mekanis secara keseluruhan disajikan dalam Gambar 23.
47
MODIFIKASI ULIR
MODIFIKASI SCREW HOUSING
MODIFIKASI SISTEM TRANSMISI
MODIFIKASI POROS UTAMA
MULAI
MODIFIKASI RANGKA
PERAKITAN
FINISHING
SELESAI
Gambar 22. Diagram alir proses modifikasi mesin pengempa briket tipe kempa ulir
Ganbar 23. Rancangan modifikasi konstruksi dan dimensi mesin pengempa briket tipe kempa ulir Setelah dilakukan analisis perancangan dan modifikasi mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi Mawarti (2006), maka dapat ditentukan bahan dan alat yang digunakan untuk proses modifikasi ini. Bahan yang digunakan dalam modifikasi mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir ini terdiri dari bahan baku dan bahan jadi. Bahan baku yang digunakan adalah : - Kawat las elektroda digunakan untuk untuk pengelasan
48
- Besi bulat pejal diameter 25 mm, panjang 300 mm digunakan sebagai poros utama. - Besi plat digunakan sebagai sudu-sudu pada ulir - Besi siku ukuran 40mm x 40mmx 3mm digunakan sebagai rangka mesin - Seng ukuran 150mm x 70mm x 130mm digunakan sebagai penahan pada hopper Sedangkan bahan jadi yang digunakan adalah : - Pulli dengan diameter 10 inchi, pulli berdiameter 6 inchi dan pulli berdiameter 2.5 inchi digunakan untuk system transmisi - Sabuk –V ukuran diameter 32 inchi dan 37 inchi digunakan untuk transmisi daya - Motor listrik merk Jiayu Electrical Machinery Co. Ltd. Berdaya 1 HP, 1440 RPM, dan tegangan 220 Volt digunakan untuk memutarkan ulir - Pillow block NKN tipe P205 berdiameter 25 mm dan pillow block VCP tipe 204 berdiameter 19 mm. - Batu gerinda penghalus - Mata gergaji besi - Mur dan baut digunakan untuk menyambungkan antara satu komponen dengan komponen yang lainnya. - Ampelas, cat, tinner digunakan sebagai finishing mesin
49
BAB VI. UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET Hasil modifikasi mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) dapat dilihat pada Gambar 24. Kapasitas pengempaan briket dengan mesin pengempa briket ini sebesar 25.08 kg/jam untuk bahan briket campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%) dengan tingkat keberhasilan mesin sebesar 98.25%. Sedangkan kapasitas pengempaan untuk bahan briket dari arang sekam sebesar 34.20 kg/jam dengan tingkat keberhasilan mesin sebesar 97.95%. Tenaga yang dibutuhkan untuk pengempaan sebesar 3.87 kPa. Kebutuhan daya pengempaan sebesar 17.1486 Watt.jam/kg untuk bahan briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam sedangkan kebutuhan daya pengempaan untuk bahan briket dari arang sekam sebesar 12.5806 Watt.jam/kg. Lama (waktu) yang diperlukan untuk menghasilkan briket pada saat pertama kali bahan briket akan dikempa adalah 102 detik untuk bahan campuran serbuk gergaji dan arang sekam sedangkan untuk briket dari arang sekam adalah 75 detik. Komponen mesin pengempa briket hasil modifikasi ini terdiri dari hopper, ulir (screw), screw housing, die, poros utama mesin (mainshaft), poros transmisi, rangka mesin, rangka motor listrik, bearing, serta transmisi puli dan sabuk.
(a)
(b)
Gambar 24. Mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir sebelum dimodifikasi (a) dan setelah dimodifikasi (b)
50
A. KINERJA KOMPONEN MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) Komponen mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir berasal dari komponen mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi Mawarti (2006). Komponen yang ditambahkan dalam bentuk bahan baku dan bahan jadi. Komponen hasil modifikasi mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir adalah rangka mesin utama, hopper, dan poros utama mesin. Komponen yang berasal dari bahan baku ditambahkan menjadi komponen penunjang adalah screw housing, rangka motor listrik, poros transmisi daya, dan ulir. Sedangkan komponen mesin yang ditambahkan dalam bentuk bahan jadi yaitu pillow block, dan transmisi daya pulli sabuk. 1. Hopper Hopper rancangan Mawarti mempunyai kapasitas sebesar 23.258 kg dengan kerapatan briket yang diisikan sebesar 0.401 gram/cm3. Hopper memiliki kemiringan dinding bawah sebesar 470 dan terdapat bukaan pintu tempat pengumpanan bahan briket ke screw housing. Hopper tidak mengalami modifikas karena secara umum bahan briket dapat terumpan dengan baik kedalam screw housing meskipun masih perlu bantuan operator. Akan tetapi karena bukaan pintu hopper terlalu besar, maka perlu dibuat penahan didepannya agar bahan briket yang diumpankan kedalam screw housing tidak tercecer keluar dari screw housing. Penahan tersebut terbuat dari seng yang dibuat menyerupai persegi panjang dengan kuping dibagian bawahnya untuk mengencangkan penahan tersebut baik dengan mesin maupun dengan hopper. Ketika dilakukan pengujian, hopper ini memiliki kinerja yang lebih baik daripada hopper sebelumnya (mampu mengoptimalkan pengumpanan bahan briket ke dalam screw housing dengan baik, meskipun masih membutuhkan bantuan operator). Dengan bahan briket campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%) dan kerapatan briket sebesar 0.541, maka hopper memiliki kapasitas sebesar 31.378 kg (Lampiran 3). Pada saat semua bahan dimasukan ke dalam hopper, bahan briket mengalami penekanan dari bahan briket yang ada diatasnya sehingga bahan briket terpadatkan di dalam hopper di samping juga karena bahan briket yang terlalu ringan. Untuk menghindari hal itu, maka bahan yang dimasukan kedalam hopper 51
harus sesegera mungkin diumpankan kedalam screw housing karena juga pada bahan briket tersebut terdapat bahan perekat. Bantuan operator dibutuhkan apabila terjadi pemadatan didalam hopper yaitu dengan cara mendorong bahan briket masuk kedalam screw housing dengan menggunakan koas atau kayu. Hopper hasil modifikasi pada mesin pengempa briket ini disajikan dalam Gambar 25.
Gambar 25. Hopper 2. Poros utama mesin (mainshaft) Poros utama mesin ini berfungsi untuk menyalurkan daya pengempaan dari transmisi daya pulli dan sabuk menuju ke ulir (screw). Modifikasi pada poros yaitu panjang poros yang sebelumnya sebesar 880 mm menjadi 300 mm. hal ini untuk mengurangi lendutan yang terjadi pada poros, sehingga poros dapat bekerja dengan maksimal. Poros mesin pengempa ini dapat dilihat pada Gambar 26.
Gambar 26. Poros utama (mainshaft)
52
3. Screw housing Screw housing memiliki ruang bagi screw untuk mendorong bahan briket masuk kedalam die untuk kemudian dikempa oleh ulir dan kemudian dihasilkan keluaran berupa briket. Screw housing dimodifikasi dengan mengurangi jarak antara ulir dengan sisi bagian bawah screw housing. Selama pengujian, screw housing ini berfungsi sebagaimana mestinya. Seluruh bahan briket dapat terkempa ke dalam die dengan baik walaupun masih ada bahan briket yang tidak terdorong secara maksimal pada bagian pinggir screw housing. Akan tetapi saat pengujian, pemasukan bahan briket kedalam screw housing ini masih perlu dibantu dengan cara manual karena terjadi pemadatan bahan briket didalam hopper.
Gambar 27. Screw housing 4. Ulir (screw) Ulir memiliki peran besar dalam membawa bahan briket dari screw housing menuju die dan kemudian memampatkan bahan briket tersebut di dalam die dan akhirnya mengeluarkannya dalam bentuk briket padat. Ulir pada mesin pengempa ini mengalami modifikasi yaitu dengan menambah jumlah sudu pada ulir dan menambah diameter dalam ulir. Ulir hasil modifikasi ini memiliki sudut ulir 47.70, tebal sudu ulir 2.2 mm, jarak antar sudu ulir sebesar 50 mm, dimeter dalam ulir sebesar 21 mm dan diameter luar ulir sebesar 55 mm.
53
Pada proses pengujian, ulir dapat bekerja dengan baik. Namun, pada saat mengempa bahan briket dari serbuk gergaji, ulir bekerja terlalu berat karena gesekan antara bahan kempa dengan die relatif besar. Bahkan ulir sempat tidak berputar karena terjadi slip pada pulli ke tiga. Ulir pada mesin pengempa ini dapat dilihat pada Gambar 28.
Gambar 28. Ulir (screw) 5. Die Die berfungsi sebagai tempat keluarnya briket yang dihasilkan memegang peranan penting terhadap dimensi briket yang dihasilkan. Die yang dipakai berbahan stainless steel yang memiliki ukuran panjang sebesar 210 mm dan koefisien gesekan dapat didekati sebesar 0.9. Kapasitas pengempaan untuk bahan arang sekam dengan kadar perekat 5% sebesar 34.20 kg briket/ jam dan kapasitas pengempaan untuk bahan campuran antara serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%) dengan kadar perekat 5% sebesar 25.09 kg briket/ jam. Sedangkan untuk bahan serbuk gergaji, tidak dihasilkan briket karena serbuk gergaji mempunyai sifat higroskopis sehingga perekat yang dicampurkan terserap oleh serbuk gergaji tersebut. Fungsi perekat seharusnya untuk memberi lapisan tipis pada permukaan bahan sehingga ketika bahan dikempa bahan tersebut merekat satu sama lain. Kemudian percobaan dilakukan dengan menggunakan elemen pemanas yang dililitkan pada die yang berfungsi untuk membuat serbuk gergaji bersifat seperti arang. Akan tetapi, tetap saja tidak berhasil membuat serbuk gergaji menjadi briket karena panas yang dihasilkan masih kurang untuk proses pengarangan serbuk gergaji. Panas yang terukur sebesar 400 0C sedangkan untuk proses pengarangan serbuk gergaji dibutuhkan panas sampai 1000 0C. Die berbahan stainless steel dapat dilihat pada Gambar 29.
54
Gambar 29. Die (barrel) 6. Poros transmisi daya Poros transmisi daya digunakan unutk menyalurkan daya dari system transmisi pulli sabuk I yang memiliki kecepatan putar 1440 RPM menuju system transmisi pulli sabuk II yang memiliki kecepatan putar sebesar 150 RPM. Selama pengujian, poros transmisi daya ini dapat berfungsi dengan baik. Poros transmisi dapat dilihat pada Gambar 30.
Gambar 30. Poros transmisi 7. Pillow block Pillow block yang digunakan dalam mesin pengempa briket ini ada dua jenis, yaitu pillow block NKN tipe 205-16 berdiameter 25 mm dan pillow block VCP tipe 204-12 berdiameter 19 mm. kedua jenis pillow block ini memiliki fungsi yang sama yaitu menahan poros (baik poros utama mesin maupun poros transmisi daya ) agar dapat berputar dengan baik. Selama pengujian, kedua jenis pillow block ini dapat berfungsi dengan baik, akan tetapi perlu diberi pelumasan secara kontinyu agar kerja pillow block semakin baik. Pillow block disajikan pada Gambar 31.
55
Gambar 31. Pillow Block 8. Pulli dan sabuk Pulli dan sabuk dipakai untuk mentransmisikan daya dan untuk menurunkan kecepatan putar poros motor listrik. Penurunan kecepatan putar poros motor listrik dilakukan dalam dua tahap, yaitu dari 1440 RPM menjadi 150 RPM. Pada saat pengujian, sistem transmisi pulli dan sabuk ini berfungsi dengan baik. Jenis pulli dan sabuk yang digunakan serta penempatannya disajikan dalam tabel 7, sedangkan pulli dan sabuk serta sistem transmisinya disajikan pada Gambar 32.
a) Pulli
b) Sabuk pada sistem transmsi Gambar 32. Pulli dan sabuk
56
Tabel 7. Jenis pulli dan sabuk yang digunakan dalam modifikasi mesin No Jenis dan Tempat Putaran Jenis dan panjang diameter pulli pemasangan (RPM) sabuk penghubung 1 Pulli I tipe Poros motor 1440 A2.5 inch listrik V-Belt A 32 inchi 2 Pulli II tipe A Poros konversi 600 6 inch daya 3 Pulli III tipe A Poros konversi 600 2.5 inchi daya V-Belt 38 inchi 4 Pulli IV tipe Poros utama 150 A 10 inchi mesin (berhubungan langsung dengan ulir) 9. Motor listrik Daya yang dibutuhkan untuk mengempa bahan briket sebesar 500.1755 Watt (Lampiran 4), namun ketika dilakukan pengukuran tegangan dan arus listrik secara langsung didapatkan besarnya daya pengempaan rata-rata sebesar 533.2 Watt, daya ini dapat dipenuhi oleh motor listrik sebesar 750 Watt. Selama pengujian dilakukan, motor listrik mampu memberikan daya secara maksimal. Spesifikasi motor listrik yang digunakan pada penelitian ini disajikan dalam Lampiran 6. Motor listrik disajikan pada Gambar 33.
Gambar 33. Motor listrik
57
10. Rangka mesin utama dan rangka motor listrik Rangka mesin digunakan untuk menopang seluruh berat mesin utama, sedangkan rangka motor listrik digunakan untuk menopang berat motor listrik. Rangka mesin utama merupakan hasil modifikasi dari rangka mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil rancangan Mawarti (2006). Rangka mesin dibuat dari bahan besi siku dan memiliki kekuatan lentur sebesar 6.865 kg/mm2, hasil ini lebih kecil dari kekuatan lentur yang diijinkan sehingga konstruksi rangka mesin ini secara umum dapat diterima. Rangka motor listrik dibuat dalam kondisi terpisah dengan rangka mesin utama dan dimaksudkan untuk memanfaatkan ruang kosong disamping mesin sehingga mesin secara keseluruhan memiliki dimensi yang lebih kompak. Pada saat pengujian, rangka motor ini mampu menopang berat motor listrik dan getaran yang ditimbulkan oleh motor listrik. Secara lebih jelas, rangka mesin utama dan rangka motor listrik disajikan dalam Gambar 34.
a)
b)
Gambar 34. Rangka mesin (a) dan rangka motor listrik (b) B. KEBUTUHAN TENAGA PENGEMPAAN Pengempaan bahan briket dilakukan dengan menggunakan daya yang berasal dari motor listrik. Beberapa pertimbangan yang mendasari pemakaian motor listrik sebagai sumber daya pengempaan adalah karena daya yang diberikan oleh motor listrik bisa bervariasi, bersih, tidak memerlukan transmisi yang rumit
58
dan menghasilkan putaran motor yang relative stabil serta mudah dalam pengoperasiannya. Dari penelitian yang dilakukan, Mawarti (2006) menyebutkan bahwa mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasinya membutuhkan daya pengempaan 414.92 Watt. Daya sebesar ini tidak dapat dipenuhi oleh motor listrik dengan daya 373 Watt. Oleh karena itu, motor listrik diganti dengan daya 750 Watt agar mesin pengempa dapat bekerja secara maksimal. Dari hasil perhitungan, besarnya daya yang dibutuhkan adalah sebesar 500.541 Watt (Lampiran 4), sedangkan setelah dilakukan pengukuran secara langsung pada arus dan tegangan saat pengempaan, didapatkan daya yang sebenarnya bekerja pada motor listrik adalah sebesar 533.2 Watt. Berdasarkan data tersebut dapat disimpulkan bahwa motor listrik bekerja dibawah daya maksimalnya, sehingga motor listrik tersebut dapat digunakan pada mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi. C. PENGUJIAN PENGOPERASIAN MESIN 1. Kapasitas Mesin Kapasitas mesin diukur berdasarkan lama pengempaan (detik) untuk mengempa bahan briket sebanyak 1 kg. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali ulangan dengan terlebih dahulu menentukan waktu (detik) awal yang diperlukan bahan untuk menghasilkan briket.
59
Tabel 8. Hasil uji kinerja mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi Ulangan* Ulangan** Parameter I II III I II III Kadar perekat (%) 5 5 5 5 5 5 Lama/waktu 144 137 150 105 109 102 pengempaan (detik) Jumlah briket hancur 17 18 20 22 19 21 (gram) Berat briket setelah 504.47 557.88 516.54 502.69 527.77 510.44 dikeringkan selama 3x24 jam (gram) Kapasitas mesin (kg 25.00 26.28 24.00 34.28 33.03 35.29 briket basah/jam) Kapasitas mesin (kg 12.17 11.35 11.35 16.66 15.26 16.89 briket kering/jam) Waktu awal bahan 102 75 menjadi briket (detik) Keterangan: * Pengujian dengan menggunakan bahan campuran antara serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%). ** Pengujian dengan menggunakan bahan arang sekam
Dari data pada Tabel 8 didapatkan kapasitas mesin rata-rata untuk bahan campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%) sebesar 25.09 kg briket basah/jam dan 11.62 kg briket kering/jam. Sedangkan besarnya kapasitas untuk bahan arang sekam sebesar 34.20 kg briket basah/ jam dan 16.27 kg briket kering/jam. Besarnya kapasitas mesin ini lebih tinggi dibandingkan kapasitas mesin pengempa briket hasil modifikasi Mawarti (2006) sebesar 32.93 kg briket basah/ jam, sehingga dapat dikatakan bahwa mesin ini memiliki kemampuan produksi briket arang sekam yang lebih baik. Sedangkan untuk bahan serbuk gergaji tidak dihasilkan briket, karena bahan tersebut harus dikempa dengan daya yang lebih tinggi dan menggunakan perlakuan panas yang sesuai dengan karakteristik bahan serbuk gergaji. 2. Tingkat Keberhasilan Mesin Tingkat keberhasilan mesin pengempa briket ini dihitung berdasarkan banyaknya briket hancur yang dihasilkan selama pengempaan. Nilai ini dihitung dengan cara mengurangkan perbandingan briket hancur dan briket total yang dihasilkan dengan 100%. Briket dikatakan berhasil apabila bentuknya silinder dan
60
padat, sedangkan briket dianggap hancur apabila tidak memiliki sifat seperti briket dengan bentuk silinder dan padat. Tingkat keberhasilan mesin (%) = 1 – û ý,þü
dimana :
ÿ
Wh
= berat briket hancur (gram)
Wt
= berat briket total (gram)
- Bahan briket campuran antara serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%). Ulangan I : Tingkat keberhasilan mesin (%) = (1 –
= 98.30 % Ulangan II : Tingkat keberhasilan mesin (%) = (1 -
) x 100%
= 98.20 % Sehingga diperoleh tingkat keberhasilan mesin rata-rata sebesar 98.25 % - Bahan briket arang sekam Ulangan I : Tingkat keberhasilan mesin (%) = (1 –
= 97.80 % Ulangan II : Tingkat keberhasilan mesin (%) = (1 -
# $ ! $ " $ ) x 100%
= 98.10 % Sehingga diperoleh tingkat keberhasilan mesin rata-rata sebesar 97.95 % Dari hasil perhitungan diatas didapatkan bahwa tingkat keberhasilan mesin rata-rata untuk bahan campuran serbuk gergaji (30%) dan aran sekam (70%) adalah sebesar 98.25 %. Sedangkan tingkat keberhasilan mesin rata-rata untuk bahan arang sekam adalah sebesar 97.95 %. Besarnya nilai keberhasilan mesin pengempa briket hasil modifikasi ini lebih tinggi daripada hasil modifikasi Mawarti (2006) yang memiliki tingkat keberhasilan mesin sebesar 97.58%, sehingga dapat disimpulkan bahwa mesin ini memiliki kinerja yang cukup baik.
61
3. Prosentase Briket Hancur Prosentase briket hancur merupakan perbandingan dari briket yang hancur (belum padat dan berbentuk silinder) dengan briket padatan yang dihasilkan dalam persentase. Prosentase briket hancur = dimana :
(*%')& +-,../
Wh = Berat briket hancur (gram) Wp = Berat briket padata (gram)
- Bahan briket campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%) Ulangan I : Prosentase briket hancur =
2 3 0 3 1 3 4-5667
= 1.70 % Dari hasil pengujian mesin ulangan II didapatkan : Prosentase briket hancur =
; < 8:9< < =->??@
= 1.80 % Sehingga diperoleh prosentase briket hancur rata-rata sebesar 1.75 % - Bahan briket arang sekam Ulangan I : Prosentase briket hancur =
B A C AC C D-EFFG
= 2.20 % Dari hasil pengujian mesin ulangan II didapatkan : Prosentase briket hancur =
J K H:K I K L-MNNO
= 1.90 % Sehingga diperoleh prosentase briket hancur rata-rata sebesar 2.05 %
4. Tekanan Pengempaan Tekanan
pengempaan
dihitung
berdasarkan
kebutuhan
tenaga
pengempaan, hal ini dipengaruhi oleh besarnya luas penampang die sebagai
62
tempat utama dilakukannya pengempaan bahan briket. Perhitungan tekanan pengempaan mesin pengempa briket hasil modifikasi yaitu : Kebutuhan tenaga (daya) pengempaan (Lampiran 4) : 430.2585 Watt Kecepatan putar ulir
: 150 RPM
Gaya untuk mengempa
:P QSV RUW T = XY[Z \ ]:^_i j ` a bdcfe g h = 39.25 m/s = kml n z o {:pm| q }rm~dqt*syuw vyx = 10.962 N
Tekanan pengempaan
= N/ m2 = Pascal (Pa)
Luas penampang die
= x r2 = 3.14 x (0.03)2
Konversi (RPM)
=
= 2.826 x 10-3 m2 Jadi, tekanan pengempaan
=
'
= 3878.98 N/ m2 = 3.87 kN/ m2 = 3.87 kPa Menurut hasil perhitungan, besarnya tekanan pengempaan yang terjadi pada mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi adalah sebesar 3.87 kPa. Nilai ini lebih tinggi jika dibandingkan dengan besarnya tekanan pengempaan yang terjadi pada mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir sebelum modifikasi berdasarkan perhitungan yang dilakukan oleh Syafrian (2005) sebesar 3.68 kPa dan Mawarti (2006) sebesar 3.39 kPa. Besarnya tekanan pengempaan ini mempengaruhi tingkat kerapatan briket yang dihasilkan. Semakin besar tekanan pengempaan yang diberikan, maka kerapatan briket yang dihasilkan akan semakin besar (Abdullah dkk, 1991). 5. Kebutuhan Daya Pengempaan Daya pengempaan yang diperlukan merupakan fungsi dari beberapa faktor yang berpengaruh terhadap gaya dan kecepatan translasi yang bekerja pada ulir (screw). Hal ini berpengaruh pada ketahanan tekan dan kerapatan briket yang dihasilkan. Fungsi tersebut dapat dituliskan sebagai berikut : D = F (f, Pa, J, n, Ra) Dimana :
63
D = Tenaga pengempaan (kW/ kg briket) f
= Koefisien gesekan antara bahan kempa dengan permukaan die dapat didekati sebesar 0.9
Pa = Beban (gaya aksial yang bekerja pada ulir (N) J
= Jumlah bahan kempa di dalam die (kg)
N = Kecepatan putar ulir (screw) (RPM) Ra = Jari-jari die (barrel) (m) Besar tenaga yang diperlukan dihitung dengan menggunkan persamaan berikut : D =FxV F = f x Pa x J V =
S d
Pa = Pt x Lp Lp = x
: ¢¡ ¦ £[¤¢¥ §¨
Dimana : F = Gaya gesekan untuk mengempa bahan (N) V = Kecepatan translasi bahan yang dikempa (m/detik) Pt = Tekanan aksial pengempaan (N/m2) Lp = Luas daerah pengempaan (m2) d0 = Diameter luar ulir (m) d1 = Diameter dalam ulir (m) Dengan menggunakan nilai-nilai : Pt = 1000 kN/m2, J = 0.80 kg, n = 150 RPM, Ra = 18.75 mm (18.75 x 10-3 m), f = 0.9. d0 = 55 mm, d1 = 21 mm, maka diperoleh nilai kebutuhan daya pengempaan untuk bahan briket campuran antara serbuk gergaji dan arang sekam sebesar 17.1486 Watt jam/ kg briket. Sedangkan untuk bahan arang sekam kebutuhan daya pengempaan sebesar 12.5806 Watt.jam / kg . Perhitungan secara lengkap dapat dilihat dalam Lampiran 4. Nilai kebutuhan daya ini lebih tinggi jika dibandingkan dengan mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi Mawarti (2006) sebesar 10.6734 Watt jam/ kg briket (Lampiran 4). Namun lebih rendah jika dibandingkan dengan mesin pengempa briket rancangan Syafrian (2005) sebesar 33.4 Watt jam/ kg briket ataupun dengan mesin pengempa briket di Asian Institute of Technology (AIT), Thailand yang 64
membutuhkan daya untuk mengempa briketnya sebesar 207.083 Watt jam/ kg briket. Perbandingan hasil uji kinerja mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir sebelum modifikasi dan setelah modifikasi disajikan dalam Tabel 9. Tabel 9. Perbandingan hasil uji kinerja mesin pengempa briket No
Parameter pengujian
1
Mesin pengempa briket (2005) * 9.525
Mesin pengempa briket (2006)** 32.93
Mesin hasil modifikasi
Kapasitas mesin 34.20 (kg briket/ jam) 2 Tingkat keberhasilan 80 97.58 97.95 mesin (%) 3 Porsentase briket 19.97 2.1 2.05 hancur (%) 4 Kebutuhan daya 33.4 10.67234 12.5806 pengempaan (Watt jam/ kg briket) 5 Tekanan 3.68 3.39 3.87 pengempaan (kPa) Ketrangan : * berdasarkan pengujian pada penelitian Syafrian (2005) ** berdasarkan pengujian pada penelitian Mawarti (2006) D. MUTU PRODUK (BRIKET) YANG DIHASILKAN Uji mutu briket dilakukan untuk mengetahui mutu briket yang dihasilkan oleh mesin pengempa briket hasil modifikasi. Uji mutu briket meliputi : kerapatan (densitas) briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam, laju pembakaran briket, ketahanan briket terhadap pembebanan, serta penampakan permukaan briket yang dihasilkan. Kadar air dan nilai kalor tidak dimasukan sebagai parameter pengujian, akan tetapi tetap dilakukan sebagai data pelengkap. Hal ini karena kadar air dan nilai kalor tidak terkait langsung dengan kinerja mesin, tetapi ditentukan oleh bahan baku briket dan perekat. Data-data yang didapatkan tersebut merupakan parameter mutu briket yang terkait dengan unjuk kerja mesin pengempa. Data hasil pengujian briket yang dihasilkan oleh mesin pengempa briket hasil modifikasi dapat dilihat dalam Tabel 10 dan sebagai perbandingan dengan 65
mutu briket yang dihasilkan oleh mesin pengempa briket sebelum dimodifikasi dan mutu briket komersial, Tabel 11 menyajikan perbandingan hasil uji mutu briket arang sekam. Sedangkan ganbar briket campuran antara serbuk gergaji dan arang sekam yang dihasilkan oleh mesin pengempa briket hasil modifikasi ini disajikan dalam Gambar 35.
Gambar 35. Briket campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%)
Tabel 10. Hasil uji mutu briket campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%). Jenis Pengujian
Nilai
Kadar air (%)
4.23 3
Berat jenis (gram/cm )
0.541 2
Ketahanan beban (kg/ cm ) Laju pembakaran (gram/detik) Nilai kalor (cal/gram) Uji penampakan permukaan
0.035 2985.125 Baik
66
Tabel 11. Perbandingan hasil uji kinerja mesin pengempa briket Jenis pengujian Briket arang Briket arang Briket arang sekam yang sekam hasil komersial dihasilkan mesin penelitian (Indonesia)* pengempa briket Mawarti hasil modifikasi (2006) (bahan briket berperekat 5%) 3 Kerapatan (gram/cm ) 0.462 0.401 0.4407 Ketahanan beban Tidak ada data 0.48 0.46 (kg/cm2) Laju pembakaran 0.042 0.021 Tidak ada data (gram/detik) Kekerasan Tidak ada data 0.867/150/5 Tidak ada data (mm/detik/gram) Uji penampakan Baik Baik Baik permukaan Kadar air rata-rata (%) 7.42 6.42 7.57 Nilai kalor (Kal/gram) 3137.79 3170.496 6814.11 Keterangan : * berdasarkan Pari et al dalam Irina (1994) Nilai kadar air briket arang sekam lebih besar daripada briket arang sekam hasil mesin pengempa rancangan Mawarti (2006), namun lebih rendah daripada briket arang sekam komersial dan hasil mesin pengempa modifikasi Mawarti (2006). Kadar air ini berpengaruh terhadap kemudahan proses pembakaran, semakin kecil nilai kadar air yang terkandung dalam briket, maka proses pembakarannya semakin mudah. Briket dikeringkan dalam oven selama 3x24 jam dengan suhu rata-rata sebesar 51 0C. Pengukuran kerapatan briket yang dihasilkan bertujuan untuk mengetahui besarnya jumlah zat yang terkandung didalam briket dalam satuan volume. Perbedaan nilai kerapatan briket yang dihasilkan dipengengaruhi oleh besarnya tekanan pengempaan yang terjadi didalam die. Briket arang sekam yang dihasilkan dari hasil pengempaan mesin pengempa briket hasil modifikasi memiliki kerapatan sebesar 0.462 gram/ cm3dan tekanan pengempaan yang terjadi didalam die sebesar 3.87 kPa. Nilai kerapatan ini lebih rendah daripada nilai kerapatan briket arang sekam yang dihasilkan oleh mesin pengempa briket hasil modifikasi Mawarti (2006) sebesar 0.401 dan tekanan pengempaan yang terjadi 67
sebesar 3.39 kPa. Hal ini dikarenakan putaran poros utama memiliki putaran yang lebih tinggi yaitu sebesar 150 RPM dan banyaknya bahan kempa didalam die sebesar 800 gram, sehingga tenaga yang diperlukan untuk mengempa bahan menjadi lebih tinggi. Selain tekanan pengempaan, hal lain yang mempengaruhi kerapatan briket adalah kadar perekat. Briket yang dihasilkan oleh mesin pengempa hasil modifikasi memiliki kadar perekat sebesar 5% (sesuai dengan kadar perekat pada briket arang komersial dan hasil penelitian Mawarti (2006)). Laju pembakaran briket Arang sekam yang dihasilkan oleh mesin pengempa briket hasil modifikasi sebesar 0.042 gram/detik, hasil ini lebih tinggi jika dibandingkan dengan laju pembakaran briket arang sekam yang dihasilkan oleh mesin pengempa briket modifikasi Mawarti (2006) sebesar 0.021 gram/detik. Semakin besar kerapatan (densitas) briket, maka semakin lambat laju pembakaran yang dihasilkan oleh briket tersebut (Abdullah dkk., 1991). Hal lain yang mempengaruhi laju pembakaran adalah adanya pengaruh lingkungan yaitu adanya angin yang berhembus pada saat pengujian laju pembakran briket. Jika terdapat angin yang cukup besar maka laju pembakaran akan semakin cepat, hal ini dikarenakan abu yang menutupi seluruh permukaan briket tertiup oleh angin tersebut sehingga oksigen dapat masuk kedalam briket yang sedang dibakar. Dari segi uji penampakan briket, briket arang sekam yang dihasilkan memiliki penampakan permukaan yang baik yaitu tidak berdebu, tidak meninggalkan bekas hitam ditangan, permukaannya halus dan rata, serta ketika dipatahkan warnanya hitam tetapi tidak mengkilat. Pengukuran kadar air dan nilai kalor pada briket yang dihasilkan dilakukan sebagai data pelengkap. Kadar air briket arang sekam yang dihasilkan sebesar 7.42%, kadar air ini lebih tinggi dari briket arang sekam yang dihasilkan oleh mesin pengempa hasil modifikasi Mawarti (2006) sebesar 6.42%. Pengukuran lain yang dilakukan sebagai pelengkap adalah nilai kalor yang bertujuan untuk mengetahui besarnya nilai panas pembakaran briket tiap satuan berat briket yang dibakar. Dari hasil pengujian nilai kalor, didapatkan besarnya nilai kalor pada briket arang sekam sebesar 3137.79 Kal/ gram. Nilai kalor ini lebih rendah jika dibandingkan dengan briket arang sekam yang dihasilkan oleh mesin pengempa hasil modifikasi Mawarti (2006) sebesar 3170.496 Kal/gram. Besarnya nilai kalor
68
yang terkandung dalam masing-masing briket tidak dapat dibandingkan, karena nilai kalor ini sangat ditentukan oleh jenis bahan baku yang digunakan untuk pembuatan briket. Sebagai data tambahan, alat ini dicoba untuk mengempa bahan dari serbuk gergaji. Akan tetapi, tidak dihasilkan briket karena perlakuan untuk membuat briket tersebut tidak terpenuhi. Panas yang diperlukan untuk menghasilkan briket dari serbuk gergaji mencapai 1000 0C, sedangkan panas yang diperoleh dari pemanasan die dengan menggunakan elemen pemanas sebesar 400 0C. untuk itu dicoba bahan briket dari campuran serbuk gergaji dan arang sekam. Setelah mencoba beberapa perbandingan campuran untuk dijadikan briket, perbandingan serbuk gergaji sebesar 30% dan arang sekam 70% dengan kadar perekat sebesar 5% yang dapat dikempa oleh mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi dengan hasil pengujian mutu briket sebagai berikut : berat jenis dari briket ini sebesar 0.541 gram/cm3 dengan laju pembakaran sebesar 0.035 gram/detik. Nilai kalor yang dihasilkan sebesar 2985.125 Kal/gram dan kadar air sebesar 4.25%. uji penampakan briket tergolong baik. Data-data yang diperoleh dari pengujian briket dengan bahan campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%) ini tidak dapat dibandingkan dengan briket dari bahan arang sekam karena bahan yang digunakan berbeda.
69
E. ANALISIS EKONOMI Analisis
kelayakan
ekonomi
dilakukan
dengan
tujuan
untuk
memperkirakan keuntungan yang dapat diperoleh apabila mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi ini diproduksi dan diterapkan pada konsumen. Dengan demikian dapat diketahui apakah mesin ini layak atau tidak diproduksi dan didistribusikan kepada konsumen. Agar dapat mengetahui secara lebih mendetail tentang kondisi kelayakan ekonomi mesin ini, diperlukan perhitungan secara menyeluruh terhadap biaya yang dikeluarkan untuk memproduksi mesin, mengoperasikannya, sampai dihasilkan produk briket. Harga jual mesin telah ditentukan dengan perkiraan sebesar Rp. 2 500 000,1. Analisis Biaya Operasional Mesin Pengempa Briket Biaya
pembuatan briket campuran antara arang sekam
dengan
menggunakan mesin pengempa briket mekanis hasil modifikasi ini meliputi batasan-batasan sebagai berikut : a. Harga mesin pengempa briket (P)
= Rp. 2 500 000
b. Harga akhir mesin (S) (10% x P)
= Rp.
c. Perkiraan umur ekonomis mesin
= 5 tahun
d. Waktu operasi mesin per tahun (J)
= 8 jam per hari
250 000
Asumsi dalam satu tahun terdapat 260 hari efektif, Sehingga waktu operasi mesin
= 2080 jam / tahun
e. Kapasitas mesin (K)
= 34.20 kg briket / jam
f. Tingkat bunga modal + asuransi (i)
= 15% per tahun
g. Pajak (L)
= 2% per tahun
h. Biaya gudang dan garasi
= 1% dari harga mesin awal
a. Biaya tetap (fixed cost) Biaya tetap terdiri dari: - Biaya penyusutan - Biaya bunga modal dan asuransi
70
- Biaya pajak - Biaya gudang dan garasi - Biaya penyusutan Menurut Pramudya dan Dewi (1992) biaya penyusutan dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : D = (P – S) x crf Dimana :
crf = capital recovery factor = 0.2983 D = Penyusutan
Sehingga didapatkan : D = (P – S) x crf = (Rp. 2 500 000 – Rp. 250 000) x 0.2983 = Rp. 671 175/ tahun -Biaya pajak (L) L
= 2%/ tahun x P = 2%/ tahun x Rp. 2 500 000 = Rp. 50 000/ tahun
- Biaya gudang dan garasi Biaya gudang dan garasi
= 1% x Rp. 2 500 000 = Rp. 25 000/ tahun
Total biaya tetap Total biaya tetap (fixed cost) = biaya penyusutan + biaya pajak + biaya gudang dan garasi = Rp. 671 175/ tahun + Rp. 50 000/ tahun + Rp. 25 000/ tahun = Rp. 746 175/ tahun b. Biaya tidak tetap (variable cost) terdiri dari:
- Biaya listrik untuk operasi mesin
71
- Biaya pelumas - Biaya perbaikan dan pemeliharaan - Biaya operator - Biaya hal-hal khusus - Biaya bahan baku pembuatan briket - Biaya listrik untuk operasi mesin Batasan-batasan:
konsumsi listrik (P)
= 533.2 Watt
Waktu pemakaian mesin
= 8 jam/ hari
Tarif listrik
= Rp. 700/ kWH
Sehingga biaya listrik adalah = Rp. 700/ kWH x 533.2 (kWatt/ 1000) = Rp. 373/ jam - Biaya pelumas Batasan-batasan:
kebutuhan oli rata-rata (O)
= 0.01 liter/ jam
Harga oli
= Rp. 15000/ liter
Sehingga biaya pelumas
= Rp. 15000/ liter x 0.01 liter/ jam = Rp. 150/ jam
- Biaya perbaikan dan pemeliharaan Batasan-batasan
: Perbaikan dan pemeliharaan setiap 100 jam kerja Biaya perbaikan dan pemeliharaan 2% dari harga mesin
tiap 100 jam Sehingga biaya perbaikan dan pemeliharaan = (2% x Rp. 2 500 000)/ 100 = Rp. 500/ jam - Biaya operator Terdapat satu orang operator dengan biaya Rp. 4000/ jam - Biaya hal-hal khusus Termasuk : biaya penggantian ulir, biaya penggantian V-belt, biaya penggantian motor listrik, dan biaya penggantian die.
72
Biaya penggantian ulir (penggantian ulir setiap 400 jam) = Rp. 310000/ 400 jam = Rp. 775/ jam Biaya penggantian V-belt (umur V-belt 400 jam) = Rp. 20000/ 400 jam = Rp. 50/ jam Biaya penggantian motor listrik (umur motor listrik 1000 jam) = Rp. 800000/ 1000 jam = Rp. 800/ jam Biaya penggantian die (umur die 500 jam) = Rp. 70000/ 500 jam = Rp. 140/ jam Total biaya hal-hal khusus adalah
= Rp. 775/ jam + Rp. 50/ jam + Rp. 800/ jam + Rp. 140/ jam = Rp. 1765/ jam
- Biaya bahan baku pembuatan briket Batasan-batasan : Kapasitas mesin (K)
= 34.20 kg briket basah/ jam
Biaya bahan baku briket
= - (tanpa biaya)
Biaya perekat
= Rp. 4000/ kg
Biaya bahan baku pembuatan briket = (1.71 kg x Rp. 4000/kg)/ jam = Rp. 6 840/ jam Total biaya tidak tetap (variable cost) = Rp. 373/ jam + Rp. 150/ jam + Rp. 500/ jam + Rp. 4000/ jam + Rp. 1765/ jam + Rp. 6 840/ jam = Rp. 13 628/ jam Sehingga biaya total (total cost) pengoperasian mesin adalah : = Biaya tetap + Biaya tidak tetap = (Rp. 746 175/ tahun : 2080 jam/ tahun) + Rp. 13 628/ jam = Rp. 358.7/ jam + Rp. 13 628/ jam
73
= Rp. 13 986.7/ jam Jadi, biaya produksi briket arang sekam :
µ ¶ ·®¶ ¸º¹©«»³ª ¶m¬ ¸½®¼®¬f¾y¯±¿¢° ÀÁ¯³²¢¾yÂw´ ¼®Ãà ¿ = Ä¢Å®Ô ÕmÆ Ç Ö ×mÈÊØÊÉ:ËmÙ Ú®Ì Í ÛÑκÜUÏÑÝmÐUÞ Ò Ó
=
= Rp. 408.97,- / kg briket Rp. 450,- / kg briket
74
BAB VII. KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN 1. Penelitian lanjutan (modifikasi) mesin pengempa briket ini bertujuan untuk menghasilkan briket dengan bahan yang berbeda dan meningkatkan kapasitas. Berdasarkan hasil penelitian pendahuluan komponen mesin pengempa yang perlu dimodifikasi adalah : poros utama, rangka mesin, ulir (screw), sumber tenaga motor listrik, dan sistem transmisi Tabel 5. Hasil modifikasi dapat dilihat Lampiran 15. 2. Komponen mesin hasil modifikasi memiliki spesifikasi : poros utama mesin yang memiliki panjang 300 mm dan diameter 25 mm. Rangka mesin terbuat dari besi siku ukuran 40mm x 40mmx 3mm dan memiliki dimensi PxLxT sebesar 500mm x 160mm x 300mm. Ulir (screw) yang memiliki panjang 350 mm, jarak bagi antar sudu sebesar 50 mm, dimeter luar ulir sebesar 55 mm, diameter dalam ulir sebesar 21 mm, dan tebal ulir sebesar 2.2 mm serta kapasitas ulir sebesar 6202.71 cm3/ detik. Sumber tenaga motor listrik yang digunakan memiliki daya 750 Watt dan tegangan 220 Volt. Hopper memiliki dimensi sisi bagian atas berukuran 500mm x 500mm, sisi bagian bawah 150mm x 150cm, tinggi hopper 500 mm, sudut kemiringan 470 dan penahan didepan bukaan pintu berdimensi 130mm x 60mm x 120 mm, volume hopper sebesar 58000 cm3 dan menampung bahan kempa sebesar 31.378 kg. 3. Kapasitas pengempaan sebesar 25.09kg/ jam untuk bahan campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%), dan 34.20 kg/jam untuk bahan arang sekam, sedangkan untuk bahan dari serbuk gergaji tidak dihasilkan briket. Tingkat kerberhasilan mesin untuk bahan campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%) sebesar 98.25 % dengan prosentase briket hancur sebesar 1.75 %. Untuk bahan briket dari arang sekam, tingkat keberhasilan mesin sebesar 97.95 % dengan prosentase briket hancur sebesar 2.05%. Kebutuhan daya pengempaan sebesar 12.5806 Watt jam/ kg briket, tekanan pengempaan sebesar 3.87 kPa. Kadar perekat yang digunakan sebesar 5% untuk semua pengujian bahan briket. Berdasarkan besarnya kapasitas dan tingkat keberhasilan mesin, mesin hasil
75
modifikasi menunjukan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan sebelum dimodifikasi. Kapasitas pengempaan briket arang sekam sebelum dimodifikasi sebesar 32.93 kg/ jam dengan tingkat keberhasilan mesin sebesar 97.58%. 4. Uji mutu briket campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%) yang dihasilkan meliputi kadar air sebesar 4.23 %, nilai kalor briket sebesar 2985.125 Kal/gram, berat jenis 0.541 gram/cm3, laju pembakaran 0.035 gram/detik, dan uji dari penampakan briket ini termasuk dalam kategori baik. Sedangkan untuk bahan arang sekam mempunyai berat jenis sebesar 0.462 gram/cm3, laju pembakaran 0.042 gram/detik, kadar air sebesar 7.42 %, dan nilai kalor sebsar 3137.79 Kal/gram, serta uji penampakan briket termasuk dalam kategori baik. 5. Biaya produksi briket dengan mesin tersebut adalah Rp. 450,- / kg briket arang sekam pada tingkat penggunaan mesin selama 2080 jam/tahun dan harga mesin Rp. 2 500 000,-/unit. Biaya produksi ini lebih murah dibandingkan dengan biaya produksi pembuatan briket sebelum dimodifikasi yaitu sebesar Rp. 628.49,-/kg. B. SARAN 1. Percobaan selanjutnya untuk memodifikasi mesin ini, perlu dibagi antara modifikasi desain dan uji unjuk kerja agar hasil modifikasi dapat optimal 2. Bahan briket dari komoditas yang lain perlu dicoba agar briket yang dihasilkan lebih bervariasi. 3. Perlu dibuat alat/tempat khusus untuk mekanisme pemotongan briket, agar briket yang dihasilkan dapat dipotong secara langsung dan dapat menyeragamkan ukuran briket. 4. Perlu adanya percobaan untuk menentukan sudut jatuh dari setiap bahan yang akan dikempa untuk menentukan kemiringan hopper yang sesuai agar bantuan operator untuk menurunkan bahan kedalam screw housing tidak diperlukan lagi. 5. Ulir yang akan dibuat harus memperhatikan bahan briket yang akan dikempa. Jika diperlukan briket dengan kerapatan yang tinggi, maka dibuat ulir dengan jarak antar sudu yang lebih pendek.
76
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, K., dkk. 1991. Energi dan Listrik Pertanian. Proyek peningkatan perguruan tinggi IPB, Bogor Asian Institute of Technology (AIT). 1984. Biomass Briquetting Machine (Electric and diesel system design, construction and operation manual). Deparetmen of Mechanical Engineering, Bangladesh Institute of Technology (BIT), Khulna-9203, Bangladesh. Budiman, N.1990. Mempelajari Laju Pembakaran Bahan Bakar Kayu Dengan Pemberian Dimensi Dan Bentuk Analisis Pindah Panas Dan Efisiensi Tungku Masak. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB Departemen Kehutanan.1984.Pemanfaatan Limbah Industri Perkayuan.Direktorat Jendral Pengusahaan Hutan,Direktorat Pengolahan Hasil Hutan, Jakarta Deparetemen Kehutanan. 1998/1999. Statistik Produksi dan Peredaran Kayu Olahan. Bagian Proyek Peningkatan Efisiensi Pemanfaatan Hasil Hutan, Jakarta Departemen Kehutanan. 2005. Statistik Kehutanan Indonesia. Departemen Kehutanan, Jakarta Hartoyo, Y. Ando, dan H. Roliandi. 1978. Percobaan Pembuatan Briket Arang Dari Lima Jenis Kayu. Laporan Lembaga Penelitian Hasil Hutan No. 103, Bogor Hartoyo. 1983. Pemanfaatan Limbah Pertanian/Kehutanan Sebagai Sumber Energi. Seminar. Puslitbang Hasil Hutan, Bogor Hendra, Djeni dan Saptadi Darmawan.2000. Pembuatan Briket Arang Dari Serbuk Gergajian Kayu Dengan Penambahan Tempurung Kelapa. Puslitbang Kehutanan, Bogor
77
Kartika, I. 1994. Rancangan dan Uji Performansi Alat Pengempa Kacang Tanah (Arachis hypogeal, L) Tipe Kempa Hidrolik. Skripsi. Jurusan Teknik Pertanian. FATETA, IPB, Bogor Mawarti, Endah. 2006. Modifikasi desain dan uji unjuk kerja mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing). Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor Pramudya, B dan N. Dewi. 1992. Ekonomi Teknik. Proyek Peningkatan Perguruan Tinggi. Institute Pertanian Bogor. Bogor Riseanggara, RR.2007. Optimasi Kadar Perekat pada Briket Limbah Biomassa. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor Suastawa, I.N, dkk. 2004. Statika dan Dinamika. Diktat Kuliah. Departemen Teknik Pertanian. IPB, Bogor Sularso dan Suga. 1987. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. PT. Pradnya Paramitha, Jakarta Suryani, Ani.1986. pengaruh tekanan pengempaan dan jenis perekat dalam pembuatan arang briket dari tempurung kelapa sawit (Elaeis guinensis lacq). Penelitia.. Departemen Teknologi Industri Pertanian, IPB, Bogor Syachri, N.T. 1983. Sifat Arang, Briket Arang, dan Alkohol yang dibuat dari Limbah Industri Kayu. Laporan Lembaga Penelitian Hasil Hutan No. 165, Bogor Syafrian, Adi. 2005. desain dan uji unjuk kerja mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir (screw pressing). Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor Yulistina, N.D. 2001. Analisa energi dan biomass dalam proses pembuatan briket arang. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor 78
Lampiran 1. Perhitungan dimensi poros utama Ditentukan bahwa daya yang ditransmisikan sebesar 750 Watt, putaran poros 150 RPM, fc = 1.0, bahan poros dipilih besi cor FC30 (
B
= 30 kg/mm2), Cb = 2.0, Kt = 1.5, maka perhitungan
diameter poros adalah (Sularso dan Suga, 1987): - P = 750 Watt, n = 150 RPM - Fc = 1.0 - Pd = 1.0 x 750 Watt = 750 Watt - T = 9.74 x 105 x 0.750/150 = 4870 kg.mm - FC30, -
a
=
b
= 30 kg/mm2 sf1 = 6.0 sf2 = 2.0
á³âmã ä ßåçà æmè é ê
= 2.5 kg/mm2
- Cb = 2.0 Kt = 1.5
ñò
- Ds = 1.52.04870 = 31 mm
îmë ïì ðí
Secara perhitungan diameter yang digunakan sebesar 31 mm. Namun, diameter poros yang digunakan pada mesin pengempa briket mekanis ini adalah 25.4 mm karena ukuran tersebut tidak jauh berbeda secara perhitungan dan sudah umum dipasaran.
79
Lampiran 2. Perhitungan dimensi poros transmisi Ditentukan bahwa daya yang ditransmisikan sebesar 750 Watt, putaran poros 600 RPM, fc = 1.0, bahan poros dipilih besi cor FC30 (
B
= 30 kg/mm2), Cb = 2.0, Kt = 1.5, maka perhitungan
diameter poros adalah (Sularso dan Suga, 1987): - P = 0.750 kWatt, n = 600 RPM - Fc = 1.0 - Pd = 1.0 x 0.750 kWatt = 0.750 kWatt - T = 9.74 x 105 x 0.750/600 = 1217.5 kg.mm - FC30, -
a
=
b
= 30 kg/mm2 sf1 = 6.0 sf2 = 2.0
õ³öm÷ ø óùçô úmû ü ý
= 2.5 kg/mm2
- Cb = 2.0 Kt = 1.5
- Ds = 1.52.01217.5 = 19.5 mm 19 mm
þ ÿ
Jadi diameter poros transmisi yang digunakan pada mesin pengempa briket semi mekanis ini adalah 19 mm karena telah sesuai dengan perhitungan dan merupakan ukuran diameter poros yang telah ada dipasaran.
80
Lampiran 3. Perhitungan volume dan kapasitas hopper
- Volume limas ABCDI = xluas alasxtinggi = x (ABxBC)xJI
- Sin 710 =
- CG = = 58.17 cm
- Cos 710 = !" #
- GI = $&% ')(*+ = 23.04 cm - Jadi, panjang CI = CG + GI = 58.17+ 23.04 = 81.21 cm ,-
- Sin 710 = ./ - JI = sin 710 x CI = sin 710 x 81.21 = 76.78 cm Sehingga, volume limas segi empat ABCDI adalah : 0
- Limas segi empat ABCDI = 1 x(50x50)x76.78 = 63983.3 cm3 2
- Volume limas segi empat EFGHI = 3 x(EFxFG)xLI 45
- Sin 710 = 67 - LI = sin 710 x 23.04 = 21.78 cm 8
Sehingga volume limas EFGHI = 9 x(15x15)x21.78 Lampiran 3. (Lanjutan) = 1633.5 cm3 81
Jadi, volume hopper mesin pengempa briket semi mekanis ini adalah : Volume hopper
= Volume limas ABCDI – volume limas EFGHI = 63983.3 – 1633.5 = 62349.8 cm3 = 0.062 m3
- Kerapatan bahan briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam = 0.541 gram/cm3 Masa bahan briket yang dapat ditampung
= 62349.8 cm3 x 0.541 gram/cm3 = 33731.2 gram = 33.731 kg
- Kerapatan bahan briket arang sekam = 0.462 gram/cm3 Masa bahan briket yang dapat ditampung
= 62349.8 cm3 x 0.462 gram/cm3 = 28805.6 gram = 28.806 kg
82
Lampiran 4. Perhitungan kebutuhan daya pengempaan. 1. Kebutuhan daya sebelum bahan briket dimasukan (tanpa pembebanan) Kebutuhan daya tanpa pembebanan ditentukan oleh besarnya daya yang dibutuhkan untuk memutar ulir saja. Diketahui : Diameter luar ulir (d0)
= 55 mm
Diameter dalam ulir (di)
= 21 mm
Panjang ulir
= 30 mm
Massa ulir (m)
= 1.8 kg
Kecepatan putar poros (n)
= 150 RPM
Percepatan gravitasi (g)
= 9.8 m/detik2
Jari-jari daerah pengempaan (Ra) = 1.875 cm = 0.01875 m Ra
= [(Ro-Ri)/2 + Ri] = [(27.5-10.5)/2 + 10.5] = 19 mm
(1 HP = 745.7 Watt; 1 Watt = 1.341 x 10-3 HP) Maka, kebutuhan tenaga (daya) sebelum bahan dimasukan adalah : P
=FxV
P
=mxgxV
V
=
:; < =?>A@?BDCFEHG IJ
=
KL M NAOP QSRUTAVW X YZ\[]_^a`bc de
= 0.2649 m/detik P
= 1.8 x 9.8 x 0.2649 = 4.67 Watt = 6.262 x 10-3 HP
83
Lampiran 4. (Lanjutan) 2. Kebutuhan daya saat bahan briket dimasukan (saat pembebanan) Besarnya daya yang dibutuhkan pada saat pembebanan dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu : gaya yang dibutuhkan untuk menolak gaya gesekan antara bahan briket dengan die, gaya yang dibutuhkan untuk memutar ulir, dan daya yang dibutuhkan untuk mendorong bahan briket. Diketahui : Asumsi tekanan aksial untuk pengempaan (Pt) = 1000 kN/m2 = 100 N/cm2 Jumlah bahan kempa didalam die (J) = 800 gram = 0.80 kg Koefisien gesekan antara bahan dengan permukaan die (f) dapat didekati = 0.9 Diameter luar ulir (d0) = 55 mm Diameter dalam ulir (di) = 21 mm Jari-jari daerah pengempaan (Ra) = 1.875 cm = 0.01875 m Kecepatan putar (n) = 150 RPM Sehingga dapat dihitung : a. Luas daerah pengempaan (Lp)
= x [(d0 – di)/2]2 = 3.14 x (0.0552 – 0.0212)/4 = 2.03 x 10-3 m2
b. Beban (gaya) aksial yang diperlukan pada daerah pengempaan (Pa) adalah : Pa = Pt x Lp = 1000 kN/m2 x 2.03 x 10-3 m2 = 2030 N c. Kecepatan translasi bahan yang dikempa (V) :
=
fhgjiAk?lDmFnHo pq
=
rhsatu vSw xAyz { |}\~Fa
= 0.294375 m/detik d. Gaya gesekan untuk mengempa bahan (F) = f x Pa x J = 0.9 x 2030 x 0.80 = 1461.6 N
84
Lampiran 4. (Lanjutan) e. Tenaga (daya) yang diperlukan untuk mengempa bahan adalah : D=FxV = 1461.6 x 0.294375 = 430.2585 Watt Berat briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam yang dihasilkan = 25.09 kg/jam Kebutuhan daya
= 430.2585 Watt / (25.09 kg/jam) = 17.1486 Watt.jam / kg
Berat rata- rata briket arang sekam yang dihasilkan = 34.20 kg/jam Kebutuhan daya
= 430.2585 Watt / (34.20 kg/jam) = 12.5806 Watt.jam / kg
3. Kebutuhan daya mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir rancangan Adi Syafrian (2005) Daya yang dibutuhkan
= 305.24 Watt
Briket yang dihasilkan
= 9.14 kg/jam
Kebutuhan daya
= 305.24 Watt / (9.14 kg/jam) = 33.4 Watt.jam/kg
4. Kebutuhan daya mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir rancangan Endah Mawarti (2006) Daya yang dibutuhkan
= 351.4766 Watt
Briket yang dihasilkan
= 32.93 kg/jam
Kebutuhan daya
= 351.4766 Watt / (32.93 kg/jam) = 10.6734 Watt.jam/kg
5. Kebutuhan daya mesin pengempa briket Asian Institute of Technology (AIT), Thailand. Daya motor listrik
= 25 HP = 18637.5 Watt
Kapasitas mesin rata-rata
= 90 kg/jam
Kebuuhan daya
= 18637.5 Watt / (90 kg/jam) = 207 Watt jam / kg.
85
Lampiran 5. Perhitungan konversi kecepatan putar motor listrik Diketahui :
Daya yang akan ditransmisikan (P)
= 0.75 kWatt
Putaran motor penggerak (n1)
= 1440 RPM
Putaran motor poros transmisi (n2=n3)
= 600 RPM
Putaran poros utama yang diinginkan (n4)
= 150 RPM
Diameter poros utama (d1)
= 25 mm
Untuk dapat menurunkan putaran poros motor penggerak, maka dibutuhkan dua kali konversi penurunan putaran poros sehingga system transmisi yang dipakai tidak membutuhkan tempat yang luas. Perhitungan kebutuhan pulli dan sabuk sesuai dengan persamaan dibawah ini :
_
=
_
=
¨_© ªD«
= ®¯
¬
·_¸º¹ »¼
d2 = ½¾
=
_&
sehingga
d2 =
sehingga
d3 = ¦_§
sehingga
d4 = µ¶
¿SÀÀ\ÁhÂAÃÄ ÅÇÆ È)É&ÊË ÌÍÍ
¡£¢ ¤¥ °D±² ³´
= 6 inchi
ditentukan d3 memiliki diameter sebesar 2.5 inchi, maka besarnya diameter pulli 4 adalah Î_Ï&Ð ÑÒ
d4 = ÓDÔ
=
ÕÖÖh×AØÙ ÚÇÛ ÜÝ&Þß àáâ
= 10 inchi
86
Lampiran 6. Motor listrik Tabel 15. Spesifikasi motor listrik yang digunakan pada mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir. Type BDCW Output 1 HP kW 0.75 Volt 220 Hz 50 Pole 4 Ampere 7.13 Heat 65 0C Class E RPM 1440 CW CCW Date 2007 162 162 Serial no 013224 Tabel 16. Arus listrik terukur pada motor listrik sebelum bahan briket diisikan Ulangan Arus terukur (Ampere) Tegangan listrik (Volt) Daya (Watt) 1 1.9 215 408.5 2 1.9 215 408.5 3 1.9 215 408.5 4 1.9 215 408.5 5 1.9 215 408.5 Didapatkan daya rata-rata sebesar = (408.5 + 408.5 + 408.5 + 408.5 + 408.5) Watt/ 5 = 408.5 Watt Tabel 17. Arus listrik terukur pada motor listrik ketika bahan briket diisikan Ulangan Arus terukur (Ampere) Tegangan listrik (Volt) Daya (Watt) 1 2.5 215 537.5 2 2.6 215 559 3 2.5 215 537.5 4 2.4 215 516 5 2.4 215 516 Didapatkan daya rata-rata sebesar = (537.5 + 559 + 537.5 + 516 + 516) Watt/ 5 = 533.2 Watt Tabel 18. arus listrik terukur ketika bahan briket diisikan pada penelitian Mawarti (2006) Ulangan Arus terukur (Ampere) Tegangan listrik (Volt) Daya (Watt) 1 1.79 230 411.7 2 1.82 230 418.6 3 1.78 230 409.4 4 1.83 230 420.9 5 1.80 230 414.0 Keterangan : bahan briket yang digunakan adalah arang sekam dan perekat 5% Didapatkan daya rata-rata sebesar
= (411.7 + 418.6 + 409.4 + 420.9 + 414.0) Watt/5 = 414.92 Watt
87
Lampiran 7. Perhitungan bantalan (pillow block) Ditentukan bahwa bahan bantalan terbuat dari perunggu yang menerima beban 15 kg dan putaran poros 150 RPM. Diameter poros 25 mm dan mesin pengempa ini bekerja 8 jam/hari. Diasumsikan µ = 0.01, maka perhitungan bantalan (bearing) yang akan dipakai yaitu : - d = 25mm; n = 150 RPM; Wo = 15 kg; 8 jam/hari - fc = 1.0 - W = 15 kg - Bahan poros = besi cor FC30, -
ãä
b
= 30 kg/mm2 sf1 = 6.0 sf2 = 2.0
2 c = åçæéèêéë = 2.5 kg/mm
- Bahan bantalan : perunggu, Pa = 0.7-2.0 kg/mm2 - Karena Pa ì íî ï
- I/d
0.02 kg/mm2 dari poros transmisi, maka diambil Pa = 0.02 kg/mm2
òó = õö ÷ ûü ýþ = 4.95 ð\ñ
ô
øù ú
- I = 4.95 x 25 = 123.7 mm ÿ
- p = = = 0.00485 kg/mm2 - 0.00485 kg/mm2 0.01 kg/mm2, dapat diterima -v=
"!$#%%%
= 0.19625 m/s
- pv = 0.00485 x 0.19625 = 9.518 x 10-4 kg.m/mm2.s - 0.1-0.2 adalah harga (pv)a dari poros transmisi yang akan dipakai - 9.06 x 10-4 0.1, harga keamanan terlalu tinggi, kembali ke I/d - Ambil I/d = 1.4 - I = 1.4 x 25 = 35 mm -p=
&' (*)+ ,.-/10
= 0.01714 kg/mm2
- 0.01714 kg/mm2 0.02 kg/mm2, dapat diterima - v = 0.196 m/s
88
Lampiran 8. Perhitungan pulli dan sabuk Diketahui : daya yang akan ditransmisikan sebesar P = 0.750 kWatt dengan putaran motor listrik sebesar 1440 RPM dan diameter poros listrik sebesar 15 mm. Diameter dan putaran poros transmisi yang dikehendaki sebesar 19 mm dan 600 RPM. Mesin bekerja selama 8 jam/hari. Maka : P n1
= 0.750 kWatt = 1440 RPM
Dporos = 19 mm C
= 300
Sehingga : - P = 0.750 kWatt, n1 = 1440 - i = 1440/600 = 2.4, C = 300 - Dari table pemilihan bahan, didapatkan fc = 1.4 - Pd = 1.4 x 0.750 = 1.05 kWatt - T1 = 9.74 x 105 x (1.05/1440) = 710.208 kg.mm - T2 = 9.74 x 105 x (1.05/600) = 1704.5 kg.mm - Bahan poros yang digunakan S45C, yang memiliki B = 58 kg/mm2 Sf1 = 6, Sf2 = 2 a=
58/(6x2) = 4.83 kg.mm
Kt = 2 untuk beban tumbukan, Cb = 2 untuk beban lenturan 23
- ds1 = 5.1 4.83 2 2 710.208 = 41.208 mm, baik 45
- ds2 = 5.1 4.83 2 2 1704.5 = 55.173 mm, baik - dipilih penampang sabuk V, tipe A (dari tabel pemilihan bahan sabuk) - dmin = 95 mm (dari tabel diameter minimal pulli yang diijinkan) - dp = 95 mm, Dp = 145 x 2.581 = 374.245 mm dk = 95 + 2 x 4.5 = 104 mm Dk = 374.25 + 2 x 4.5 = 383.245 mm s/3 ds1 + 10 = 52
db =
89
Lampiran 8. (Lanjutan) - v = (3.14 x 95 x 1420) / (60 x 1000) = 7.059 m/det - 7.059 (m/det) < 30 m/det, baik - 300 – (104 + 383.245) / 2 = 56.3775, baik - dipakai tipe standar, sehingga : Po = [1.34 + ((1.43 – 1.31) x (20/200))] + [(95 – 383.245)2 / (4 x 300)] = 1.322 + 0.182 = 1.504 kWatt - L = 2 x 300 + /2 x (95 + 383.245) + [(95 – 383.245)2 / (4 x 300)] = 2 x 300 + 750.844 + 69.2376 = 1420.08 mm Sehingga didapatkan nomor nominal sabuk V, nomor 56, L = 1422 Maka dipilihlah sabuk tipe A, no 56, sebanyak 1 buah, dengan dk = 104 mm, dan Dk = 383.245 mm, lubang poros = 18 mm.
90
Lampiran 9. Data dan perhitungan uji mutu briket 1. Kadar Air a. Kadar air arang sekam rata-rata
= 12.34 %
b. Kadar air serbuk gergaji rata-rata
= 14.40 %
c. Kadar air briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam - Ulangan 1 Massa awal sampel (M1)
= 10.01 gram
Massa sampel setelah pengeringan (M2)
= 9.59 gram
Maka, KAbb = (M1 – M2) / M1 x 100% = (10.01 gram – 9.59 gram) / 10.01 gram x 100% = 4.20 % - Ulangan 2 Massa awal sampel (M1)
= 11.73 gram
Massa sampel setelah pengeringan (M2)
= 11.23 gram
Maka, KAbb = (M1 – M2) / M1 x 100% = (11.73 gram – 11.23 gram) / 11.73 gram x 100% = 4.26 % Sehingga didapatkan kadar air briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam rata-rata sebesar : KAbb rata-rata = (4.20 % + 4.26 %) / 2 = 4.23 % d. Kadar air briket arang sekam sebesar : Massa awal sampel (M1)
= 11.33 gram
Massa sampel setelah pengeringan (M2)
= 10.85 gram
Maka, KAbb = (M1 – M2) / M1 x 100% = (11.72 gram – 10.85 gram) / 11.72 gram x 100% = 7.42 %
91
Lampiran 9. (Lanjutan) 2. Nilai Kalor a. Nilai kalor serbuk gergaji No Menit ke1 0 (sebelum pembakaran) 2 3 3 6 4 9 (setelah pembakaran) 5 12 6 15 7 18 NKb
= =
687:9<;=?>@A BCEDFGGIH J
T bejana 32.21 32.21 32.21 33.84 34.20 34.53 34.54
T jacket 33.26 33.30 33.31 33.35 33.78 33.82 33.86
t 0.80
x 4.186
KL MN"O
x 4.186
= 9016.64 J/gram x 0.24 = 2163.99 Kal/gram Jadi, nilai kalor serbuk gergaji adalah sebesar 2163.99 Kal/ gram b. Nilai kalor arang sekam No 1 2 3 4 5 6 7
Menit ke0 (sebelum pembakaran) 3 6 9 (setelah pembakaran) 12 15 18 NKb
=
\8]:^<_`?abc deEfghhIi
T bejana 32.10 32.10 32.25 33.20 33.38 33.44 34.03
T jacket 31.68 31.88 31.94 32.24 32.29 32.41 32.41
t 0.81
x 4.186
j kl mon p
= x 4.186 | = 9129.35 J/gram x 0.24 = 2191.01 cal/gram Jadi nilai kalor arang sekam adalah sebesar 2191.01 Kal/gram
92
Lampiran 9. (Lanjutan) c. Nilai kalor briket campuran antara serbuk gergaji dan arang sekam - Ulangan 1 No 1 2 3 4 5 6 7
Menit ke0 (sebelum pembakaran) 3 6 9 (setelah pembakaran) 12 15 18 NKb
=
}8~:<?
EI
T bejana 31.18 31.22 31.30 33.60 33.74 33.74 33.74
T jacket 32.47 32.57 32.59 32.63 32.70 32.78 32.80
t 1.12
T bejana 31.88 31.89 31.92 33.05 33.14 33.14 33.14
T jacket 31.14 31.16 31.18 31.52 31.66 31.73 31.76
t 1.14
x 4.186
? "<? EI
x 4.186 = = 12327.94 J/gram x 0.24 = 2958.71 Kal/gram
- Ulangan II No Menit ke1 0 (sebelum pembakaran) 2 3 3 6 4 9 (setelah pembakaran) 5 12 6 15 7 18 NKb
=
8:< ¡?¢£¤ ¥¦E§¨©©Iª
x 4.186
« ¬? ®¯°<±²?³´µ ¶·E¸¹ººI»
= x 4.186 ¼ = 12548.08 J/gram x 0.24 = 3011.54 Kal/gram Jadi nilai kalor briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam rata-rata adalah sebesar (2958.71 + 3011.54)/ 2 = 2985.125 Kal/ gram.
93
Lampiran 9. (Lanjutan) d. Nilai kalor briket arang sekam No Menit ke1 0 (sebelum pembakaran) 2 3 3 6 4 9 (setelah pembakaran) 5 12 6 15 7 18 NKb
=
½8¾:¿<ÀÁ?ÂÃÄ ÅÆEÇÈÉÉIÊ
T bejana 31.86 31.88 31.94 33.01 33.12 33.14 33.15
T jacket 31.12 31.13 31.16 31.48 31.64 31.71 31.74
t 1.16
x 4.186
Ë Ì?Í ÎÏ"Ð<ÑÒ?ÓÔÕ Ö×EØÙÚÚIÛ
= x 4.186 Ü = 13074.13 J/gram x 0.24 = 3137.79 kal/gram Jadi nilai kalor briket arang sekam adalah sebesar 3137.79 Kal/gram 3. Berat jenis briket a. Berat jenis briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam No Berat Panjang Diameter Diameter Volume Berat jenis briket briket (cm) luar (cm) dalam (cm) briket (cm3) briket (gram) (gram/cm3) 1 106.5 8.5 5.3 1.5 192.27 0.584 2 140.5 11.6 5.3 1.5 262.39 0.535 3 111.4 9.2 5.3 1.5 208.10 0.535 4 165.9 13.3 5.3 1.5 300.85 0.551 5 108.0 8.8 5.3 1.5 199.06 0.542 6 74.1 6.5 5.3 1.5 147.03 0.503 Rata0.541 rata Dari data diatas didapatkan berat jenis briket rata-rata adalah sebesar 0.541 gram/cm3 b. Berat jenis briket arang sekam No Berat Panjang Diameter Diameter Volume Berat jenis briket briket (cm) luar (cm) dalam (cm) briket (cm3) briket (gram) (gram/cm3) 1 110 12 5.3 1.5 243.413 0.452 2 93 10 5.3 1.5 202.844 0.458 3 99 11 5.3 1.5 223.128 0.444 4 137 14 5.3 1.5 283.982 0.482 5 77 8 5.3 1.5 162.275 0.474 Rata0.462 rata Dari data diatas didapatkan berat jenis briket rata-rata adalah sebesar 0.462 gram/cm3 94
4. Laju pembakaran Laju pembakaran =
ÝoÞàßá8âäãåæ çéè?ê:ëäìí8îðïäñ òoó:ôóõ÷öùøûúüýðþ
! "# ÿ
a. Laju pembakaran briket campuran serbuk gergaji dan arang sekam Berat briket total yang dibakar
: 107 gram
Waktu untuk pembakaran habis
: 3067 detik
Laju pembakaran
: 0.035 gram/ detik
Jadi, laju pembakaran rata-rata briket yang dihasilkan adalah : =
$%&(' )*+ ,-./ = 0.035 gram/detik
b. Laju pembakaran briket arang sekam Berat briket total yang dibakar
: 110 gram
Waktu untuk pembakaran habis
: 2619 detik
Laju pembakaran
: 0.042 gram/ detik
Jadi, laju pembakaran rata-rata briket yang dihasilkan adalah :
00132 456
= 789 :<; = >@? A = 0.042 gram/detik
95
Lampiran 10. Data dimensi mesin pengempa briket hasil modifikasi 1. Hopper - Panjang
= 500 mm
- Lebar
= 500 mm
- Tinggi
= 500 mm
- Sudut kemiringan dinding bawah
= 710
- Ukuran bukaan pintu
= 120mm x 120mm
- Luasan bagian bawah
= 150mm x 150mm
- Penahan didepan bukaan pintu
= 130mm x 60mm x 120mm
2. Screw Housing - Diameter bagian bawah
= 65 mm
- Lubang pemasukan poros ulir
= 30 mm
- Lubang pemasukan bahan ke die
= 65 mm
- Luas permukaan atas
= 85mm x 150mm
3. Ulir (Screw) - Jumlah sudu ulir
= 7 buah
- Jarak antar sudu (pitch)
= 50 mm
- Diameter dalam
= 21 mm
- Diameter luar
= 55 mm
- Tebal sudu ulir
= 2.2 mm
- Panjang ulir keseluruhan
= 350 mm
- Panjang
= 210 mm
- Diamter luar
= 60 mm
- Diamter dalam
= 58 mm
4. Die
96
Lampiran 10. (Lanjutan) 5. Pulli dan sabuk No
Jenis dan diameter
Tempat pemasangan
Putaran
Jenis dan panjang sabuk
(RPM)
penghubung
pulli 1
Pulli I tipe A
Poros motor listrik
1440
Poros konversi daya
600
Poros konversi daya
600
Pulli IV tipe A
Poros utama mesin
150
10 inchi
(berhubungan
2.5 inchi 2
Pulli II tipe A
V-Belt A 32 inchi
6 inchi 3
Pulli III tipe A 2.5 inchi
4
V-Belt A 37 inchi
langsung dengan ulir) 6. Rangka mesin total - Panjang
= 500 mm
- Lebar
= 150 mm
- Tinggi
= 300 mm
7. Rangka motor - Panjang
= 360 mm
- Lebar
= 180 mm
8. Poros utama mesin - Panjang
= 300 mm
- Diameter
= 25 mm
9. Poros transmisi mesin - Panjang
= 375 mm
- Diameter
= 19 mm
10. Dimensi total mesin pengempa briket hasil modifikasi - Panjang
= 750 mm
- Lebar
= 800 mm
- Tinggi
= 1000 mm 97
Lampiran 11. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian
Bahan briket
Timbangan digital
Adiabatic Bomb Calorimeter
Perekat
Timbangan
Tungku Pembakaran Briket
98
Lampiran 12. Pertimbangan pemilihan sabuk
Diagram Pemilihan Sabuk V. (Sularso dan Suga,1987)
99
Lampiran 13. Faktor koreksi transmisi sabuk V Mesin yang digerakan
Variasi beban sangat kecil
Penggerak Momen puntir puncak 200% Momen puntuir puncak >200% Motor arus bolak-balik Motor arus bolak-balik (momen (momen normal, sangkar tinggi, fasa tunggal, lilitan seri), bajing, sinkron), motor arus motor arus searah (lilitan searah (lilitan shunt) kompon, lilitan seri), mesin torak, kopling tak tetap Jumlah jam kerja tiap hari Jumlah jam kerja tiap hari 3-5 8-10 16-24 3-5 8-10 16-24 jam jam jam jam jam jam
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 sekrup), pompa sedang torak, kompresor, gilingan palu, pengocok, roosblower, mesin tekstil, mesin kayu Variasi Penghancur, gilingan beban bola atau batang, besar pengangkat, mesin pabrik karet (rol, kalender) Sumber : Sularso dan Suga (1987)
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
100
Lampiran 14. Sifat-sifat mekanis standar bahan logam Kelompok bahan Besi cor Baja cor
Baja karbon Baja paduan dengan pengerasan kulit Baja khrom nikel
Lambang bahan FC 15 FC 20 FC 25 SC 42 SC 46 SC 49 S30C S40C S25C S35C S45C S15CK SNC 21 SNC 22 SNC 1 SNC 2 SNC 3
Perunggu Logam delta Perunggu fosfor (coran) Perunggu nikel (coran) Sumber : Sularso dan Suga (1987)
Kekuatan tarik 2 b (kg/mm ) 15 20 25 42 46 49 48 62 45 52 58 50
Kekuatan lentur 2 a (kg/mm ) 7 9 13 12 19 20 21 26 30 30
80 100 75 85 95 18 35-60 19-30
Kekerasan (brinell ) (Hb) 140-160 160-180 180-240 140 160 190 137-197 179-255 123-183 149-207 167-229 400 (dicelup dingin dalam minyak) 600 (dicelup dingin dlm air) 212-225 248-302 269-321 85 0 80-100
64-50
180-260
20-30
35-40 40-55 35-40 40-60 40-60 5 10-20 5-7
101
Lampiran 15. Detail mesin pengempa briket hasil modifikasi
102
Lampiran 15. (lanjutan)
103
Lampiran 15. (Lanjutan)
104
Lampiran 15. (Lamjutan)
105
Lampiran 15 (Lanjutan)
106
Lampiran 15. (Lanjutan)
107
