PENGEMBANGAN KONSEP DESAIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR UNTUK ARANG TANDAN SAWIT KOSONG
ANDI PRIO PAMUNGKAS
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pengembangan Konsep Desain Mesin Pengempa Briket Semi Mekanis Tipe Kempa Ulir untuk Arang Tandan Kosong Sawit (TKS) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Oktober 2013 Andi Prio Pamungkas NIM F14070073
ABSTRAK ANDI PRIO PAMUNGKAS. The Design Concept Development of Briquette Pressing Machine Semi Mechanic Type of Screw Pressing for Empty Palm Coal Bunches. Supervised by TINNEKE MANDANG. . Empty bunches from palm were waste with high benefit but less used optimum. One of the way to increase the benefit from this waste was to use it as the raw material of bunches briquette. Making of briquette pressing machine was used to increase the better quality of briquette. Types of briquette machine were regular pressing tool, mechanic pressing tool and hydraulic pressing tool. The objective of this research was to develop the previous design of briquette pressing machine into machine which can work in optimum. On this research has modified from previous machines owned by Endah Marwati (2006) and Irwan Darmawan (2008). Design modification has create a design of briquette pressing machine semi mechanic type of screw pressing with power needed for 7.453 Watt hour/kg less than if compared with Irwan darmawan’s power needed as 17.1486 Watt hour/kg while Endah Marwati power needed for 10.6734 Watt hour/kg. This was caused by the certain modification especially on briquette pressing part both material and dimension. Besides that, the characteristic of briquette raw material affected the pressing process. This was also indirectly affected level power needed by that machine, the harder material and the more material needed to be pressed there will increase the needed of power Keywords: briquette, design, briquette pressing
PENGEMBANGAN KONSEP DESAIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR UNTUK ARANG TANDAN SAWIT KOSONG
ANDI PRIO PAMUNGKAS
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
Judul Skripsi : Pengembangan Konsep Desain Pengempa Briket Semi Mekanis Tipe Kempa Ulir untuk Arang Tandan Sawit Kosong Nama : Andi Prio Pamungkas NIM : F14070073 Program Studi : Teknik Mesin dan Biosistem
Disetujui oleh
Prof.Dr. Ir. Tineke Mandang, M.S. Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M eng. Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret 2012 hingga Mei 2012 dengan judul Pengembangan Konsep Desain Pengempa Briket Semi Mekanis Tipe Kempa Ulir untuk Arang Tandan Sawit Kosong. Terima kasih penulis ucapkan kepada: 1. Allah swt yang telah memberikan rahmat dan hidayah sehingga penulis dapat menyelasaikan penulisan skripsi ini 2. Ibu Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, M.S, yang sangat membantu dan sabar dalam membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Ibu, kakak serta ayah saya yang telah memberikan dukungan dan doa 4. Zhalindri Noor Adjani yang telah memberikan dukungan selama ini 5. Teman-teman Wisma Galih, Banditos, teman-teman satu bimbingan, Panji Laksamana, Tri yulni, Topan Argandhi, Ricky Harianja dan teman-teman serta pihak yang tidak bisa disebutkan satu-persatu. 6. Keluarga besar TEP 44, terimakasih atas semuanya Penulis menyadari masih terdapat banyak sekali kekurangan dalam penulisan skripsi ini, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan pihak yang memerlukan Bogor, Juli 2013 Andi Prio Pamungkas
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Bahan
2
Alat
3
Prosedur Analisis Penelitian
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Rancangan dan Modifikasi Desain Mesin Pengempa Briket Semi Mekanis Tipe Kempa Ulir 5 Rancangan Fungsional
5
Rancangan Struktural
6
Modifikasi Desain Mesin Pengempa Briket Semi Mekanis Tipe Kempa Ulir 10 KESIMPULAN DAN SARAN
17
Kesimpulan
17
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
20
RIWAYAT HIDUP
39
DAFTAR TABEL 1 Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan 2 Puli dan sabuk yang digunakan
8 15
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Bahan baku briket Briket berbahan tandan sawit Sketsa analisis pada beban rangka Desain modifikasi mesin Ulir Screw housing Die Hopper Poros utama Poros transmisi Transmisi daya
3 4 7 11 11 12 12 13 13 14 15
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Kadar air, abu dan desnsitas bahan Uji kualitas briket Penjabaran fungsional mesin pengempa briket menjadi subfungsi Komponen yang telah dimodifikasi Perhitungan poros utama Perhitungan poros transmisis Perhitunganan volume Hopper Perhitungan kebutuhan daya pengempaan Perhitungan konversi kecepatan putar motor listrik Perhitungan Pillow block Puli dan sabuk Dimensi mesin hasil modifikasi Mesin pengempa briket semi mekanis rancangan Irwan Darmawan Desain modifikasi mesin pengempa briket semi mekanis
20 22 23 24 27 28 29 30 32 33 34 35 36 37
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Energi merupakan hal yang sangat krusial di masa ini, kelangkaan energi memaksa kita untuk berupaya menemukan energi alternatif lain sebagai pengganti untuk ketersediaan energi yang telah menipis. Berbagai sumber energi konvensional yang ada sudah terancam habis keberadaanya karena eksplorasi yang sangat berlebihan guna memenuhi kebutuhan energi yang kita konsumsi. Permasalahan tersebut telah membuat pemerintah untuk menghasilkan kebijakankebijakan dalam mengatasinya untuk menjamin ketersediaan energi di Indonesia. Salah satu kebijakan yang telah dibuat pemerrintah guna menanggulangi masalah kelangkaan energi adalah dengan membatasi explorasi minyak bumi secara besarbesaran dan memperkenalkan sumber energi alternatif lain sebagai penggantinya. Kelapa sawit (Elaeis guineensis, Jaaq) adalah salah satu tanaman yang sangat potensial untuk digunakan sebagai salah satu bahan untuk pembuatan minyak nabati, karena potensi kelapa sawit di Indonesia cukup besar dengan luas perkebunan mencapai 7.363.847 Ha yang memproduksi minyak dari kelapa sawit hingga mencapai 19.844.901 Ton dan terus berkembang pada luas areal perkebunan dan produksi kelapa sawit yang terus meningkat tiap tahunnya (Dirjen Perkebunan 2008). Seiring produksi dari minyak sawit yang terus meningkat maka secara tidak langsung menyebabkan peningkatan produksi limbah yang lebih tinggi pula. Baik itu berupa limbah dari cangkang, pelepah, serat maupun tandan yang kosong. Limbah kelapa sawit ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif dengan cara mengubahnya menjadi briket melalui densifikasi atau pengempaan. Pengempaan dilakukan untuk mengecilkan ukuran dari biomass itu sendiri sehingga lebih efisien dalam penanganan dan pengangkutannya. Briket berbeda dengan pelet, dimana briket merupakan produk densifikasi berbentuk padatan dengan ukuran yang lebih besar dan digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan pelet merupakan bentuk padatan dari proses densifikasi akan tetapi bentuknya lebih kecil dari briket dan tidak selalu digunakan sebagai bahan bakar saja. Salah satu parameter penentu kualitas bahan bakar biomassa yaitu nilai kalor yang dihasilkan selama proses pembakaran dimana semakin besar nilai kalor yang dihasilkan akan semakin bagus kualitas dari briket tersebut. Salah satu cara peningkatan nilai kalor tersebut dapat dilakukan melalui proses pengarangan. Negara- negara maju seperti jerman dan Canada mengembangkan briket sebagai bahan bakar alternatif yang berasal dari kepingan kecil kayu. Pada saat ini pembuatan briket sudah berkembang dengan menggunakan alat pengempa briket, jenis dari mesin pengempa itu sendiri adalah pengempa biasa dengan tuas, pengempa hidrolik dan alat kempa mekanis. Ketiga jenis mesin tersebut memiliki keunggulan dan cara kerja yang berbeda. Mesin pembuat briket memang bukan merupakan hal yang baru saat ini, mesin ini banyak dijual di pasaran dengan berbagai variasi dan kelebihan yang berbeda. Seiring dengan perkembangan jaman kebutuhan akan iniovasi mesin ini harus terus ditingkatkan agar kualitasnya menjadi lebih baik.
2
Perumusan Masalah Pemanfaatan limbah tandan sawit menjadi briket adalah solusi yang baik untuk menanggulangi limbah, akan tetapi pengujian kualitas kelayakan bahan sebagai bahan baku briket perlu dilakukan agar dapat dihasilkan briket dengan kualitas yang baik. Pengembangan konsep desain pengempa briket dilakukan dengan memperhatikan data awal dari pengujian kelayakan bahan dan kelayakan briket sehingga diharapkan menghasilkan desain alat yang dapat bekerja dengan optimal dengan hasil briket yang berkualitas. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menguji laju pembakaran briket berbahan arang tandan sawit kosong setelah itu dilakukan pengembangan desain mesin pembuat briket berbahan arang dari tandan sawit kosong berdasarkan data yang telah diperoleh selama proses penelitian pendahuluan. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai keunggulan dan kekurangan dari briket berbahan arang tandan sawit kosong. Selain itu, diharapkan agar pengembangan rancangan mesin ini dapat dijadikan acuan dalam rancang bangunnya. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian ini adalah penelitian pendahuluan, pengambilan data mengenai kualitas briket, pembuatan desain pengempa briket, serta penulisan laporan.
METODE Penelitian ini dibagi menjadi 2 tahap, tahap 1 adalah penelitian pendahuluan dengan melakukan pembuatan dan pengujian kualitas briket menggunakan Furnace yang dilaksanakan pada Maret 2012 sampai April 2012 di laboratorium Leuwikopo dan laboratorium Departemen Fisika Fakultas MIPA IPB. Penelitian tahap 2 dilaksanakan pada Mei 2012 hingga Februari 2013 berupa pembuatan rancangan pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian pendahuluan ini adalah tandan sawit kosong baik yang telah dihancurkan dan tandan kosong yang telah dijadikan arang terlebih dahulu kemudian tepung kanji yang akan digunakan sebagai perekat. Untuk briket yang digunakan dirumah tangga digunakan dengan perekat dengan kadar tidak lebih dari 5% karena akan mengakibatkan penurunan mutu briket (Abdullah dkk. 1991).
3
Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian pendahuluan ini adalah :Pengempa briket manual, cetakan briket, pipa besi, stopwatch, kamera furnace, peralatan archimedes, alat tulis, tungku pembakaran dan solid works. Prosedur Analisis Penelitian Penelitian ini terbagi dalam 2 tahap, tahap pertama merupakan penelitian pendahuluan yang meliputi, pengumpulan bahan baku, pengarangan bahan baku, analisa sifat fisik bahan baku, kemudian pembuatan briket dengan bahan jarak kemudian pengujian mutu briket. Setelah penelitian tahap pertama selesai dilakukan penelitian lanjutan (penelitian utama) yang merupakan inti dari penelitian ini, pada tahap kedua dilakukan pengembangan rancangan dari desain yang telah dibuat sebelumnya oleh saudara Irwan Darmawan dan Endah Mawarti dengan menggunakan data densitas arang tandan kosong sawit dimana data ini akan digunakan untuk menentukan rancangan pada bagian pengempa ( screw, screw housing dan die). Pengumpulan Bahan Baku Bahan yang digunakan untuk pembuatan briket adalah: arang dari tandan kosong sawit dan tepung kanji yang digunakan sebagai bahan perekat briket.
Gambar 1 Tandan kosong sawit. Proses Pengarangan bahan baku Bahan baku yang diarangkan adalah tandan kosong sawit. Proses pengarangan dilakukan dengan metode pyrolysis dimana proses bahan baku berubah menjadi arang dikarenakan panas yang membuat bahan terurai, bukan karena terbakar langsung oleh api. Sifat Fisis Bahan Baku Briket Pengukuran sifat fisik dilakukan untuk bahan arang tandan sawit kosong dan arang dari tandan sawit kosong, pengukuran dilakukan untuk mencari kadar air, kadar abu dan densitas sedangkan pengukuran untuk menentukan nilai kalor bahan tidak dilakukan. Pengukuran kadar air dan abu digunakan alat furnace dimana bahan di masukan kedalam oven dengan suhu dan waktu tahan tertentu, sedangkan densitas diukur menggunakan alat dengan prinsip Archimedes. Data
4
mengenai nilai dari kadar air, abu serta densitas bahan dapat dilihat dalam lampiran 2. Pembuatan dan Pembakaran Briket Pembuatan briket dilakukan sesuai dengan panduan modul praktikum mata kuliah Energi Listrik Pertanian dimana perekat yang digunakan untuk briket adalah 5% dari bahan yang digunakan, tapi semua itu tergantung dari jenis bahan baku itu sendiri. Pembakaran briket dilakukan dengan membakar briket menggunakan tungku gerabah (anglo) yang sudah umum digunakan masyarakat desa dengan bahan bakar berupa kayu bakar, nilai-nilai yang didapatkan dalam pembakaran briket ini adalah lama waktu untuk menyalakan, tingkat kesulitan pembakaran, proses pembakaran, lamanya terbakar, dan laju pembakaran. hasil dari pembakaran briket dapat dilihat pada lampiran 3.
(a)
(b)
(c) Gambar 2 (a) Briket arang dari tandan kosong sawit kasar, (b) arang dari tandan kosong sawit halus, dan (c) arang dari cangkang sawit. Analisis Fungsional Mesin pengempa briket tipe kempa ulir ini berfungsi untuk memadatkan bahan briket dan membentuknya kedalam bentuk tertentu sehingga briket yang dihasilkan akan lebih efisien baik dalam penggunaan maupun penyimpanannya. Pembuatan mesin pengempa briket ini tidak hanya ditujukan untuk satu komoditas saja, melainkan berbagai komoditas yang dapat digunakan sebagai bahan pembuat briket. Pernyataan tersebut adalah dorongan untuk mengembangkan kemampuan mesin agar menjadi lebih baik, oleh karena itu dilakukan modifikasi pada desain mesin pengepa briket tipe kempa ulir ini agar dapat dimaksimalkan kinerja mesin tersebut. Modifikasi telah dilakukan oleh Darmawan Iwan (2008) didapatkan tekanan pengempaan pada alat tersebut sebesar 3.87 kPa. Besarnya tekanan pengempaan ini memengaruhi tingkat kerapatan briket yang dihasilkan. Semakin besar tekanan pengempaan, maka kerapatan briket yang dihasilkan akan semakin
5
besar Abdullah dalam Darmawan (2008). Kerja mesin ini mengacu pada prinsip Extruder dimana bahan yang terus dimasukan kedalam hopper yang kemudian dimampatkan oleh ulir yang mendesak bahan masuk kedalam die dan bahan yang masuk kedalam die tersebut akan mendapatkan tekanan terus menerus dari bahan yang disalurkan oleh extruder tersebut. Sumber tenaga dari mesin ini adalah sebuah motor listrik 1 phase dengan daya sebesar 0.75 KW dengan system transmisi sabuk puli. Modifikasi yang telah dilakukan oleh Darmawan Iwan (2008) terdirir dari beberapa komponen, yaitu : hopper, mainshaft, screw housing, screw, die, pillow block, rangka motor dan utama, puli dan sabuk dan poros transmisi daya. Analisis Kekuatan Mesin Untuk kekuatan dan stabilitas , mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir hasil modifikasi darmawan irwan ( 2008 ) memiliki karakteristik yaitu kerangka mesin yang digunakan adalah besi siku yang berukuran 40 mm x 40 mm x 3 mm dengan panjang total rangka adalah 500 mm disertai penyangga pada bagian kaki rangka yang dibuat guna mengurangi goncangan mesin. Kekuatan lentur yang dimiliki adalah 1.749 kg/mm².
HASIL DAN PEMBAHASAN Rancangan dan Modifikasi Desain Mesin Pengempa Briket Semi Mekanis Tipe Kempa Ulir Penelitian pendahuluan mengenai pembuatan briket berbahan dasar arang tandan sawit kosong, sekam dan bungkil jarak yang telah dilakukan merupakan tahap awal untuk langkah selanjutnya, yaitu modifikasi mesin pengempa briket mekanis tipe ulir. Data yang didapatkan dalam penelitian pendahuluan ini selanjutnya akan dijadikan referensi dalam memodifikasi desain mesin yang telah dibuat oleh saudara Irwan Darmawan (2008) dan Endah Mawarti(2006). Pengembangan atau modifikasi desain mesin pengempa briket ini dilakukan untuk memperbaiki kekurangan dari desain sebelumnya. Rancangan modifikasi desain dari mesin tersebut didasarkan pendekatan pada analisis yang dilakukan, mencakup analisis fungsional dan analisis kekuatan juga stabilitas mesin yang diuraikan seperti berikut ini. Rancangan Fungsional Modifikasi dalam mesin pengempa briket semi mekanis tipe kepa ulir ini bertujuan meningkatkan kinerja mesin dan menghasilkan briket berkualitas tinggi sesuai dengan yang diharapkan oleh penulis. Briket yang diharapkan sebagai keluaran dari pengembangan rancangan desain mesin pengempa ini adalah briket berbahan baku arag tandan sawit halus dengan densitas 0.840 gram/cm³. Agar mesin dapat beroperasi dengan baik dan sesuai fungsinya diperlukan subfungsi dari rancangan struktural yang berupa komponen – komponen yang berfungsi menunjang kinerja mesin secara keseluruhan. Penjabaran fungsional dari mesin
6
pengempa briket tipe kempa ulir menjadi sub-sub fungsi dapat dilihat pada lampiran 4. Rancangan Struktural Ulir Ulir merupakan komponen terpenting dalam pengoperasian mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir ini, karena prinsip kerja alat yang menitik beratkan pada penggunaan ulir sebagai sarana pengempa bahan briket yang ada dalam screw housing ke dalam die untuk melakukan pencetakan. Ulir yang dibuat sengaja dirancang agar pergerakannya berputar searah jarum dan memiliki sistem alur tunggal untuk dapat memadatkan bahan briket. Dibawah ini adalah rumus untuk mengetahui sudut kemiringan dan kapasitas ulir. Ulir yang dimodifikasi memiliki dimensi keseluruhan sebagai berikut: Diameter luar (d2) = 55 mm Diameter dalam (d1) = 25 mm Panjang ulir keseluruhan (p) = 350 mm Putaran maksimum (n) = 130 RPM Jarak antar sudu (pitch) = 60 mm (1 feet³ = 28316.8 cm³, 1 jam = 3600 detik x α
y α = arc tan (x/y) α = arc tan (55/60) = 42.5 º Maka, sudut kemiringan (α) = 42.5º Kapasitas ulir =
-
x
-
= = 471.82 feet³/jam = 471.82 x = 3711.231 cm³/detik Screw Housing Bagian ini terbuat dari bahan stainless steel dengan ketebalan 1.5 mm, dengan luas permukaan bagian atasa adalah 130 mm x 100 mm dan bentuk bagian bawah yang dibuat menjadi bentuk setengah lingkaran. Bagian bawah memiliki diameter sebesar 65 mm. Untuk lubang pemasukan screw dibuat dengan diameter sebesar 30 mm sedangkan untuk pemasukan bahan ke die dibuat lubang dengan diameter 65 mm Pegangan pada screw housing dibuat dengan melakukan pengeboran pada bagian samping screw housing sebanyak 6 buah yang digunakan untuk memasangkan screw housing dengan rangka mesin.
7
Hopper Hopper merupakan wadah sementara yang digunakan untuk menampung bahan briket yang akan dicetak, Hopper memiliki bentuk limas segi 4 yang terpotong bagian ujungnya sehingga berbentuk persegi 4. Hopper memiliki dimensi keseluruhan sebagai berikut : dimensi bagian atas berukuran 400 mm x 400 mm, sisi bagian bawah sebesar 120 mmx 120 mm , tinggi hopper sebesar 400 mm. Volume hopper dapat dihitung dengan menggunakan rumus matematika yang dapat dilihat dalam lampiran 8 Rangka Mesin Bahan utama yang digunakan untuk membuat rangka mesin adalah besi siku dengan dimensi 40 mm x 40 mm x 3 mm dengan panjang besi siku sebesar 500mm. Beban yang akan diterima oleh rangka mesin dapat dilihat dalam gambar dibawah ini : W h
b H
P
B
Gambar 3 Sketsa analisis beban pada rangka. Dimana :
W = Beban yang diterima rangka H = Lebar 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
Beban mesin keselurahn diperkirakan 20 kg dengan panjang 500 mm , maka ukuran besi siku yang dibutuhkan dapat dianalisis dengan persamaan berikut : σ =
…………………………………………………………………….. 1)
M=
…………………………………………………………………….. 2)
I =
……………………………………………………………………....3)
Dimana : σa = Kekuatan lentur bahan (Kg/mm²) M = Momen lentur (Kg.mm) W = Berat mesin (Kg)
8
c = Titik pusat kelenturan (mm) I = Inersia bahan (mm^4) P = Panjang rangka mesin (mm) Dipilih bahan FC30 , maka perhitungannya adalah : M rangka = 20 x 250 = 5000 Kg. mm I rangka =
(BH³ - bh³) =
((40)(40)³ - (37)(37)³) =
57153.25 mm^4 σ rangka =
=
= 1.749 Kg/mm² < σa
dari hasil di atas diperoleh besarnya beban lentur yang terjadi pada rangka lebih kecil dari kekuatan lentur bahan yang diizinkan sehingga besi siku dengan dimensi ini memenuhi syarat. Poros Utama Poros mesin utama merupakan tempat untuk meneruskan daya dari sistem transmisi puli dan sabuk menuju ulir. Beban yang diterima oleh poros utama ini adalah beban puntir dan beban tarik dari system transmisi termasuk lendutan karena panjangnya poros tersebut. Menurut Sularso dan suga (1987) dalam Endah Marwati (2006), jika P adalah daya nominal output yang berasal dari motor penggerak, maka berbagai maca faktor keamanan dapat diambil untuk menghitung besarnya poros yang dibutuhkan sesuai dengan persamaaan berikut: Pd = fc x P …………………………………………………… 4) dimana : Pd = Tenaga rencana (Kw) P = Tenaga nominal penggerak (Kw) fc = Faktor koreksi daya Tabel 1. Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan Daya yang akan ditransmisikan Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal
Fc 1.2 – 2.0 0.8 – 1.2 1.0 – 1.5
Sumber : Sularso dan Suga (1987)
Besarnya tegangan geser pada poros yang diizinkan didapatkan dengan persamaan berikut : τa =
dimana :
…………………………………………………………5)
τa = Tegangan geser yang diizinkan ( kg/mm²) = Kekuatan tarik (kg/mm²) Sf1= Faktor keamanan pengaruh massa dengan nilai : 5.6 untuk bahan S-F 6.0 untuk bahan S-C Sf2 = Faktor keamanan kekasaran permukaan, dengan nilai 1.3 – 3.0
9
Besarnya momen torsi yang terjadi pada poros dapat dihitung dengan persamaan berikut : T = 9.74 x 10^5 x …………………………………………………6) dimana : T = Momen torsi yang terjadi (kg.mm) Pd = Tenaga rencana yang ditransmisikan (kW) n = Putaran poros (RPM) Diameter poros dapatdihitung dengan persamaan : Ds=( Kt Cb T )⅓…………………………………………………7) dimana : Ds = Diamater poros (mm) τa = Tegangan geser yang diizinkan ( kg/mm) Kt = Faktor koreksi untuk momen punter 1.0 jika beban dikenakan secara halus 1.0 - 1.5 jika terjadi tumbukan atau kejutan 1.5 - 3.0 jika beban dikejutkan dengan tumbukan besar Cb = Faktor kelenturan 1.2 - 2.3 jika diperkirakan tidak terjadi beban lentur 1.0 jika tidak terjadi pebebanan lentur T = Momen punter rencana (kg.mm) Dengan menggunakan nilai – nilai : P = 0.750 Kw, n = 130 RPM, Fc = 1.0, T = 5619. 2 kg.mm, Cb = 2. 0, Kt = 1.5, bahan poros adalah S 45 C-D dengan σb = 60 kg/mm², diperoleh diameter poros sebesar 24.98 mm, sedangkan ukuran yang telah ada dipasaran adalah 25. 4 mm dan panjang 300 mm. Untuk lebih jelas mengenai perhitungan poros dapat dilihat dalam lampiran 6. Poros Transmisi Perhitungan pada poros transmisi dilakukan dengan menggunakan persamaan - persamaan dalam menghitung poros utama. Perbedaan dengan poros utama terletak pada beban puntir murni yang terjadi pada poros transmisi dikarenakan adanya tarikan gaya pada penyaluran daya. Dimensi poros transmisi adalah 16 mm untuk diameter dengan panjang 350 mm. Sistem Transmisi Daya Sistem transmisi daya yang diterapkan pada mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir adalah system transmisi puli dan sabuk, dimana dimensi puli dan sabuk ditentukan oleh besarnya daya yang akan di transmisikan. Jarak antara sumber daya dan bidang daya, beserta besarnya putaran yang diinginkan (Sularso dan Suga dalam Endah Marwati (2006)). Sabuk – V dipakai untuk mereduksi putaran. Perbandingan umum yang dipakai adalah perbandingan reduksi I, dimana : i=
=
dimana :
= u …………………………………………………..8) n1 = Putaran puli 1 (RPM)
10
n2 = Putaran puli 2 (RPM) D1 = Diameter puli 1 (mm) D2 = Diameter puli 2 (mm) u = perbandingan putaran Kecepatan linear sabuk (v) (m/s) dihitung dengan rumus : v=
………………………………………………….9)
dimana :
n1 = Putaran puli 1 (RPM) = 3.14 D1= Diameter puli 1 (mm) Dipasaran terdapat bermacam-macam ukuran sabuk maupun puli. Ukuran sabuk didasarkan pada jarak sumbu poros ( C ) serta diameter puli yang digunakan. Jarak sumbu poros dapat dinyatakan dengan : C =
-
dimana : b = 2L – 3.14 (D1 +D2) L = Panjang poros (cm) Modifikasi Desain Mesin Pengempa Briket Semi Mekanis Tipe Kempa Ulir Modifikasi pada desain mesin dilakukan terhadap beberapa komponen yang berkaitan dengan pengempaan yang dilakukan mesin untuk menghasilkan briket dengan mutu yang lebih baik. Modifikasi mesin dilakukan setelah mengetahui hasil dari analisis fungsional dan analisis kekuatan mesin. Modifikasi telah telah dilakukan sebelumnya oleh saudara Irwan Darmawan (2008) dapat dilihat dalam lampiran 14 . Penjabaran mengenai modifikasi desain mesin dapat dilihat dalam lampiran 5. Desain mesin pengempa briket yang telah dimodifikasi disajikan pada gambar di bawah ini
11
Gambar 4 Desain modifikasi mesin pengempa briket tipe kempa ulir Ulir Ulir berfungsi membawa bahan briket dan memampatkannya ke dalam die sehingga menghasilkan briket dalam bentuk yang padat. Modifikasi yang dilakukan terhadap ulir meliputi : bahan ulir, jarak antar sudu, jumlah sudu dan tebal sudu ulir. Pada modifikasi yang telah dilakukan sebelumnya (Irwan Darmawan 2008) bahan pembuat ulir adalah besi cor yang kemudian diganti dengan menggunakan poros pejal berbahan stainless steel dengan harapan agar ulir menjadi tahan beban punter, mengurangi keemungkinan terjadinya slip karena pemadatan bahan dalam screw housing dan tahan terhadap karat. Bahan pembuat ulir memiliki panjang keseluruhan 350 mm dengan 50 mm adalah bagian yang sengaja dibuat menjadi runcing menyerupai bentuk kerucut yang berfungsi untuk menekan bahan ke dalam die, pros pejal ini memiliki diameter 25 mm . Sudu ulir dibuat menjadi 60 mm yang berarti dengan panjang total 350 mm menghasilkan 5 sudu ulir dengan jarak yang cukup renggang diharapkan agar tidak terjadi pemadatan di dalam rumah ulir. Sudu Ulir terbuat dari plat stainless steel yang dibentuk menyerupai bentuk ring dengan diameter luar 55 mm dan diameter dalam 25 mm dengan tebal ring 2 mm.
Gambar 5 Ulir
12
Screw Housing Screw housing berfungsi sebagai ruang bagi screw untuk memampatkan bahan kedalam die sehingga dihasilkan briket dengan bentuk padatan. Modifikasi yang dilakukan meliputi : diameter bagian bawah, dan luas permukaan bagian atas screw housing. Screw housing terbuat dari bahan stainless steel, pada diameter bagian bawah screw housing dilakukan perubahan diameter menjadi 70 mm. Luas permukaan bagian atas screw housing dimodifikasi menjadi 130 x 100 mm ini dilakukan agar tidak ada bahan yang terbuang saat ulir mendorong bahan menuju die. Lubang pemasukan poros ulir sebesar 30 mm dan lubang pemasukan bahan menuju die sebesar 65 mm. Pembentukan lengkungan pada screw housing ini dilakukan dengan cara menekuk plat stainless steel menjadi bentuk setengah lingkaran.
Gambar 6. Screw housing Die Die berfungsi sebagai tempat untuk memadatkan briket. Modifikasi yang dilakukan pada briket adalah penambahan pada panjang briket menjadi 250 mm. Diameter bagian luar 65 mm dan 59 mm untuk diameter bagian dalam. Pada bagian ujung terdapat alur ulir sepanjang 50mm sebagai penyambung die dengan rangka utama. Die dibuat dengan bahan stainless steel dengan asumsi koefisien gesekannya 0.6 (Endah marwati (2006)) dengan koefisien gesek sekecil ini diharapkan tidak ada kendala dalam pengempaan bahan kedalam die dan cukup tahan terhadap karat karena terbuat dari stainless steel.
Gambar 7. Die Hopper Hopper berfungsi untuk menampung bahan briket sementara sebelum disalurkan menuju screw housing. Bahan yang digunakan untuk membuat hopper adalah stainless steel, ini karena stainless steel merupakan bahan yang tepat karena memiliki koefisien gesek yang rendah dan hopper harus dapat mengalirkan
13
bahan dengan mudah. Modifikasi dilakukan dengan mengubah dimensi hopper. Panjang, lebar dan tinggi hopper secara keseluruhan adalah 400 mm x 400 mm x 400mm hal ini dilakukan untuk mencegah penumpukan bahan dalam hopper yang dapat memicu terjadinya slip pada screw housing selama proses pengumpanan. Hopper tersebut diberikan dinding penghalang dengan kemiringan sudut mencapai 47º (Endah marwati 2006) agar bahan lebih mudah diumpankan kedalam screw housing, hopper memiliki pintu pada bagian bawah yang berfungsi untuk pintu pemasukan bahan ke dalam die. Pada bagian ini tidak dilakukan modifikasi, pintu dibuat pada salah satu sisi dari hopper dengan dimensi bukaan memiliki panjang x lebar 125 mm x114 mm . Pintu hopper dibuat dari stainless steel dengan lubang memanjang 80 mm serta dipasang mur berdiameter 10 mm untuk membuka dan menutup pintu hopper.
Gambar 8. Hopper Poros Utama Poros utama mesin berfungsi untuk menyalurkan daya dari puli dan sabuk menuju ulir untuk mengempa bahan menjadi briket. Modifikasi yang dilakukan pada bagian poros utama adalah penggantian bahan utama pembuat poros. Sebelum modifikasi bahan pembuat poros adalah besi cor FC30 dengan kekuatan tarik sebesar 30 kg/mm² setelah dimodifikasi bahan diganti menjadi baja karbon definis dingin S45C-D dengan kekuatan tarik yang lebih besar yaitu 60 kg/mm² , Pada dimensi panjang poros tidak dilakukan perubahan, panjang poros tetap 300 mm karena beban lendutan, puntir dan bending sudah diantisipasi dengan penggantian bahan pembuat poros. Dimensi pada bagian poros hanya berubah pada bagian diameter. Sebelum dimodifikasi diameter poros adalah 31 mm setelah di modifikasi didapatkan diameter sebesar 24.98 mm, ukuran ini merupakan ukuran yang sangat mendekati dengan ukuran yang disediakan di pasaran yaitu 25 mm dibandingkan ukuran yang sebelumnya yang mencapai 31 mm..
Gambar 9. poros utama
14
Poros Transmisi Poros transmisi berfungsi menyalurkan daya dari transmisi sabuk puli I yang mempunyai kecepatan putar sebesar 1440 RPM menuju sistem transmisi sabuk puli II yang mempunyai kecepatan 130 RPM. Modifikasi yang dilakukan pada bagian ini adalah mengganti bahan pembuat poros FC30 dengan bahan baja karbon definis dingin S45C-D untuk menguatkan poros degan berbagai beban yang akan diterima poros tersebut. Diameter poros sebesar 15.08 dibulatkan menjadi 16 mm. Setelah pembulatan pun ukuran ini sulit untuk didapatkan di pasaran, akhirnya digunakan diameter 18 sesuai yang telah ada dipasaran (Irwan Darmawan 2008). Panjang poros pun dirubah menjadi 380 mm hal ini dikarenakan untuk mengurangi kemungkinan terjadinya puli terlepas dari poros.
Gambar 10. poros transmisi Sistem Transmisi Daya Pada bagian ini tidak terjadi perubahan keseluruhan, hanya saja putaran poros direduksi sehingga perlu penggantian ukuran puli. Putaran pada poros pertama yang dikehendaki adalah 130 RPM hasil reduksi dari putaran poros sebelum dimodifikasi sebesar 150 RPM. Penurunan putaran dilakukan dengan alasan agar putaran screw yang disambungkan ke poros tidak terlalu kencang. Putaran RPM yang terlalu tinggi pada poros dikhawatirkan akan membuat ulir berhenti bekerja karena gesekan antara bahan dan die relatif besar sedangkan putaran poros cukup tinggi, selain itu dikahawatirkan pengempaan bahan tidak cukup baik di dalam screw housing Untuk mendapatkan putaran sebesar 130 RPM pada poros utama dilakukan penggantian puli pada poros transmisi menjadi 6 inchi. Puli ini dihubungkan langsung dengan motor listrik, sementara itu puli pada motor listrik memiliki diameter 2.5 inch , puli dengan diameter 6 inch diletakan diatas puli pertama pada poros transmisi daya . Puli dengan diametr 2.5 inch lainnya diletakan di ujung lain poros transmisi daya dan puli dengan diameter 12 inch diletakan tepat pada poros utama mesin. Sumber tenaga dari mesin pengempa briket tipe kempa ulir ini tetap menggunakan motor listrik dengan daya sebesar 0.75 kW atau setara dengan 1 hp, motor dengan jumlah daya 0.75 kW dipilih dengan alasan mengantisipasi adanya kehilangan daya yang disebabkan putaran dari poros utama dan poros transmisi.
15
Gambar 11. Sistem transmisi daya Tabel 2 Puli dan sabuk yang digunakan
Kebutuhan Tenaga Pengempaan Pengempaan bahan briket dilakukan dengan menggunakan daya yang bersumber dari motor listrik. Hal ini dikarenakan daya yang bervariasi, bersih selain itu tidak memerlukan transmisisi yang rumit, menghasilkan putaran motor yang relatif stabil dan memiliki kecepatan putar yang cukup tinggi. Berikut ini diberikan perhitungan mengenai kebutuhan daya pengempaan dan tekanan pengempaan yang terjadi pada alat pengempa. Tekanan Pengempaan Tekanan pengempaan dihitung berdasarkan kebutuhan tenaga pengempaan mesin, selain itu tekanan pengempaan dipengaruhi juga oleh luas penampang die sebagai tempat untuk proses pengempaan briket. Perhitungan tekanan pengempaan dari mesin pengempa briket hasil modifikasi ini yaitu : Kebutuhan daya pengempaan = 245.452 watt Kecepatan putar ulir = 130 RPM
16
Konversi RPM
=
Gaya untuk mengempa
=
Tekanan pengempaan Luas penampang die
= N/m² = Pascal (Pa) = x r² = 3.14 x (0.0295)² = 2.73 x 10‾³ m² = = 2641 N/m²
Maka tekanan pengempaan
=
=34.02 m/s = 7.21 N
= 2.641 kN/m² = 2.64 kPa Kebutuhan daya pengempaan dapat dilihat dalam lampiran 9, menurut perhitungan yang telah disajikan di atas besarnya tekanan pengempaan yang terjadi dalam mesin pengempa adalah 2.64 KPa, nilai yang lebih rendah jika dibandingkan dengan nilai tekanan pengempaan yang terjadi dalam mesin pengempa milik Iwan Darmawan (2008) sebesar 3.87 KPa dan Endah Marwati (2006) sebesar 3.39 Kpa. Hal ini dikarenakan perbedaan luas dari ukuran die selain itu perbedaan kecepatan putar pada ulir juga akan mempengaruhi besar tenaga pengempaan yang dibutuhkan. Besar tekanan pengempaan mesin ini akan mempengaruhi kerapatan briket yang akan dihasilkan mesin, semakin besar tekanan yang diberikan maka semakin tinggi kerapatan briket tersebut Dalam penelitian ini kerapatan briket yang diharapkan sebesar 0.840 gram/cm³. sehingga diasumsikan dengan tekanan pengempaan sebesar 2.64 KPa dapat menghasilkan briket dengan kerapatan .840 gram/cm³. Kebutuhan Daya Pengempaan Daya yang dibutuhkan untuk mengempa briket merupakan fungsi dari beberapa faktor yang berpengaruh terhadap besarnya kecepatan translasi yang bekerja pada ulir. Hal ini memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap ketahanan tekan dan kerapatan briket yang dihasilkan. Fungsi tersebut sebagai berikut : D = F (f, Pa, J, n,Ra) Dimana : D = Tenaga pengempaan (Kw/kg briket) f = Koefisien gesekan antara bahan kempa dengan permukaan die (0.6) Pa = Beban / gaya aksial yang bekerja pada ulir (N) J = Jumlah bahan kempa dalam die (kg) n = Kecepatan putar ulir (RPM) Ra = Jari-jari die (m) Besar tenaga yang diperlukan dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : D =FxV F = f x Pa x J
17
V = Pa = Pt x Lp Lp = [ ]² Dimana : F = Gaya gesekan untuk mengempa bahan (N) V = Kecepatan translasi bahan yang dikempa (m/s) Pt = Tekanan aksial pengempaan (N/m²) Lp = Luas daerah pengempaan do = Diameter luar ulir (m) di = Diameter dalam ulir (m) Persamaan tersebut dapat dihitung dengan mengasumsikan bahwa nilai nilai dari variabel yang digunakan adalah sama dengan yang digunakan oleh saudara Endah Marwati. Variabel tersebut antara lain: Pt = 1000 kN/m², J = 0.69 kg, n = 130 RPM, Ra = 19 mm, f = 0.6, do = 55 cm, di = 21 cm. Dengan nilai yang didapatkan tersebut serta asumsi bahwa berat briket yang akan dihasilkan sebesar 32,93 kg, maka didapatkan daya pengempaan sebesar 7.453 Watt jam/kg perhitungan secara lengkap akan di sajikan dalam lampiran 9. Nilai kebutuhan daya pada mesin ini terhitung cukup rendah bila dibandingkan dengan rancangan Darmawan Iwan yang membutuhkan daya sebesar Watt jam/kg, Endah Marwati 10.6734 Watt.jam/kg dan mesin pengempa yang dibuat oleh AIT membutuhkan daya sebesar 207.083 Watt jam/kg briket. Perbedaan kebutuhan tenaga antara desain yang dibuat penulis dengan desain terdahulu disebabkan modifikasi pada bagian pengempaan briket, baik bahan maupun dimensinya. Selain itu, sifat dan karaktersitik bahan baku briket yang mempengaruhi proses pengempaan. Hal ini secara tidak langsung mempengaruhi Tingkat kebutuhan tenaga yang diperlukan mesin tersebut, semakin sulit dan banyak bahan dimampatkan semakin tinggi kebutuhan daya.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Pembakaran briket berbahan arang tandan sawit kosong telah dihaluskan memiliki kriteria mudah untuk dibakar dan laju pembakaran yang baik yaitu 0.0083 gram/detik dengan kerapatan 0.840 gram/cm³. Nilai ini dikatakan lebih baik bila dibandingkan dengan briket berbahan arang tandan kosong sawit kasar dan cangkang sawit. Pengembangan konsep desain dari mesin pengempa briket tipe kempa ulir milik saudara Irwan Darmawan yang telah dilakukan diantaranya Hopper yang diperkecil ukurannya dengan dimensi 400 x 400 x 400 mm, ulir yang dirubah jumlah menjadi 5 sudu dan jarak antar sudu sebesar 60 mm guna mengoptimalkan kerja, Screw housing yang dimodifikasi untuk menghindari tercecernya bahan saat pengempaan dengan luas permukaan atasnya 130 x 100 mm, die yang dibuat dengan panjang 250 mm dan diameter 59 mm agar bahan dapat termampatkan dengan baik, kemudian penggantian bahan dan pengubahan dimensi dari poros utama sebesar 25 mm dan poros transmisi sebesar 16 mm agar
18
dapat menyalurkan daya dari mesin dengan baik dan terakhir adalah modifikasi pada bagian transmisi dimana ukuran puli dan sabuk sedikit dirubah untuk membantu penyaluran daya dengan baik. Pengambangan konsep desain ini menghasilkan desain mesin pengempa briket tipe kempa ulir dengan kebutuhan daya pengempaan sebesar 7.6113 Watt jam/kg . Saran Mekanisme pemotongan briket pada desain mesin ini belum dibuat. Penulis mengharapkan agar dalam pengembangan desain selanjutnya dalam upaya meningkatkan kinerjadari desain mesin yang telah ada, dilakukan perhitungan dan perancangan untuk mekanisme pemotongan briket.
DAFTAR PUSTAKA Darmawan I. 2008. Modifikasi Desain dan Uji Kerja Mesin Pengempa Briket Mekanis Tipe Kempa Ulir. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Dwi Eriyatno, Bagus. 2007. Rancang Bangun Alat Tanam Buru Hotong Tipe Dorong. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Fantozzi S, and Buratti C. 2009. Life cycle assessment of biomass chain : Wood pelet from short rotation coppice using data measured on real plant. Biomass Energy 34 (20110) :1796-1804. Juyamto. 2007. Rancangan Dan Uji Performansi Alat Pencacah Tandan Buah Kosong Dalam Proses Pembuatan Pupuk Kompos. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Marwati, Endah. 2006. Modifikasi desain dan uji unjuk kerja mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir. Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, IPB, Bogor Mulia A. 2007. Pemanfaatan tandan kosong sawit dan cangkang kelapa sawit sebagaibriketarang.http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/4424/1/08 E00057.pdf. [23 Mei 2012] Prihatini AI. 2008. Kualitas likuida tandan kosong sawit (Elaeis guineensis jacq) dengan perlakuan perenadaman bahan baku dalam air panas (skripsi).Bogor:Fakultas Kehutanan. Institut Pertanian Bogor. Rahman. 2011.Uji Keragaan Biopelet Dari Biomassa Limbah Sekam Padi Sebagai Bahan Bakar Alternatif Terbarukan. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Siregar. 1981. Budidaya tanaman padi di Indonesia. P. T. Sastra hudaya. Jakarta. Silalahi M, Brury. 2011. Pengelolaan Limbah Kelapa Sawit Di Angsana Estate PT Ladangrumpun Suburabadi, Minamas Plantation Group, Kalimantan Selatan. Fakultas Pertanian,Institut Pertanian Bogor.
19
Sularso dan Suga. 1987. Dasar perencanaan dan pemilihan elemen mesin. PT. Pradnya Paramitha, Jakarta. Suryani, A. 1986. Pengaruh Tekanan Pengempaan dan Jenis Perekat dalam Pembuatan Briket Arang Briket dari Tempurung Kelapa Sawit. Penelitian. Departemen Teknologi Industri Pertanian, IPB, Bogor. Suswan r. 1980. Pemanfaatan limbah sekam sebagai energi untuk pengeringan gaplek. Fakultas teknologi dan mekanisasi pertanian. Institut pertanian bogor.
20
LAMPIRAN Lampiran 1 Kadar air, abu dan densitas dari bahan (penelitian pendahuluan). Densitas tandan kosong sawit Massa Massa di Massa (gram) Air (gram) Pemberat (gram) 1.6 12.2 -0.15 1.1 12.1 -0.25 1.48 12.5 -0.15 1.85 12.3 -0.05 3.4 11.2 -1.15 1.6 12.2 -0.15 1.1 12.1 -0.25 1.85 12.3 -0.05 3.4 11.2 -1.15
Ulangan
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Densitas (gram/cm³) 0.9142 0.8148 1.1127 0.9736 0.7472 0.9142 0.8148 0.9736 0.7472
Kadar air dari arang tandan kosong sawit Kadar Kode Berat Berat ahir air (%) cawan awal (gram) (gram) 22.6 A 1.7125 1.3253 14 B 1.2008 1.0326 15.14 C 0.8975 0.7616 20.9 D 1.1067 0.8744 Kadar abu tandan kosong sawit arang Kode cawan A B C D
Berat awal (gram) 0.7068 0.4693 0.9511 0.4429
Briket
Tandan kosong sawit kasar Tandan kosong sawit halus Cangkang sawit
Berat akhir (gram) 0.3793 0.1966 0.4966 0.1365
Kadar abu (%) 83.1 84.2 85.7 90.6
Kadar air briket Berat sebelum Berat setelah dikeringkan dikeringkan (gram) (gram) 0.03 0.028
Kadar air (%) 6.7
0.06
0.05
16.6
0.05
0.047
6
21
Kerapatan briket Bahan Briket dari arang tandan sawit (kasar) Briket arang tandan sawit (halus) Briket arang dari cangkang sawit
Massa (gram) 20 40 44
Volume (cm³) 23.8 47.6 55.6
Kerapatan (gram/cm³) 0.840 0.840 0.791
Contoh Perhitungan 1. Arang dari tandan kosong sawit (Kasar). Berat arang sebelum dilakukan pengeringan (Berat awal) : 0.03 kg Berat arang setelah dilakukan pengeringan (Berat akhir) : 0.028 kg Kadar air (Basis basah) = ((Ma-Mb)/Ma)x100% Dimana Ma : massa bahan sebelum dikeringkan (kg) Mb : massa bahan setelah di keringkan (kg) Kadar air = (( 0.03-0.028)/0.03)x100% = 6.7% 2. Arang dari tandan kosong sawit (Halus). Berat arang sebelum dilakukan pengeringan (Berat awal) : 0.06 kg Berat arang setelah dilakukan pengeringan (Berat akhir) : 0.05 kg Kadar air (Basis basah) = ((Ma-Mb)/Ma)x100% Dimana Ma : massa bahan sebelum dikeringkan (kg) Mb : massa bahan setelah di keringkan (kg) Kadar air = ((0.06-0.05)/0.06)x100% = 16.6 % 3. Arang dari cangkang sawit. Berat arang sebelum dilakukan pengeringan (Berat awal) : 0.05 kg Berat arang setelah dilakukan pengeringan (Berat akhir) : 0.047 kg Kadar air (Basis basah) = ((Ma-Mb)/Ma)x100% Dimana Ma : massa bahan sebelum dikeringkan (kg) Mb : massa bahan setelah di keringkan (kg) Kadar air = ((0.05-0.047)/0.05)x100% = 6%
22
Lampiran 2 Uji pembakaran briket (Penelitian pendahuluan).
23
Lampiran 3 Penjabaran fungsional mesin pengempa briket tipe kempa ulir menjadi sub-sub fungsi.
24
Lampiran 4 Bagian yang dimodifikasi. No
Komponen mesin 1 Hopper
2 Screw housing
Spesifikasi komponen Spesifikasi komponen mesin (Endah Marwati) mesin (Irwan Darmawan) Bahan = stainless steel Bahan = stainless P = 500 mm steel L = 500 mm P = 500 mm T = 500 mm L = 500 mm Sudut kemiringan dinding T = 500 mm bawah = 71º Sudut kemiringan Bukaan pintu = 120 mm x dinding bawah = 71º 120 mm Bukaan pintu = 120 Luasan bagian bawah = 150 mm x 120 mm mm x 150 mm Luasan bagian bawah = 150 mm x 150 mm Penahan = 130 mm x 60 mm x 120 mm Bahan = stainless steel Bahan = stainless Diameter bagian bawah = steel 65 mm Diameter bagian Panjang = 150 mm bawah = 65 mm Lebar = 80 mm Panjang = 150 mm Lubang pemasukan ulir = Lebar = 80 mm 25 mm Lubang pemasukan Lubang pemasukan bahan = ulir = 30 mm 60 mm Lubang pemasukan bahan = 65 mm
Spesifikasi komponen setelah dimodifikasi
Kinerja yang diharapkkan
Bahan = stainless steel P = 400 mm L = 400 mm T = 400 mm Sudut kemiringan dinding bawah = 71º Bukaan pintu = 110 mm x 110 mm Luasan bagian bawah = 120 mm x 120 mm Penahan = 110 mm x 110 mm
Hopper dapat menyalurkan bahan kedalam screw housing dengan baik, dengan adanya bukaan yang disertai pintu diharapkan proses pengumpanaan bahan dapat diatur
Bahan = stainless steel Diameter bagian bawah = 70 mm Panjang = 150 mm Lebar = 100 mm Lubang pemasukan ulir = 30 mm Lubang pemasukan bahan = 65 mm
Dengan penambahan dimensi lebar screw housing diharap kan mengurangi bahan briket yang tercecer saat bahan dikempa oleh ulir menuju die
25
3 Ulir
4 Die
5 Bearing
6 Poros mesin
Bahan = silinder besi pejal Diameter = 25 mm Panjang = 350 mm Ring Diameter dalam = 20mm Diameter luar 55mm Jarak antar sudu = 60mm Tebal ring = 2 mm
Bahan = silinder besi Bahan = stainless steel pejal Diameter = 25 mm Diameter = 25 mm Panjang = 300 mm Panjang = 350 mm Ring Panjang keseluruhan = Diameter dalam = 350 mm 21mm Ring Diameter luar 55mm Diameter dalam = 21 Jarak antar sudu = mm 50mm Diameter luar 55 mm Tebal ring = 2.1 mm Jarak antar sudu = 60mm Tebal ring = 2 mm Bahan = pipa srainless steel Bahan = pipa Bahan = pipa srainless Panjang = 230 mm srainless steel steel Diameter dalam = 58 mm Panjang = 230 mm Panjang = 250 mm diameter luar = 60 mm Diameter dalam = 58 Diameter dalam = 59 mm diameter luar = mm diameter luar = 65 60 mm mm Bahan = besi cetak Bahan = besi cetak Bahan = besi cetak Diameter dalam = 25 mm Diameter bearing 1 = Diameter bearing 1 = 25 Diameter luar = 50 mm 25 mm mm Diameter bearing 2 = Diameter bearing 2 = 16 19 mm mm
utama Bahan = silinder besi Diameter = 25 mm Panjang 880 mm
Bahan = silinder besi Diameter = 25 mm Panjang 300 mm
Bahan = batang baja definis dingin Diameter = 25 mm
Mampu mengempa bahan dengan baik kedalam die
Die diharapkan dapat membentuk briket degan mutu yang lebih baik mutunya
Bearing dapat membantu menahan poros agar dapat berputar dengan baik dan mereduksi guncangan dari putaran poros Dapat menyalurkan tenaga dari system transmisi puli dan
26
Panjang 300 mm 7 Poros transmisi
Bahan = batang baja definis dingin Diameter = 16 mm Panjang 380 mm 8 Rangka mesin Bahan = besi siku ukuran Bahan = besi siku Tidak dilakukan total 40 mm x 40 mm x 3 mm ukuran 40 mm x 40 modifikasi Panjang = 850 mm mm x 3 mm Lebar 150 mm Panjang = 500 mm Tinggi = 418 mm Lebar 150 mm Tinggi = 300 mm
9 Rangka motor
10
Bahan = silinder besi Panjang =375 Diameter 19
Bahan = besi siku ukuran 40 mm x 40 mm x 3 mm Panjang = 265 mm Lebar = 290 mm Tinggi = 300 mm
System Diameter puli 1 = 2.5 inch transmisi puli Diameter puli 2 = 6 inch dan sabuk Diameter puli 3 = 2.5 inch Diameter puli 4 = 10 inch
Bahan = silinder besi Panjang =375 Diameter 19
Bahan = besi siku ukuran 40 mm x 40 mm x 3 mm Panjang = 360 mm Lebar = 180 mm Tinggi = 300 mm Diameter puli 1 = 2.5 inch Diameter puli 2 = 6 inch Diameter puli 3 = 2.5 inch Diameter puli 4 = 10 inch
Tidak modifikasi
dilakukan
mengurangi beban pada poros Dapat menyalurkan daya dengan baik dari motor listrik Rangka telah kuat menopang beban alat keseluruhan
Rangka telah kuat menopang beban motor keseluruhan
Diameter puli 1 = 2.5 Diharapkan agar inch putaran dapat direduksi Diameter puli 2 = 6 inch menjadi 130 sesuai Diameter puli 3 = 2.5 dengan yang diinginkan inch Diameter puli 4 = 12 inch
27
Lampiran 5 Perhitungan dimensi poros utama. Ditentukan bahwa daya yang akan ditransmisikan sebesar 0.750 kWatt, putaran poros adalah 130 rpm, fc = 1.0, bahan poros adalah batang baja definis dingin S45C-D (σв = 60 kg/mm²), Cb = 2.0, Kt = 1.5, maka perhitungan dimensi poros adalah : P = 0.750 kWatt, n = 130 rpm Fc = 1.0 Pd = 1.0 x 750 watt = 750 watt = 0.750 kWatt T = 9.74 x 10^5 x (0.750/130) = 5619.2 kg mm S45C-D = 60 kg/mm² , sf1 = 6.0, sf2 = 2.0 Τa = σв /(sf1 x sf2) = 60 / (6.0 x 2.0) = 5 kg/mm² Cb = 2.0, Kt = 1.5 Ds = ^1/3 = 24.98 mm = 25 mm
28
Lampiran 6 Perhitungan dimensi poros transmisi. Ditentukan bahwa daya yang akan ditransmisikan sebesar 0.750 kWatt, putaran poros adalah 600 rpm, fc = 1.0, bahan poros adalah batang baja defines dingin S45C-D (σв = 60 kg/mm²), Cb = 2.0, Kt = 1.5, maka perhitungan dimensi poros adalah : P = 0.750 kWatt, n = 600 rpm Fc = 1.0 Pd = 1.0 x 750 watt = 750 watt = 0.750 kWatt T = 9.74 x 10^5 x (0.750/600) = 1217.5 kg mm S45C-D = 60 kg/mm² , sf1 = 6.0, sf2 = 2.0 Τa = σв /(sf1 x sf2) = 60 / (6.0 x 2.0) = 5 kg/mm² Cb = 2.0, Kt = 1.5 Ds = ^1/3 = 15.08 mm dibulatkan menjadi 16 mm
29
Lampiran 7 Perhitungan volume dan kapasitas hopper.
Volume limas ABCDI = 1/3 x luas alas x tinggi = 1/3 x (AB x BC) x JI Sin 71º = KG/CG CG = 40/sin 71º = 42.3 cm Cos 71º = LG/GI Cos 71º = 6/GI ,maka GI = 6/COS 71º = 18.43 cm Jadi panjang CI = CG +GI = 42.3 + 18.43 = 60.73 cm Sin 71º = JI/CI JI = sin 71º x 60.73 = 57.42 cm Sehingga volume limas segi 4 ABCDI adalah : 1/3 x (40 x 40) x 57.42 = 30624 cm³ Dan volume limas segi 4 EFGHI : 1/3 x (EF x FG) x LI Sin 71º = LI/GI LI = sin 71º x 18.43 = 17.43 cm Sehingga volume limas EFGHI adalah: 1/3 x (12 x12) x 17.43 = 836.64 cm³. Jadi volume hopper mesin pengempa briket semi mekanis ini adalah : Volume hopper = Volume limas ABCDI – Volume limas EFGHI = 30624 cm³ - 836.64 cm³ = 29787.36 cm³
30
Lampiran 8 Perhitungan kebutuhan daya pengempaan. 1. Kebutuhan daya sebelum bahan briket dimasukan Kebutuhan daya tanpa pembebanan ditentukan oleh besarnya daya untuk memutar ulir saja Diketahui : Diameter luar ulir (d0) = 55 mm Diameter dalam ulir (di) = 25 mm Panjang ulir = 350 mm Massa ulir = 2 kg (assumsi) Kecepatan putar (n) = 130 rpm Percepatan gravitasi = 9.8 m/s² Jari-jari daerah pengempaan (Ra) = Ra = ((Ro – Ri)/2 + Ri) = ((27.5 – 10.5)/2 +10.5) = 2 cm = 0.02m (1 Hp = 745.7 watt, 1 watt = 1.341 x 10^-3 Hp) Maka kebutuhan daya sebelum bahan dimasukan adalah : P=Fxv P=mxgxV V = (2 x π x Ra x n)/60 = (2 x 3.14 x 0.019x 130)/60 = 0.272 m/s P=mxgxv = 2 x 9.8 x 0.2585 = 5.3 watt Karena 1 watt adaah 1.341 x 10^-3 Hp, maka 5 watt = 5.06 x 1.341 x 10^-3 = 7.107 x 10^-3 Hp
2. Kebutuhan daya saat bahan briket dimasukan Besarnya daya yang dibutuhkan pada saat pembebanan dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu : gaya yang dibutuhkan untuk menolak gaya gesekan antara bahan dengan die, gaya yang dibutuhkan untuk memutar ulir dan gaya yang dibutuhkan untuk mendorong briket. Diketahui : Asumsi tekanan aksial untuk pengempaan (Pt) = 1000 KN/m² Asumsi jumlah bahan yang dikempa didalam die (J) = 0.8 kg = 800 gram Asumsi koefisien gesekan antara bahan dengan permukaan die (f) = 0.9 Diameter luar ulir (do) = 55 mm Diameter dalam ulir = 25 mm
31
Jari-jari pengempaan (Ra) = 0.02 m Putaran ulir = 130 rpm Sehingga dapat dihitung : a. Luas daerah pengempaan (Lp) = π x {(do – di)/2²} = 3.14 x {( 0.055 – 0.025)/2²} = 1.88 x 10-³ m² b. Beban aksial yang diperlukan pada daerah pengempaan Ra adalah : Pa = Pt x Lp = 1000 KN/m² x 1.88 x 10-³ m² = 1880 N = 1.88 KN c. Kecepatan translasi bahan yang dikempa (V): V = (2 x π x Ra x n)/60 = (2 x 3.14 x 0.02 x 130)/60 = 0.272 m/s d. Gaya gesekan untuk mengempa bahan (F) : F = f x Pa x J F = 0.6 x 1880 X 0.8 = 902. 4 N e. Tenaga yang diperlukan untuk mengempa bahan adalah : D=FxV D = 902.4 x 0.272 D = 245.452 Watt Asumsi berat rata-rata briket yang dihasilkan : 32.93 Kg/jam, maka kebutuhan dayanya adalah: = 245.452 watt : 32.93 kg/jam = 7.453 watt jam/kg
32
Lampiran 9 Perhitungan konversi kecepatan putar motor listrik. Diketahui : Daya yang akan ditransmisikan (P) = 0.75 kWatt Putaran motor penggerak (n) = 1440 rpm Putaran motor poros transmisi (n2 = n3) = 600 rpm Putaran poros utama yang diinginkan (n4) = 130 rpm Diameter poros utama (d1) = 25 mm Untuk dapat menurunkan putaran poros penggerak dibutuhkan dua kali konversi penurunan putaran poros , sehingga system transmisi yang dipakai tidak membutuhkan tempat yang lebih luas. Perhitungan dilakukan dengan persamaan di bawah ini: sehingga d2 = sehingga d3 = sehingga d4 = d2 =
=
= 6 inch
ditentukan d3 memiliki diameter sebesar 2.5 inch, maka besarnya diameter puli nomor 4 adalah : d4 =
= d4 =
= 11.5 inch = 12 inch
33
Lampiran 10 Perhitungan bantalan pillow block. Ditentukan bahwa bahan terbuat dari perunggu timah hitam yang menerima beban 15 kg (assumsi), putaran poros adalah 130 rpm, diameter poros 25 mm dan mesin pengempa bekerja selama 8 jam/hari. Maka perhitungan bantalan yang akan digunakan adalah: Diameter (d) = 25 mm Beban yang diterima (Wo) = 15 kg,8 jam/hari Putaran (n) = 130 rpm fc = 1.0 Bahan poros = S45C-D, σb = 60kg/mm², sf1= 6.0, sf2 = 2.0 . σc = 60/(6x2) = 5 kg/mm² Bahan bantalan adalah perunggu timah hitam, tekanan maksimum yang diperbolehkan adalah 2.0-3.2 Karena Pa ≤ 0.02 kg/mm² dari poros transmisi, maka diambil Pa = 0.02 kg/mm² I/d≤
=
=7
I = 7 x 25 = 175 mm .p = w/Id = 15/(175 x 25) = 0.0034 kg/mm² ≤ 0.02 kg/mm², maka hasil ini dapat diterima V= = 0.17 m/s . pv = 0.0034 x 0.17 = 5.78 x 10^-4 kg.m/mm².s
34
Lampiran 11 Perhitungan puli dan sabuk. Diketahui daya yang akan ditransmisikan (P) sebesar 0.750 kWatt dengan putaran motor listrik n sebesar 1440 rpm, diameter poros listrik adalah 15 mm. Diameter dan putaran poros transmisi yang dikehendaki sebesar 16 mm dan 600 rpm, mesin bekerja selama 8 jam perhari, maka perhitungannya adalah : P = 0.750 kWatt n1 = 1440 rpm d poros = 16 mm C = 300 Sehingga : P = 0.750 kWatt, n1 = 1440 rpm i = 1440/600 = 2.4 , C = 300 Dari table pemilihan bahan didapat fc = 1.4 Pd = 1.4 x 0.750 = 1.05 kWatt Momen rencana (T) T1 = 9.74 x 10^5 x (1.05/1440) = 710.208 kg.mm T2 = 9.74 x 10^5 x (1.05/600) = 1704.5 kg.mm Bahan poros yangdigunakan adalah S45C-D σb = 60 kg/mm², sf1 = 6, sf2 = 2, τa = 60/(6 x 2) = 5 kg.mm Kt = 1.5 untuk beban tumbukan, Cb = 2.0 untuk beban lentur ds1 = [(5.1 x 5) x 2 x 1.5 x 710.208)]^1/3 = 37.8 mm dibulatkan = 38 mm ds2 = [(5.1 x 5) x 2 x 1.5 x 1704.5]^1/3 = 50.7 dibulatkan = 51 mm dengan menggunakan table pemilihan sabuk digunakan sabuk type A d min = 95 mm(tabel) dp = 95 mm, Dp = 95 x 2.4 = 228 mm dk = 95 +2 x 4.5 = 104 mm Dk = 228 + 2 x 4.5 = 357 mm db = diameter naf db = 5/3 x ds1 +_ 10 = 5/3 x 38 +10 = 73.3 dibuat lebih besar sehingga ukurannya menjadi 80 mm Db = 5/3 x ds1 +_ 10 = 5/3 x 51 +10 = 95 dibuat lebih besar sehingga ukurannya menjadi 100 mm v= = = 7.2 m/s < 30 m/s, baik dan layak C: = 300 = 69.5 mm > 0, baik Digunakan sabuk tipe standar, sehingga Po = [ 1.34 +((1.43 – 1.31) x (20/200))}+{0.18 + (( 0.2 – 0.18) x (20/200)) } = 1.322 + 0.182 = 1.504 kWatt L = 2C + π/2 (dp +Dp) + 1/4C (Dp – dp)² -
= 2 x 300 + 1.57 (95 + 348 ) + = 1348.85 mm Sehingga didapatkan sabuk v nomor54, L = 1372 Maka dipilihlah sabuk tipe A , no 56 sebanyak 1 buah dengan dk = 106 dan Dk = 357 dengan lubang poros 16 mm.
35
Lampiran 12 Data dimensi mesin pengempa briket hasil modifikasi. 1. Hopper Panjang Lebar Tinggi Sudut kemiringan dinding bawah Ukuran bukaan pintu Luasan bagian bawah Ukuran bukaan pintu 2. Screw housing Diameter bagian bawah Lubang pemasukan poros ulir Lubang pemasukan bahan ke die luas permukaan atas (panjang x lebar) 3. Screw Jumlah sudu ulir Jarak antar sudu Diameter dalam Diameter luar Tebal sudu ulir Panjang ulir keseluruhan 4. die Panjang Diameter luar Diameter dalam 5. Poros utama Panjang Diameter 6. poros transmisi Panjang Diameter
= 400 mm = 400 mm = 400 mm = 71º = 125 x 114 mm = 150 x 150 mm = 120 x 60 x 110 mm = 75 mm = 30 mm = 65 mm = 130 x 100 mm =5 = 60 mm = 25 mm = 55 mm = 2 mm = 350 mm = 250 mm = 59 mm = 65 mm = 300 mm = 25 mm = 300 mm = 16 mm
7. puli dan sabuk No 1 2 3 4
Jenisdan diameter puli Puli I tipe A 2.5 inch Puli II tipe A 6 Inch Puli III tipe A 2.5 inch Puli IV tipe A 12 inch
Tempat pemasangan Poros motor listrik Poros konversi daya Poros konversi daya Poros utama mesin
RPM 1440
Jenis dan panjang sabuk V belt A 32 inch
600 600 130
V belt A 38 inch
36
Lampiran 13 Mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir milik Irwan Darmawan.
37
Lampiran 14 Modifikasi desain mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir.
38
39
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Subang pada tanggal 3 Mei 1990 dari ayah bernama Ujang Adudin dan ibu yang bernama Kusmiati. Penulis merupakan anak kedua dari dua bersaudara. Penulis menempuh pendidikan formal dimulai dari TK Darussalam melanjutkan ke SD Negeri 06 Setia Karya dan lulus pada tahun 2001. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan sekolah di SMP Legon Kulon, Pamanukan dan lulus pada tahun 2004. Penulis melanjutkan pendidikannya di SMA Negeri 1 Pamanukan dan lulus pada tahun 2007. Penulis diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor (IPB) pada tahun 2007 melalui jalur PMDK dan mengambil progam studi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem (TMB), Fakultas Teknologi Pertanian. Selama menjalani pendidikan akademik di Institut Pertanian Bogor penulis pernah akrif dalam organisasi mahasiswa daerah omda, Forum Anggota Muda Persatuan Insinyur Indonesia (FAM PII), dan aktif dalam kepanitian berbagai kegiatan kemahasiswaan di Institut Pertanian Bogor.
