RANCANG BANGUN MESIN POTONG SINGKONG MENGGUNAKAN 6 HOPPER DENGAN METODE GERAK PEMOTONGAN TRANSLASI BERPENGGERAK MOTOR BENSIN Agung Hidayatullah1) , Nur Husodo2) Bidang Studi Manufaktur Jurusan D3 Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 E-mail:
[email protected]);
[email protected]) ABSTRAK Kebanyakan home industry kripik singkong masih menggunaka proses pemotongan manual. Sehingga memerlukan banyak waktu dan tenaga pada proses pemotongannya. Salah satu alternatif untuk menambah efisiensi dan produktifitas yaitu dengan membuat mesin potong dengan kapasitas potong besar. Oleh karena itu untuk mengatasi masalah ini adalah dengan merancang alat pemotong singkong dengan kapasitas pemotongan besar. Yaitu dengan menggunakan enam pisau pemotong. Kemudian merencanakan dan menghitung gaya pada komponen elemen mesin, besarnya daya motor yang digunakan, dan besarnya kapasitas yang dihasilkan oleh mesin potong. Setelah pembuatan mesin, mencari besarnya gaya potong yang terdapat pada singkong (melalui percobaan) dan dilakukan pengujian mengenai kapasitas sesungguhnya yang dapat dihasilkan oleh mesin potong. Hasil dari perencanaan dan perhitungan, didapatkan mesin potong dengan menggunakan daya 0,66 Hp, putaran 180 rpm dan jumlah hopper 6 dapat menghasilkan kapasitas pemotongan 103,68 kg/jam yang setara dengan 103,68 kg/jam. Kata kunci: Alat Pemotong, hopper,singkong Alat Pemotong, hopper,singkong 1. PENDAHULUAN Kebanyakan dalam industri rumahan yang memproduksi kripik singkong yang ada di jawa timur ini masih menggunakan alat manual dari mengupas singkong, memotong tipis sampai menjadi kripik singkong. Tentunya permasalahan ini berpengaruh pada waktu produksi, tenaga kerja yang dibutuhkan untuk produksi terkadang hasil pemotongan tidak seragam. Dari hasil survey pada home industry yang beralamat didesa Lemah Kembar, Kec,Sumberasih, Kab.Probolinggo (Jawa Timur), Home industry tersebut bergerak dalam bidang produksi kripik singkong dengan menggunakan cara manual yang di kerjakan oleh lima karyawannya. Pemotongan singkong masih menggunakan cara yang sederhana dan manual yaitu,dengan menggunakan alat serut manual (lihat lampiran 2). Ditinjau dari segi efisiensi masih terbilang cukup rendah. Oleh karena itu diperlukan suatu inovasi baru pada mesin potong untuk menghasilkan produk unggulan. Berapa harga singkong di kota anda? Tentu pertanyaan ini menghasilkan banyak jawaban yang beragam. Permasalahan yang saat ini terjadi pada petani singkong indonesia adalah haraga jual dari singkong yang mereka tanam sangatlah murah ini dikarenakan banyaknya impor singkong dari cina. Oleh karena itu haraga dari singkong lokal sangat murah. Sebenarnya banyak sekali cara untuk meningkatkan harga jual dari singkong ini, salah satu caranya dengan menjadikan singkong menjadi barang olahan yang jauh lebih mahal. Tentunya juga harus memperhatikan harga produksi dalam proses pengolahanya.
Memang dulunya sudah pernah dilakukan pembuatan mesin potong singkong ini, dari fariasi metode yang dilakukan hasilnyapun juga berfariasi. Nikolaus Winandar dan M.Hafidin (2004) “Mesin Pemotong Singkong Automatis” metoda yang digunakan adalah circular. Andik Pasisko (2005) ”Mesin Pemotong Ketela” dengan menggunakan metode circular dengan piringan dan 2 buah blade digerakkan oleh motor listrik. Bambang Hermanto dan Andi Setiyono (2007) “Modifikasi Mesin Pemotong Singkong Kontinyu dengan Hasil Potongan Berbentuk Oval dan empat persegi panjang”. Riyadi (2009) ”Perencanaan Mekanisme dan Daya Pada Mesin Pemotong Ketela” menggunakan metode circular yang digerakkan oleh motor listrik. Setyo Wahyu Pamungkas dan Eko Pristiwanto (2010) “Rancang Bangun Mesin Pemotong Singkong Dengan Menggunakan Metode Reciprocating” yang digerakkan oleh motor listrik. Imelda Magdalena dan Didit Eko Prahmana Sardi (2011) “Rancang Bangun Mesin Pemotong Singkong Dengan Menggunakan Metode Cam Follower” dengan 4 mata pisau dan 4 corong yang digerakkan oleh motor listrik. Namun pada kesempatan ini penulis kembali akan membuat mesin potong singkong dengan metode berbeda yaitu, dengan metode 4 Cam Follower dan menggunakan enam corong dan enam mata pisau yang digerakkan oleh motor bensin. Harapannya nanti bisa menghasilkan produksi yang jauh lebih besar dan menghasilkan keseragaman pemotongan dan nantinya dapat dikembangkan di industri-industri kecil yang lain.
2. DASAR TEORI 2.1 Kapasitas Mesin Mencari kapasitas mesin yang di rencanakan , rumus yang di gunakan untuk perhitungannya adalah: Q = m. n. z Dimana : Q = Kapasitas mesin (kg/jam) m = massa 1 potongan singkong (kg) n = putaran disk (rpm) z = jumlah potongan 2.2 Perencanaan Poros Poros berperan meneruskan daya bersamasama dengan putaran. Pada umumnya poros meneruskan daya melalui sabuk/ belt, roda gigi dan rantai, dengan demikian poros menerima beban puntir dan lentur. Ada beberapa macam jenis poros, di antaranya yaitu : 1. Porors Transmisi Porors transmisi mendapat beban puntir murni atau beban puntir dan lentur. Poros transmisi berfungsi untuk meneruskan daya dari salah satu elemen ke elemen yang lain melalui kopling. 2. Spindel Spindel merupakan poros yang reltif pendek, seperti poros utama pada mesin perkakas dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. 3. Gandra Poros gandra dipasang pada roda roda kereta api barang, sehingga tidak mendapat bahan punter, terkadang juga tidak boleh berputar. Gandra hanya mendapat beban lentur, kecuali jika oleh penggerak mula yang memungkinkan mengalami beban puntir. Dalam perencanaan poros ini ada beberapa hal yang perlu di perhatikan yaitu: kekuatan poros, kekakuan poros, putaran kritis, korosi, bahan poros. Untuk mencari bahan poros yang aman didapatkan dengan rumus: τmax Dimana : τmax Syp N
=
0,58Syp N
: tegangan geser maximum pada poros (Psi) : Strength Yield Point (Psi) : angka keamanan
2.3 Perencanaan Pasak Pasak adalah bagian elemen mesin yang penting, disamping itu digunakan untuk menyambung juga digunakan untuk menjaga hubungan putaran relative antara poros dari elemen mesin dengan peralatan mesin yang lain. Dalam hal ini pulley yang disambungkan dengan poros mesin tersebut.
Perlu diperhatikan bahwa lebar pasak sebaiknya antara25% s/d 30 % dari diameter poros, dan panjang pasak jangan terlalu panjang dibandingkan dengan diameter poros, yaitu antara 0,75 s/d 1,5 kali dameternya. Pasak mempunyai standardisasi yang sesuai dengan desain yang dibutuhkan.
Gambar 2.1. Posisi Pasak Terhadap Poros 2.3 Perencanaan Belt dan Pulley Adapun perencanaan transmisi belt dan pulley yang digerakkan dimana direncanakan dengan memperhatikan daya dan momen perencanaan belt, gaya keliling belt, tengangan pada belt, sudut kontak dan panjang dari belt, dimensi pulley dan yang terakhir perkiraan umur pemakaian dari belt Untuk perhitungan umur belt: N H
base
3600 u X
fat max
m
Dimana: H = Umur belt jam Nbase = Basis dari fatigue test (107) cycle σmax = Tegangan belt kg/cm2 X = Jumlah pulley yang berputar buah u = Kecepatan per satuan panjan put/det v = Kecepatan m/s) L = Panjang belt, m) σfat = Fatigue limit (90 kg/cm2 untuk V-belt) m = Jenis belt (8 untuk belt jenis V-belt) Untuk perhitungan dimensi pulley:
Untuk Menghitung dimensi pulley perlu diketahui gambar dan keterangan pulley sebagai berikut:
Dout D 2 c Din Dout 2 e B Z 1 t 2 s
dimana : Dout = Diameter luar pulley Din = Diameter dalam pulley B = Lebar pulley
mm mm mm
2.4 Bantalan Bearing (bantalan) adalah elemen mesin yang digunakan untuk menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak balik dari poros dapat berlangsung secara halus, aman, dan berumur panjang.
Umur bantalan: 10 L10
6
=
60.n p
C . P
b
Dimana : L10 = umur bantalan ( jam kerja ) C = diperoleh dari tabel bantalan sesuai dengan diameter dalam bantalan yang diketahui (lb) P = beban equivalent (lb) b = 3, untuk bantalan dengan bola = 10/3 bila bantalan adalah Bantalan Rol Np = putaran poros ( rpm ) 3. METODOLOGI Mulai
Studi Literatur
Observasi
Data Lapangan
Gambar dan Sket
Perencanaan dan Perhitungan
Persiapan Alat dan Bahan Tidak
1
2
4
5
3
Gambar 3.2. Percoban awal Keterangan : 1. Papan Pisau 2. Singkong 3. Poros Pejal
4. Pengait 5. Neraca Pegas
Metode percobaan: dalam motode percobaan ini singkong akan dipotong dengan cara memegang singkong dan diletakkan diatas papan pisau yang dibawahnya diberi poros sebagai pengganti bearing roda yang kami pakai dalam perencanaan alat kami. Kemudian papan pisau akan dihubungkan dengan neraca pegas menggunakan pengait dan ditarik sampai singkong terpotong. Nilai yang ditunjukkan oleh neraca pegas itu yang nantinya menjadi rujukan perhitungan pemotongan singkong. 3.3 Prinsip Kerja Mesin Pemotong Singkong
Pembuatan Mesin
Hasil
Tidak
Ya Pengujian Mesin Ya Hasil
Pembuatan Laporan
Selesai
Gambar 3.1. Flowchart perencanaan pembuatan mesin pemotong singkong 3.1 Perancangan Dalam pendahuluan telah disebutkan bahwa tujuan penulisan ini adalah untuk melakukan perencanaan dan perwujudan mesin potong singkong yang berbeda dengan mesin potong singkong yang ada sebelum sebelumnya harapanya mesin potong singkong yang di buat nantinya memiliki hasil pemotongan yang lebih baik dan lebih efisien dalam proses pengerjaannya 3.2 Percobaan Awal Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui besarnya gaya potong yang dibutuhkan untuk memotong singkong dengan mekanisme percobaan seperti gambar di bawah:
Gambar 3.3. Prinsip kerja mesin potong singkong Pada mesin potong ini menggunakan mekanisme penggerak motor bensin yang dapat mengubah bahan bakar bensin menjadi energi kinetik. Yang kemudain energi kinetik yang dihasilkan motor bensin dihubungkan oleh V belt dari pulley satu ke pulley dua yang terletak pada reducer 1/20 bertujuan untuk memperkecil putaran yang dihasilkan oleh motor bensin. Putaran yang dihasilkan oleh reducer kemudian di transmisikan kembali dari pulley tiga ke pulley empat yang nantinya dapat menggerakkan disk. Pada pulley ke empat ini di hubungkan oleh poros dan ditahan oleh pin. Pulley keempat menggerakkan disk yang kemudian akan menggerakkan poros engkol atau connecting rod pada salah satu sisi disk yang mengubungkan antara disk dan landasan pisau sehingga tercipta gerakan maju mundur pada landasan pisau mengikuti kecepatan putaran yang terjadi pada disk.
Gerakan maju mundur yang dihasilkan dari motor bensin yang telah di transmisikan tersebut menyebabkan pisau yang posisinya berada pada papan potong kemudian memotong singkong yang posisinya vertikal yang berada pada hopper. Hal ini secara kontinyu terjadi pemotongan karena di atas singkong diberi pemberat dengan tujuan singkong akan terpotong hingga habis akibat gaya tekan yang dihasilkan pemberat. Dari hasil pemotongan singkong tadi kemudian di bagian bawah papan pisau akan di sediakan wadah sebagai tempat hasi pemotongan singkong. Dalam proses pemotongan kondisi kemiringan rumah pisau yang ada pada papan pisau sebesar 15° terhadap garis horizontal dan pisau dapat seting dengan mudah untuk memperoleh ketebalan singkong yang diinginkan, pisau dapat diatur hasil ketebalan pemotongannya antara 0,5mm-1mm. 3.4 Prosedur Pengujian 1. Menyiapkan bahan baku berupa singkong yang telah dikupas kulitnya dan sesuai dengan dimensi yang di inginkan. 2. Mengangkat beban pemberat. 3. Menghidupkan motor bensin. 4. Memasukkan singkong yang akan dipotong. 5. Memasukkan kembali pemberat kedalam corong. 6. Setelah dilakukan langkah-langkah diatas maka diperoleh hasil pengujian sebagaimana ditampilkan pada BAB V 4. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Menentukan Panjang Langkah Gambar dibawah ini merupakan posisi corong dan dudukan pisau sebelum proses pemotongan .
corong. Maka dapat diketahui panjang langkah total untuk melakukan potongan sebesar : 50+30+70 = 150 mm. 4.2. Kapasitas Potongan Untuk mencari kapasitas potongan dapat menggunakan rumus : Q=n.z Dimana: n = 180 rpm z =6 m = 1,6 gr Sehingga : Q = m.n.z Q = 1,6 . 180 . 6 Q = 1728 gr/menit
= 103,68 kg/jam
4.3. Daya dan Putaran Motor Selanjutya perhitungan yang dilakukan adalah menghitung daya pada motor. Dari data yang di dapatkan diatas maka dapat dihitung daya motor yang perlu digunakan. Putaran = 3600 melewati reducer 1/20 menjadi 180 rpm daya T = 71620 putaran Daya Daya
= =
T . putaran 71620 265,05kgcm.180rpm
71620 = 0,66 HP = 0,492 Kw Oleh karena itu motor yang digunakan untuk perencanaan awal minimal sebesar 0,66 HP Daya
Daya Perencanaan Pd = Fc . P Dimana : Pd = 1,3 . 0,492 Kw P = 0,492 Kw Pd = 0,639 Kw
Gambar 4.1. Pajang langkah Dari gambar 4.1 diatas dijelaskan bahwa dimensi pisau memiliki panjang 130 mm dan lebar 40 mm. Ketika pisau diletakkan pada posisi 15°, maka pisau akan memiliki panjang bidang potong yang diukur secara vertikal sebesar 34 mm. Ujung pisau yang terjauh dengan bagian titik pusat corong direncanakan sebesar 85 mm dengan diameter luar corong sendiri sebesar 70 mm sebagai langkah awal sebelum pemotongan. Pada langkah setelah pemotongan direncanakan sebesar 20 mm yang diukur dari ujung pisau yang terdekat dengan tepi
4.4. Perencanaan Belt dan Pulley Dalam perencanaan belt dan pulley yang akan digunakan untuk alat ini perlu memperhatikan beberapa faktor yang perlu di perhitungkan antara lain yaitu: kecepatan keliling pulley, gaya keliling belt, tegangan belt, sudut kontak belt, jumlah belt, tegangan maksimum, jumlah putaran belt, panjang belt dan perkiraan umur belt. Dalam penggunaan belt pada alat ini memerlukan panjang dan perkiraan umur sebagai berikut.
Gambar 4.1. Gambar Sket Panjang Belt
( D4 D3 ) 2 L = 2 . a + (D4+D3)+ 2 4.a Dimana diketahui : = 450 mm a D3 = 127 mm D4 = 127 mm Sehingga didapatkan :
L = 2 . a + (D4+D3)+ 2 L = 2 . 450 +
3.14
( D4 D3 ) 4.a
(127+127)+
2
(127 127)
2
4.450
2 L = 1747,8 mm L = 1,7 m
Dari panjang belt yang ada di pasaran maka belt yang dipakai adalah dengan panjang 1600 mm sesuai dimensi yang ada d pasaran. Sedangkan untuk umur belt dapat di rencanakan menggunakan rumus sebagai berikut m Nbase fat H= 3600.u.Z max Dimana diketahui : Nbase = basis dari tegangan kelelahan yaitu 107cycle
putaran satuanpanjang
U
= 0,7
Z σfat
= 2 buah belt = fatique limit 90 kg/cm2 untuk V-Belt (elmes II hal 64) = 115,87 kg/cm2 = Konstanta V-Belt = 8
σmax m
Sehingga :
fat H= 3600.u.Z max
90kg / cm 2 H= 3600.0,7.2 63,43kg / cm 2 7
2. Pulley yang digerakkan (Dp) a. Diameter luar pulley yang digerakkan : Dout = Dp + 2.c = 76,2 + 2(5) = 86,2 mm b. Diameter dalam pulley yang digerakkan : Din = Dout – 2.e = 86,2 mm – 2(16) = 54,2 mm 4.5. Perencanaan Poros Pada perhitungan poros ini yang perlu diperhatikan adalah menghitung daya disk terhadap poros, gaya yang terjadi pada bidang vertikal dan horisontal poros, momen terbesar poros, momen torsi pada poros serta bahan yang aman untuk poros yang akan digunakan. Momen terbesar yang terjadi pada bidang horisontal dan vertikal. Nilainya bisa di lihat dari diagram momen yang ada di atas dimana nilainya adalah : MH = 25,77 Nm MV = - 17,03 Nm Sehingga didapatkan :
m
Nbase
10
1. Pulley penggerak (Dm) a. Diameter luar pulley penggerak : Dout = Dm + 2.c = 127+ 2(5) = 137 mm b. Diameter dalam pulley penggerak : Din = Dout – 2.e = 137 – 2(16)mm = 105 mm c. Lebar pulley (B) B = (z-1).t+2.e = (2-1)20+2.(16) = 52 mm = 0,05 m
8
H = 1984,1 ( 16,41 ) H = 32578 Jam Pada perencanaan kami, pulley yang kami gunakan adalah tipe B. untuk pulley B diperoleh data-data sebagai berikut: Rated sizes of pulley grooves type B e = 16 c =5 s = 12,5 t = 20 v = 34o - 40o
VH = 192,1 N VV = -212,9 N
M
=
M H 2 MV 2
M
=
2 2 (25,77 Nm) (17,03Nm)
M M
= 954,11Nm = 30,88Nm = 273,22 lbf.in
V
=
VH 2 VV 2
V
=
2 2 (192,1N ) (212,9 N )
V V
= 82228,82 N = 286,75N = 64,46 lbf
Pemilihan bahan poros untuk alat ini perlu memperhatikan tegangan maksimum yang bekerja
pada poros untuk menentukan bahan poros aman dan sesuai dengan kebutuhan rancangan dalam hal ini dapat di analisis menggunakan rumus : Dari mesin didapatkan : Dporos = 30mm Maka :
Syp.0,58 Sf Syp.0,58 1080 ,1 2 1080,1.2 Syp 0,58
maks
3724,48 psi Syp Bahan poros yang diambil untuk penggunaan poros mesin ini adalah AISI 1040. 4.6. Perecanaan Pasak Dari perhitungan sebelumnya dan dari data – data yang direncanakan didapat Dporos = 30 mm = 1,18 W = 25% dari Dporos = 7,5 mm = 0,29 in Ks = Koefisien tegangan geser (0,6)
4.7. Perhitungan Bantalan Bearing yang di pakai dalam rancangan ini adalah Single Row Deep Gove Ball Bearing. Dan dari analisa dan perhitungan pada bagian sebelumnya diperoleh data-data sebagai berikut : 1. Diameter poros (Dp) : 1,18 in = 30 mm 2. Gaya bantalan di titik B : (FBH) = 35,93 N : (FBV) = 389,72N 3. Gaya bantalan di titik C : (FCH) = 328,21 N : (FCV) = 107,69 N 4. Dalam perencanaan didapat nilai Co = 2390 dan C= 3660 (lampiran 26) 5. Harga vektor putaran (V) = 1 untuk ring dalam berputar. Perkiraan Umur Bantalan Untuk mengetahui berapa umur bantalan yang nantinya diganti yang baru, maka umur bantalan sebaiknya diganti dengan umur : Bantalan B h 6 C 10 L10h = P 60n4 3 3660 106 = 105,576 60.180rpm = 3,858 X106 jam kerja Bantalan C
Tegangan Geser Terhadap Panjang Pasak
2.T
maks
W .L.D
syp Sf
2.215
1080,1
7,5.L.0,98 0,29.1,18.1080,1
430
L
369,6 L = 1.16 in Sarat Aman Tegangan Geser Pada Pasak
2.T
ks.Syp
W .L.D
Sf
2.215
0,29.1,16.1,18 430
0,6.Syp
0,39
1102,5.2
3660 = 116,475
3
106 60.180rpm
= 2,874 x 106 jam kerja
430
L
b
6 C 10 L10h = P 60n4
2
Syp
0,6 3675,2 psi Syp
0,6.Syp 2
4. KESIMPULAN DAN SARAN Dari perencanaan dan perhitungan pada mesin pemotong singkong yang penulis rancang, diperoleh data-data sebagai berikut : a. Panjang langkah pisau untuk memotong singkong adalah 150 mm. b. Dari percobaan gaya maksimal untuk memotong 6 buah singkong adalah 32,15 N. c. Jumlah putaran pada disk adalah 180 rpm. d. Motor yang digunakan adalah motor bensin dengan daya 5,5 HP dan putaran sebesar 3600 rpm. e. Speed reducer yang digunakan mempunyai rasio 1/20. f. Ukuran diameter pulley adalah : Diameter pulley 1 = 3 in Diameter pulley 2 = 3 in Diameter pulley 3 = 5 in Diameter Pulley 4 = 5 in
g.
h.
i.
Belt yang dipakai adalah type B dengan solid wofen cotton, panjang belt 1747 mm, 1,7 m. Poro yang digunakan dari bahan baja AISI 1050, dengan diameter 30 mm dan panjang 300 mm Bearing yang digunakan pada sistem kerja poros adalah pillow block type single row deep groove dengan diameter dalam 30 mm.
Saran untuk pembuatan mesin singkong ini adalah a. Mencari mekanisme lain yang lebih baik dalam peletakan posisi pisau pada papan pisau. b. Membuat sistem pencekaman yang lebih baik pada corong agar posisi singkong tidak berubah pada saat pemotongan. c. Putaran mesin yang digunakan seminimal mungkin guna mengurangi getaran akibat motor penggerak yang dapat mempengaruhi kenyamanan pemakaian. 5. DAFTAR PUSTAKA 1. Deutschman, Aaron D, Walter J Michels, Charles E Wilson. 1975. Machine Design Theory and Practice. New York : Macmillian Publishing Co, Inc. 2. Sularso, Suga, Kiyokatsu. 1991. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin 10th edition. Jakarta : PT. Pradnya Paramita. 3. Dobrovolsky, V. 1978. Machine Elements 2nd edition. Moscow : Peace. 4. Winandar, Nikolaus dan M. Hafidin. 2004 : Mesin Pemotong Singkong Automatis . Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. 5. Hermanto, Bambang dan Andi Setiyanto. 2007 : Modifikasi Mesin Pemotong Singkong Kontinu Dengan Hasil Potongan Berbentuk Oval dan Empat Persegi Panjang. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya. 6. Magdalena, Imelda dan Didit Eko Prahmana Sardi. 2011: Rancang Bangun Mesin Pemotong Singkong Dengan Menggunakan Metode Cam Follower. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
