RANCANG BANGUN SISTEM KONVEYOR SABUK PEMILAH KOPI SANGRAI DENGAN PENGENDALI ARDUINO UNO
(Skripsi)
Oleh
SALPA ADE NUGRAHA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
ABSTRAK
RANCANG BANGUN SISTEM KONVEYOR SABUK PEMILAH KOPI SANGRAI DENGAN PENGENDALI ARDUINO UNO
OLEH SALPA ADE NUGRAHA
Kualitas produksi sangat penting dalam meningkatkan permintaan konsumen. Diantaranya industri
yang memerlukan pengendalian kualitas adalah industri
makanan dan minuman instan, di Indonesia industri minuman didominasi oleh hasil olahan minuman instan bubuk dan cair. Salah satunya minuman instan kopi, minuman kopi membutuhkan beberapa tahap pengolahan, salah satu yang terpenting adalah proses penyangraian. Saat ini industri masih menggunakan tenaga konvensional, akan tetapi akan memakan waktu, biaya, tenaga operator. Untuk menanggulangi masalah tersebut perlu adanya mesin pemilah biji kopi dengan sistem otomasi berdasarkan parameter suhu dan warna kopi. Penyelesaian rancang bangun ini dilakukan dengan 2 tahapan yaitu perancangan konveyor sabuk dan perancangan otomasi. Perancangan konveyor sabuk pemilah terdiri dari 3 tahap yaitu embodiment design (merealisasikan konsep), manufacturability (keterbuatan), dan disain rinci menggunakan aplikasi Solidwork. Selanjutnya perancangan otomasi menggunakan mikrokontroller Arduino Uno dan sensor warna. Setelah peralatan sudah difabrikasi selanjutnya dilakukan pengujian didapatkan kapasitas maksimum 422 kg/jam dengan kapasitas angkut 211 tumpahan/jam tanpa ada kesalahan. Kemudian ketinggian sensor yang optimal 6 cm dari permukaan nampan dan delay sensor 0,5 detik agar pembacaan sensor warna akurat. Hasil penyangraian yang terbaik (medium roast) berada pada suhu 209℃ sampai suhu 211℃ dan memiliki intensitas warna sebesar Red:48-49 Green:68-69 Blue:56-57.
Kata kunci: konveyor sabuk, otomasi, sensor warna, penyangraian, suhu
ABSTRACT
DESIGN AND FABRICATION OF ROASTING COFFE SELECTOR BELT CONVEYOR USING ARDUINO UNO MICROCONTROLLER
BY SALPA ADE NUGRAHA
Quality of production is very important for increasing the consument demand. Among the industry that need a quality control is food and beverage industry. In Indonesia, Coffee drink need some steps to process and the most important is roasting process. Nowadays, industry still used convetional method, which is time consuming, higher cost, and the need a labour skill such as tester and operator. To solve that problem, the industry need a roasted coffe sorting machine with an automatic system based on the temperature and the colour of coffe. Accomplishing of the system is divided into two phases including, the belt conveyor and the automation planning. The belt conveyor planning include three steps: embodiment design, manufacturability, assesment and the detail design using Solidwork. The second phases is automation planning using Arduino Uno microcontroller and colour sensor. After the whole components have been fabricated, the next step is testing the system. The result showed maximum capacity at 422 kg/hour with the haul capacity 211 spill/hour without error. The optimum high sensor at 6cm from the surface of trays and the sensor delay 0,5 seconds to make the sensor more accurate. The best result of roasting process was medium roast at 209℃ - 211℃ with the colour intensity Red: 48-49 Green:68-69 and Blue: 56-57.
Keywords : Belt conveyor, automation, colour sensor, roasting, temperature
RANCANG BANGUN SISTEM KONVEYOR SABUK PEMILAH KOPI SANGRAI DENGAN PENGENDALI ARDUINO UNO
Oleh
SALPA ADE NUGRAHA Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016
A:?:ttruq;
Ahlpir r+*
::Nnlq;:,;;;ffi;;
*
t}t*v**strA*L"A*,v\,tr
u*iu"*TT tce';Nr;t?'JN; iY':lY-ur* t,awrtsu*u*,r*o*trp*r o
usyooo*i,,io'ii'.uunl**u
: :::v*i?6tr*e ruuo*i**u*t:\i*&*rr ff^s LAM?,ri\rG u?'ilvri{::::: -:3lll,fframpt:ttt ::: 1*$/74s
"rNivf;F4*tr
'7o;**u*i
*.iii)rA$
*ffAn, t-k*FLl*Guf.riv::::ji'':
:: :::f: u*l
,,
;,;;;;.,rAs
Lir't',4r!jN
L&F*rilN
,rr,oroi:,;;:';;:*r;l
I]1.'e* irr^'s L.AM?tlhtG uriivrra*t:::'o**urrnu-,r*--t rA,$ Lrrld'nui'l * u,r,;ir,ou',;;;:;;;;rt, rsrylnr;;ffi IY IIlf:$i?,qs LAMpuNi,,,*,o:T::l::|,:apuN* ulniiinp**\*i,w?ll+* i\r**u *:ljll]'*,r*ur^*ru,u?.,rci:t+tvna*t1n'*'-1u1ou*iu*|rL*uth*L{\\IP*N* "*uu*l',,;i'r'ii,J*ior ffiHfltKf$,nq$ rar*ru:ugffffl'v;8ffif;^1ff*ffu*e**i*u*gffi*XX"::t:#w*,qs,r.4s 7"!,Y,',ilrnft{is
r***:*i'ffiffi&ffitle;;,.ffif##},[3:!--Fo**ll%,;;;:,i;-:;;;'-;;
i*r,*r,".:rufl*{vijj:Y',31"urii,*'r***nou iilj:::::s ls),,fi iXi.iiiE##*rwrffi/itifr
t-'?i*trss;7ss
L&h1t}i-;h'iG
v*
'rAs
LAM?.I\I*
y-:'::::l:s
L'l&?pr-inrc
iar*r,rrr
*so,rl;;ffi i'lil**,
Vffi!fi.H.ftfiE lid6*i$iffiL'l*sdt$b$if${11','*.'1irni,t*,r*""11h*\-t\Ni*i'x'ar}
IJ;]JIf
,LA?&p\]?
uruivr:ns t1t4* Li\r'#uY.G uNryEr*i,,r*i. u,r*on
h?'l.*'s * tr N fi/ I,4*?i:rit) irr4lv'*Rs u r.Ra il F.* $ t a i - axqp,.Jt ,,:Y'?,,"7rr#iT&8,u**u,oomu)*,|oi"i*,p\*,*'\|',ip,Jl,,t*l:ry,o}i',,,7*i,iJiiur
NG
u i\i'
Fis tTA*
r**UNLT;s#rn'$;'t
?4
\-
ru i "'i
E
14
t
t
r.-t* i lil9l1rp,-
i.ifi
t"rhil trEq .* #nl$
Ln
j,.x::xT:T:itr*i1;ii
t.' Ni} L;rutr,pp*lfiqS
atC;1lLllrtt*^-**:Y.y,',:r*srr4,s i thlli
i lilll lvn'.'
,
i-
tT
h*
t
t*Z%_yt ir\..A?iJNG, taa
,*
& ;ror *s t u,,, *.ytts
I
fu."s
LAI.itptil
i
lil.$
LAFjp #?
r&$ l-.rthlpi-, f{#i tjVfi/E R$IIA.S
r,,Jtdff
:ri:;*:
uwrrl);ffi i}*r,rr t*P,Y$'r*NG
s;rsr*pyJ+t*\,.)r,tr:;
5y,ffi;#
L*#ff,"i\
,iff,ffiffR,, rAs,o*,,o* fiffiiffi srrA$ LAI*P t 9?4dt i 6"eooot 2' T
ffi
Lrt
?8tf'?'sqs'?"i,Wlu',|#jlffi;
r,JNl ttg. ga,r,,
G
/,,# t_ Al, iJ bt t \r 'l t" A.}'1 r+ itl lrn*fr {t*, x R.* rr Ai,u*r uo L)?at L'!?' t,g qUlrU$ f UNG ,;Xg Uf+ti "*ft$i'iA$ ?-*t*f t 'r'o f*Uf-,;*Gl)liltlil.i<E::zr:tt=r.'gOUfi* fSfqtyEg.*iTAS l&$A*LlN* n;f,r**Slf**rrr**Ul
Lutrl?*tqla*mfift1*fi&fl!rulb
ir u f
k,-;;;
H*\-i\*a?'r*r, utvt,it*srr&,* ia*E?tlu;
Y,7i,i',i11.:*As ?t3?t&Lltt1i1sgrys67us,,*a;,n*,sx,etfi,t\v1ft8t,Tk771r1,-u*olrl*u,r*rirru*;p.y;r?i-3*,,
,rr,r)r*i',{^l;i?,i.'r
Ful*G\Jt4tttgs*,gi7u#za*tr*t**zir$N*g*2Tk*r"uuu*o*J,",rJ.*,ru$LITFJIFLJN* LtNii_rso...*a^, L\Ar.i.t? I'J I yf lvu uu"' u Ni; s,s'r?;q$ tAI\*piJNG r*Y"li:":roo*e 'r:ff'1't?A$ tJ?t'vxits,TAs t"A?+'ipul'tc' LAI* rri;i.iG,-":r.itt i:rr;ilvrn.giTnb ,-*roou, tl*il/tftntrr\n LN*ru?iG,"*:y::Y?o3*u*i uo,,,ri'ri;\i;h*\"hi\,pi,** t-,,N.t?tj) ::jvw*ffn* uvt
::
Pt'itdG
/F.R&{Ttts
iluN* ,)?4tvpsqo,,; "", ,.1i' ^t inl1l: t lhil tvp"."
u*trtriftSilSf,@fiJfi6grpr.u"As
L,i\}Jpu}i,,
unuuio.l:,:::',::,
ilffi;;-\rrp-y41Gffiffir;f;ffi,[;;;;
r-amru**
;;.,,:;:!,::;:;jIX;
l-,qF,{puHG
'r*:':y.'.or:tq$fiA.6 r*Al,i?tr?i{ti*+r\rnrq$rr
:::: ffi:3:l,ro* --:
LA,i4prJNi;
:::: :Ett$iyu&r4grlihrc
l!i1*ru; --lY::::l::.::^1eu$t;
;;;;-;,\rp\*}t.t\b&?\tt+*
u6s,ir;;;;
'^u**,r;;;;;;no* uo'o*u ** ur,ii,iffi ;;;-, ui{rvrtisrr uwi;ti':i;; ::L::ue*N; ;;;;;-; ir i\s \-h*;r'nux* ffi ffi;-,
*-*::::ji: 'or,ooo*;;;;. hnL"n?{t?'*rir; rr*iii',,{oiiio***, ::: ff j::&rrt,&i-&ir+ipuN* * uw t.ar,rtswo=*r.**il.Rst,a?.':t**u*iiri*ir'i*rras
PUNG tlqtr.tsryo,ru'
LAh",lFLiN
*,*i',,'iriiTooru,
r.&vf?tt,tc LrNi'ri:::',1::l':lYrr,oi u,o,,ui'i,r**Lhs.:,r*ra1 ur,urill,,ii*'r}*,,ou :::: u$illtrftsrrA,s Na !#,'-il:n:rA$ *4?lp*r..}i Lkaqts*G1.lt{i\'Jrftsl1-a* ,r:*,r)*"irrk* L&t&{'Lix* uxt.ilx:;'r-JJ*,]l ;;,
]
rl r
i
.:.,.:..1
|
'' /\|-.
r r
t'
?,'i.'::.;
i::,;':;:;i1t :
r
ti:tl,t;,
r
,,:
I
1
r >
rj
i,;.t::::.'.
r r r
t.
;j..;...i,.1 :.,,.:.:,t I
Pe,wai
i't..:::t
I
i;:. :.")" !
rtJ.; ::';i1.',:.
\ t
:4.\.:.::1, t
.::t:.',..'i
PER}TYATAAII PENT}LIS
BAHWA BENAR SKRTPSI IM DIBUAT SENDIRI OLEH PENI]LIS DAN
BUKAN HASIL PLAGIAT SEBAGAIMANA DIATI'R DALAM PASAL 27 PERATURAN AKADEIvIIK UNTVERSITAS LAMPTING DENGAN ST}RAT KEPUTUSAN REKTOR NO. 3I87ltD 6IDTI2Orc
YANG ME}IBUAT PERNYATAAN
SALPA ADE NUGRAHA NPM.1015021053
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Adirejo pada tanggal 11 September 1990, sebagai anak kedua dari 3 bersaudara, dari pasangan Musyani dan Marsini. Penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Dasar Negeri 1 Adirejo pada tahun 2003, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri 3 Metro diselesaikan pada tahun 2006, Sekolah Menengah Atas Negeri 5 Metro diselesaikan pada tahun 2009, dan pada tahun 2010 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Penelusuran Seleksi Nasional Masuki Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) sebagai anggota divisi Kreativitas pada tahun 2012 sampai 2013. Penulis juga pernah melakukan Kerja Praktik di PT.Garuda Food Putra Putri Jaya Lampung, Tanjung Karang Timur, Bandar Lampung pada tahun 2013. Penulis menjadi asisten dosen di Laboratorium Proses Produksi pada tahun 2014 sampai 2016. Selain itu penulis membuat jasa pembuatan alat-alat Mekatronika dan Otomasi untuk membantu adik-adik tingkat yang mengambil matakuliah Mekatronika. Pada tahun 2015 penulis melakukan penelitian dengan judul “ Rancang Bangun Sistem Konveyor Sabuk Pemilah Kopi Sangrai Dengan Pengendali Arduino Uno ” dibawah bimbingan Bapak Dr. Ir. Yanuar Burhanuddin, M.T dan Ahmad Su’udi, S.T.,M.T.
MOTTO
“Dan Allah Mengeluarkan kamu dari perut Ibumu dalam keaadaan tidak mengetahui sesuatupun, dan dia memberi kamu pendengaran, penglihatan, dan hati, agar kamu bersyukur” (QS. An Nahl : 78)
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai dari suatu urusan, kerjakanlah urusan yang lain dan hanya kepada Allah hendaknya kamu berharap” (QS. Al Insyirah : 6-8)
“Disetiap kerja keras pasti ada hasil yang maksimal, jadi janganlah malas dan membuang waktu yang tidak bermanfaat” (Penulis)
“Berjuanglah dan bahagiakan orang tua, jangan pernah lupa mendoakan orangtua setiap saat” (Penulis)
PERSEMBAHAN Dengan Kerendahan Hati meraih Ridho Illahi Robbi Kupersembahkan karya Kecilku ini untuk orang-orang yang aku sayangi
Ibu dan ayahku Atas Segala pengorbanan yang tak terbalaskan, doa, kesabaran, keikhlasan, cinta dan kasih sayangnya
Kakak dan adikku Sumber inspirasi, semangat, keceriaan dan kebanggan dalam hidupku
Sahabat Mesin ‘10 Yang selalu memberi semangat dan berdiri tegap disampingku saat suka maupun duka, berbagi nasihat dan keceriaan
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr. Wb. Dengan mengucapkan lafaz hamdalah penulis panjatkan puji syukur kepada Allah SWT yang tidak pernah berhenti mencurahkan kasih sayang, kemudahan, serta rahmat-Nya. Shalawat serta salam tidak lupa penulis panjatkan kepada junjungan nabi besar Muhammad SAW yang telah membimbing dan mengantarkan kita menuju zaman yang lebih baik seperti sekarang, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang yang berjudul “ Rancang Bangun Sistem Konveyor Sabuk Pemilah Kopi Sangrai Dengan Pengendali Arduino Uno ”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung. Dalam Pelaksanaan dan Penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan sumbangan pikiran dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Ibuku Tercinta Marsini dan Ayahku Tersayang Musyani yang tak hentihentinya memberikan dukungan moril dan materilnya serta doa dan kasih sayangnya, Kakakku tersayang Deni Ade Putra dan Adikku tersayang Defi Oktri Sari yang menjadi sumber inspirasi dan semangat agar penulis dapat cepat menyelesaikan kuliah di Teknik Mesin ini dan cepat mendapatkan kerja.
1. Bapak Ahmad Su’udi, S.T, M.T. selaku ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung dan selaku pembimbing pendamping atas kesediaan dan keikhlasannya untuk memberikan bimbingan, motivasi serta saran untuk penyelesaiaan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ir. Yanuar Burhanuddin, M.T. selaku pembimbing Utama tugas akhir atas kesediaannya dan keikhlasannya untuk memberikan dukungan, bimbingan, nasehat, saran, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini. 3. Bapak Dr. Eng. Suryadiwansa Harun selaku dosen Pembahas yang telah memberikan masukan guna penyempurnaan dalam penulisan laporan ini. 4. Ibu Novri Tanti, S.T., M.T. selaku dosen Pembimbing Akademik. 5. Seluruh Dosen pengajar Jurusan Teknik Mesin yang banyak memberikan ilmu selama penulis melaksanakan studi, baik berupa materi perkuliahan maupun tauladan dan motivasi sehingga dapat kami jadikan bekal untuk terjun ke tengah-tengah masyarakat. 6. Seluruh Asisten laboratorim : Pak Pono, Pak Joko, Pak Agus, Mas Wanto, Mas Agus, Mas Giman, terimakasih atas saran dan canda tawanya. 7. Rekan-rekan Teknik mesing angkatan 2010 : Masagus Imran Maulana teman seperjuangan skripsi, Dwi, Feri, Wahyu, Nanjar, Galih, Nyoman, Fajar, AP, Faldi, Rabiah, Ryon, Bowo, serta angkatan 2010 lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terimakasih atas persahabatannya dan juga bantuannya salam “SOLIDARITY FOREVER”. 8. Dimas Rizky Hermanto yang sering memberikan nasihat, motivasi, dorongan dan kata-kata bijak serta menjadi saudara yang baik selama ini.
9. Choy dan Gatta yang memantu dan memberikan saran pada pembuatan program otomasi. 10. Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan namanya satu persatu, yang telah ikut serta membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. Penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini untuk mencapai suatu kelengkapan dan kesempurnaan. Penulis juga mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak. Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis berharap laporan ini memberi manfaat, baik kepada penulis khususnya maupun kepada pembaca pada umumnya. Wassalamu’alaikum Wr. Wb. Bandar Lampung, 16 Agustus 2016 Penulis
Salpa Ade Nugraha
xiii
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK……………………………………………………………………….. i HALAMAN JUDUL……………………………………………………………..iii HALAMAN PERSETUJUAN…………………………………………………....iv HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………………..v PERNYATAAN PENULIS………………………………………………………vi RIWAYAT HIDUP……………………………………………………………...vii HALAMAN MOTTO…………………………………………………………...viii HALAMAN PERSEMBAHAN………………………………………………….ix SANWACANA………………...………………………………………………….x DAFTAR ISI........................................................................................................xiii DAFTAR TABEL..................................................................................................xx DAFTAR GAMBAR...........................................................................................xxii DAFTAR LAMPIRAN……………………………………………………...…xxvi DAFTAR SIMBOL...........................................................................................xxvii I.
PENDAHULUAN A. Latar Belakang............................................................................................ 1 B. Tujuan...........................................................................................................3 C. Batasan Masalah...........................................................................................3 D. Sistematika Penulisan...................................................................................4
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Konveyor Sabuk (Belt Conveyor)................................................................5
xiv
1. Kelebihan dan kelemahan konveyor sabuk……..…………….……….7 2. Kelemahan konveyor sabuk……………………...……………………8 B. Jenis Konveyor Sabuk..................................................................................8 C. Komponen Konveyor Sabuk......................................................................10 1. Sabuk (Belt)…………………………………………………………..11 2. Pulli penggerak……………………………………………………….14 3. Penyenter sabuk (Centering Device)…………………………………17 4. Roda gigi transmisi…………………………………………………..18 D. Perencanaan Konveyor Sabuk...................................................................19 1. Lebar sabuk (B)……..……………………………………………….20 2. Tahanan gerak sabuk (W)……………………………………………23 3. Kapasitas angkut (Z)…………………………………………………25 4. Kapasitas konveyor sabuk maksimum (Q)…………………………..25 5. Kecepatan konveyor sabuk (vb)……………………………………...25 6. Gaya konveyor sabuk (F)……………………………………………26 7. Pemilihan poros konveyor sabuk…………………………………….26 E. Daya dan tegangan sabuk (belt).................................................................27 1. Faktor gesekan……………………………………………………….27 2. Konstanta gesekan………………………………………….………...28 F. Transmisi Rantai Rol..................................................................................29 1. Diagram aliran pemilihan rantai rol……………………………….…33 G. Motor DC...................................................................................................34 1. Beban torque konstan……………………………………..…………35 2. Beban dengan variabel torque………………………………....…….35
xv
3. Beban dengan energi konstanta……………………………………...35 H. Sensor Warna RGB TCS3200....................................................................35 I. Arduino Uno...............................................................................................36 1. Sumber (Catu Daya)…………………………………………………37 2. Memory………...……………………………………………………38 3. Input dan Output…………………………………………………….38 4. Komunikasi………………………………………………………….39 J. Bahasa Pemograman Arduino....................................................................40 1. Struktur...............................................................................................41 2. Syntax……………………………………………………………….41 3. Variabel……………………………………………………………..43 4. Operator matematika………………………………………………..45 5. Operator pembanding……………………………………………….45 6. Struktur pengaturan…………………………………………………46 7. Digital……………………………………………………………….46 8. Analog………………………………………………………………47 K. Standart Coffee Roasting...........................................................................48 1. Tingkat Light Roast.............................................................................49 2. Tingkat Medium Roast………………………………………………49 3. Tingkat Medium Dark Roast…………………………………….…..49 4. Tingkat Dark Roast………………………………………………….50
III. METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian....................................................................51 1. Tempat penelitian................................................................................51
xvi
2. Waktu penelitian……………………………….……………………51 B. Alur Penelitian...........................................................................................52 1. Parameter konveyor sabuk…………………………………………...53 2. Parameter otomasi……………………………………………………54 C. Alat dan Bahan Pembuatan Konveyor Sabuk……………………………54 1. Alat…………………………………………………………………...54 a. Mesin Las………………………………………………………...54 b. Mesin Bor………………………………………………………...54 c. Mesin Bubut……………………………………………………...55 d. Jangka Sorong……………………………………………………55 e. Mesin Gerinda……………………………………………………55 2. Bahan…………………………………………………………………55 a. Besi Batang (U)…………………………………………………..56 b. Pipa PVC………………………………………………………....57 c. Bantalan (Bearing)……………………………………………….59 d. Sabuk (Belt)………………………………………………………60 e. Motor Penggerak………………………………………………....61 D. Embodiment Design…………………………………………………...…62 1. Menghitung jumlah lapisan sabuk……………………………………62 2. Kapasitas angkut (Z)…………………………………………………62 3. Kapasitas konveyor sabuk maksimal (Q)…………………………….62 4. Kecepatan konveyor sabuk (Vb)……………………………………..63 5. Berat sabuk…………………………………………………………...63 6. Daya untuk memutar konveyor sabuk (P)……………………………63 7. Gaya pada konveyor sabuk…………………………………………...63 8. Pemilihan rantai transmisi……………………………………………63
xvii
9. Pemilihan poros………………………………………………………64 E. Keterbuatan (Manufacturability)…………………….………………...…64 1. Transmisi penghubung motor dengan roll penggerak………………..65 2. Tempat sensor warna dan kamera cctv……………………………….66 3. Penyenter sabuk………………………………………………………67 4. Nampan pemilah……………………………………………………...68 F.
Detail Design……………………………………………………………..70 1. Detail design konveyor sabuk…………………….....…………….....70 2. Detail design nampan pemilah…………….....…………………..…..71 3. Detail design kontrol unit arduino…………………………………....72
G. Perancangan Otomasi…………………………………………………….72 1. Arduino Uno………………………………………………………….73 2. LCD…………………………………………………………………..73 3. Kabel jumper…………………………………………………………73 4. Papan sirkuit (Project Board)………………………………………...74 5. Switch on/off………………………………………………….………74 6. Motor servo…………………………………………………………..74 7. Kamera CCTV………………………………………………………..74 8. Sensor warna TCS3200………………………………………………74 9. Lampu led…………………………………………………………….75 10. TV combo…………………………………………………………….75 11. Power supply…………………………………………………………75 12. Monitor……………………………………………………………….76 13. Komputer……………………………………………………………..76 H. Pembuatan Otomasi………………………………………………………76 1. Pengambilan keputusan (Desain control logic)…………………...…77
xviii
2. Pembuatan perangkat keras…………………………………………..78 3. Pembuatan perangkat lunak…………………………………………..78 I.
Analisa data / Pengujian………………………………………………….79
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Perancangan Konveyor Sabuk..........................................................85 1. Data motor penggerak……………………………………………….86 2. Perencanaan nampan konveyor……………………………………...87 3. Dimensi nampan pembawa………………………………………….87 4. Kapasitas angkut………………………………………………….…88 5. Kapasitas konveyor sabuk maksimal………………………………..89 6. Perencanaan konveyor sabuk………………………………………..89 7. Kecepatan konveyor sabuk…………………………………………..89 8. Perhitungan berat sabuk……………………………………………..90 9. Daya untuk memutar konveyor sabuk……………………………….90 10. Gaya pada konveyor sabuk………………………………………….91 11. Pemilihan rantai transmisi…………………………………………...92 12. Perencanaan poros konveyor sabuk………………………………....96 13. Pemilihan bantalan (bearing)………………………………………..98 B. Hasil Perancangan Sistem Kontrol……………………………………….99 1. Pembuatan otomasi motor dc………………...……………………...99 2. Pembuatan otomasi sortir…………………………………...……...100 3. Pembuatan mesin sangrai………………………………...………...101 C. Hasil Penyangraian…………...…………………………………………102
xix
D. Data Pengujian………………………………………………………….108 1. Respon time terhadap beban………………………………………...108 2. Karakteristik mekanik (selip) dan keakuratan………………………112 3. Pengujian respon sensor warna……………………………………..113 4. Pengujian intensitas warna kopi sangrai…………………………....115 5. Pengujian hubungan beban dengan laju pergerakan………………..120 a. Perubahan berat biji kopi sangrai……………………………….120
V. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan……………………………………………………………..125 B. Saran........................................................................................................126 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xx
DAFTAR TABEL
Tabel
halaman
Tabel 2.1 Rekomendasi lapisan sabuk...................................................................13 Tabel 2.2 Faktor keselamatan (k) dan jumlah lapisan sabuk.................................14 Tabel 2.3 Tebal lapisan sabuk muatan curah dan satuan.......................................16 Tabel 2.4 Berat curah, sudut balik, factor gesek bahan curah…………………...21 Tabel 2.5 Rekomendasi kecepatan sabuk………………………………………..22 Tabel 2.6 Koefisien tahanan sabuk terhadap bantalan roll………………………22 Tabel 2.7 Kecepatan sabuk yang disarankan…………………………………….23 Tabel 2.8 Tingkat kualitas kopi sangrai………………………………………….50 Tabel 4.1 Data ukuran bearing SKF......................................................................98 Tabel 4.2 Prinsip kerja otomasi sortir…………………………………………..100 Tabel 4.3 Pengujian respon time beban 0,5 kg…………………………………108 Tabel 4.4 Pengujian respon time beban 1 kg…...………………………………109 Tabel 4.5 Pengujian respon time beban 1,5 kg…………………………………110 Tabel 4.6 Pengujian respon time beban 2 kg…………………………………...111
xxi
Tabel 4.7 Pengujian karakteristik mekanik(selip) dan keakuratan…..…………112 Tabel 4.8 Pengujian respon sensor pada warna campuran……………………..114 Tabel 4.9 Pengujian intensitas warna kopi sangrai…………………………..…115 Tabel 4.10 Data perubahan berat biji kopi……………………………………...120 Tabel 4.11 Pengujian hubungan beban 0,5 kg dengan laju konveyor…...……...120 Tabel 4.12 Pengujian hubungan beban 1 kg dengan laju konveyor………..…...121 Tabel 4.13 Pengujian hubungan beban 1,5 kg dengan laju konveyor……...…...122 Tabel 4.14 Pengujian hubungan beban 2 kg dengan laju konveyor………..…...124
xxii
DAFTAR GAMBAR
Gambar
halaman
Gambar 2.1 Konveyor sabuk....................................................................................6 Gambar 2.2 Sabuk strip baja dan tekstil...................................................................9 Gambar 2.3 Konfigurasi konveyor sabuk..............................................................10 Gambar 2.4 Sistem konveyor sabuk.......................................................................11 Gambar 2.5 Penampang sabuk...............................................................................13 Gambar 2.6 Penggerak konveyor sabuk.................................................................15 Gambar 2.7 Penyenter sabuk..................................................................................17 Gambar 2.8 Transmisi roda gigi konveyor sabuk..................................................18 Gambar 2.9 Muatan curah dan satuan....................................................................19 Gambar 2.10 Rantai rol..........................................................................................29 Gambar 2.11 Desain rantai rol...............................................................................30 Gambar 2.12 Diagram pemilihan rantai rol…………….......................................32 Gambar 2.13 Diagram aliran pemilihan rantai rol.................................................33 Gambar 2.14 Motor dc sederhana..........................................................................35 Gambar 2.15 Diagram blok sensor warna..............................................................36 Gambar 2.16 Board arduino uno...........................................................................37 Gambar 2.17 Tingkat kematangan kopi sangrai....................................................48 Gambar 2.18 Tingkat light roast............................................................................49
xxiii
Gambar 2.19 Tingkat medium roast.......................................................................49 Gambar 2.20 Tingkat medium dark roast..............................................................50 Gambar 2.21 Tingkat dark roast............................................................................50 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian.......................................................................53 Gambar 3.2 Besi batang U.....................................................................................56 Gambar 3.3 Konveyor detektor logam...................................................................56 Gambar 3.4 Rangka konveyor sabuk.....................................................................57 Gambar 3.5 Pipa pvc 3 inch...................................................................................57 Gambar 3.6 Tutup pipa pvc 3 inch.........................................................................58 Gambar 3.7 Baut ulir panjang................................................................................58 Gambar 3.8 Roll pembalik.....................................................................................58 Gambar 3.9 Roll penggerak...................................................................................59 Gambar 3.10 Bantalan duduk.................................................................................59 Gambar 3.11 Pemasangan bearing ........................................................................60 Gambar 3.12 Sabuk pvc…………….....................................................................60 Gambar 3.13 Sabuk pvc pada konveyor sabuk......................................................61 Gambar 3.14 Motor dc...........................................................................................61 Gambar 3.15 Roda gigi transmisi...........................................................................65 Gambar 3.16 Rantai tipe 25H-56L.........................................................................65 Gambar 3.17 Pemasangan sabuk dan roda gigi transmisi......................................66 Gambar 3.18 Bentuk tempat sensor warna dan kamera cctv…………………….67 Gambar 3.19 Penyenter sabuk...............................................................................68 Gambar 3.20 Besi hollow dan baut........................................................................68 Gambar 3.21 Motor servo......................................................................................69
xxiv
Gambar 3.22 Desain nampan pemilah...................................................................69 Gambar 3.23 Detail design konveyor sabuk..........................................................70 Gambar 3.24 Detail design nampan pemilah.........................................................71 Gambar 3.25 Detail design kontrol unit arduino....................................................72 Gambar 3.26 Arduino uno......................................................................................73 Gambar 3.27 Kamera cctv…………………………..............................................74 Gambar 3.28 Sensor warna TCS 3200...................................................................75 Gambar 3.29 Monitoring........................................................................................76 Gambar 3.30 Rancangan sistem otomasi...............................................................77 Gambar 4.1 Struktur mekanik konveyor sabuk......................................................85 Gambar 4.2 Motor dc.............................................................................................86 Gambar 4.3 Rpm motor..........................................................................................87 Gambar 4.4 Nampan pembawa..............................................................................88 Gambar 4.5 Rangkaian otomasi motor dc..............................................................99 Gambar 4.6 Posisi rangkaian arduino dan sensor warna......................................100 Gambar 4.7 Nampan pemilah..............................................................................101 Gambar 4.8 Mesin sangrai...................................................................................101 Gambar 4.9 Sirip pengaduk.................................................................................102 Gambar 4.10 Light roast 0,5 kg...........................................................................102 Gambar 4.11 Medium roast 0,5 kg.......................................................................103 Gambar 4.12 Dark roast 0,5 kg...........................................................................103 Gambar 4.13 Light roast 1 kg..............................................................................104 Gambar 4.14 Medium roast 1 kg.........................................................................104
xxv
Gambar 4.15 Dark roast 1 kg..............................................................................104 Gambar 4.16 Light roast 1,5 kg...........................................................................105 Gambar 4.17 Medium roast 1,5 kg......................................................................105 Gambar 4.18 Dark roast 1,5 kg...........................................................................106 Gambar 4.19 Light roast 2 kg..............................................................................106 Gambar 4.20 Medium roast 2 kg.........................................................................107 Gambar 4.21 Dark roast 2 kg..............................................................................107 Gambar 4.22 Grafik uji respon time pada beban 0,5 kg......................................108 Gambar 4.23 Grafik uji respon time pada beban 1 kg.........................................109 Gambar 4.24 Grafik uji respon time pada beban 1,5 kg......................................110 Gambar 4.25 Grafik uji respon time pada beban 2 kg.........................................111 Gambar 4.26 Karet pembatas dan penyenter belt................................................113 Gambar 4.27 Contoh kopi sangrai yang bagus....................................................115 Gambar 4.28 RGB level light roast…..................................................................116 Gambar 4.29 RGB level medium roast….............................................................116 Gambar 4.30 RGB level dark roast......................................................................117 Gambar 4.31 Sensor warna..................................................................................117 Gambar 4.32 Arah pantulan cahaya.....................................................................118 Gambar 4.33 Pantulan cahaya lampu dan sensor.................................................118 Gambar 4.34 Luas area dan ketinggian sensor.....................................................119 Gambar 4.35 Hubungan beban 0,5 kg dengan laju..............................................121 Gambar 4.36 Hubungan beban 1 kg dengan laju.................................................122 Gambar 4.37 Hubungan beban 1,5 kg dengan laju..............................................123 Gambar 4.38 Hubungan beban 2 kg dengan laju.................................................124
xxvi
DAFTAR LAMPIRAN
A. Proses penimbangan biji kopi mentah sebelum proses penyangraian B. Mesin sangrai yang digunakan pada penelitian ini C. Foto bagian-bagian konveyor sabuk pemilah kopi sangrai D. Gambar rangkaian nampan pemilah E. Gambar rangkaian otomasi motor dc F. Bahasa pemograman pada otomasi nampan pemilah G. Bahasa pemograman untuk control motor dc H. Datasheet Arduino Uno I. Datasheet motor dc J. Skematik Arduino Uno K. Datasheet driver L298N motor dc L. Datasheet motor servo M. Datasheet sensor warna TCS3200
xxvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan Tegangan teoritis sabuk maksimum
Satuan kg
Tegangan tarik ultimate per cm lebar lapisan kg/m B
Lebar sabuk
Z
Kapasitas angkut
G
Berat maksimum yang diangkut
kg
Q
Kapasitas angkut maksimal
kg
Kecepatan sabuk
m/s
Diameter roll
mm
Putaran konveyor sabuk yang diinginkan
rpm
Gaya motor
newton
Gaya tarik sabuk
newton
Berat sabuk
kg/m
Tebal lapisan sabuk
mm
Daya (Power)
kW
Faktor gesekan
-
panjang total
m
Konstanta gesekan
m
Putaran motor
rpm
Diameter poros yang direncanakan
mm
P
L
n
cm tumpahan/jam
xxviii
τa
Kekuatan tarik bahan
kg/mm2
Kt
Faktor koreksi tumbukan
-
Cb
Faktor koreksi beban lentur
-
Panjang rantai
T
mata rantai
Jumlah gigi sproket kecil
-
Jumlah gigi sproket besar
-
Jarak sumbu poros
mata rantai
Jarak bagi rantai
mm
Momen puntir rencana
kg.mm
Diameter jarak bagi sproket
mm
Diameter luar sproket
mm
Diameter naf maksimum
mm
Daya rencana
kW
Faktor koreksi
-
Tegangan puntir Sf
Faktor keamanan
-
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Seiring meningkatnya kebutuhan dan permintaan pasar terhadap suatu produk, industri dituntut untuk meningkatkan jumlah produksi serta kualitas produknya. Untuk meningkatkan kuantitas produksi dapat dilakukan dengan menambah jumlah peralatan serta karyawan. Sedangkan untuk meningkatkan kualitas produksi, suatu industri perlu didukung oleh kemampuan operator serta peralatan produksi dengan sistem operasi otomatis dalam pengendalian kualitas sehingga mampu mempersingkat waktu produksi (Hasan,2009).
Salah satu industri yang memerlukan pengendalian kualitas dalam proses produksi nya yaitu industri makanan dan minuman. Industri minuman di Indonesia saat ini didominasi oleh hasil olahan minuman instan dalam bentuk bubuk ataupun minuman cair. Salah satu minuman instan yang banyak di gemari masyarakat yaitu kopi. Hampir semua masyarakat saat ini membutuhkan kopi untuk dikonsumsi sehari-hari.
Sebelum menjadi minuman yang siap disajikan, kopi memerlukan beberapa tahapan proses dalam pengolahan, diantaranya yaitu pemilihan
2
kualitas biji kopi yang dipetik, pengeringan, dan tahapan akhir yaitu penyangraian. Pada tahap penyangraian, kopi di sangrai hingga mencapai tingkat kematangan sempurna. Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi tingkat kematangan kopi, diantaranya suhu, warna, waktu dan jumlah kopi yang di sangrai dalam satu mesin sangrai kopi. Kedua faktor tersebut sangat menentukan kualitas kopi sangrai dalam warna, aroma serta rasa kopi itu sendiri.
Saat ini beberapa industri masih menggunakan cara konvensional dalam menentukan kualitas kematangan biji kopi yang telah di sangrai yaitu dengan tenaga manusia. Karena masih menggunakan tenaga manusia, tingkat akurasi pemilihan kopi yang baik serta berkualitas terkadang tidak sesuai, sehingga biji kopi yang matang maupun belum matang sempurna terkadang ikut tercampur ke dalam produk. Selain itu, proses pemilahan dengan tenaga manusia akan memakan waktu, biaya, serta tenaga operator itu sendiri. Untuk menanggulangi masalah tersebut perlu adanya mesin pemilah biji kopi dengan sistem otomatis yang dapat memilah kematangan kopi sangrai dengan parameter suhu dan warna kopi, sehingga kopi yang telah disangrai benarbenar matang dan berkualitas (Rahardjo,2012).
Melihat beberapa kendala tersebut, maka penulis tertarik untuk membuat sistem serta pengembangan teknologi mesin pemilah biji kopi sebagai solusi dalam pengendalian kualitas kopi sangrai. Untuk membangun sistem otomatis tersebut penulis menggunakan microcontroller sebagai sistem kontrol yang
3
dapat membaca intensitas warna kopi sangrai dari sensor warna untuk memilah biji kopi sangrai pada kondisi warna yang berbeda. Sistem yng dibuat kemudian diterapkan kedalam sebuah konveyor sabuk pemilah kualitas kopi sangrai sebagai alat distribusi industri.
B. Tujuan Dari latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, maka penelitian bermaksud memfokuskan penelitian pada hal-hal sebagai berikut: 1. Konveyor sabuk pemilah kualitas kopi sangrai dengan pengendali Arduino Uno dapat memilah dengan baik. 2. Mengetahui mekanisme pengontrolan pada sistem konveyor sabuk pemilah kualitas kopi sangrai dengan pengendali Arduino Uno. 3. Membuat sistem kontrol untuk program Arduino Uno.
C. Batasan Masalah Melihat begitu kompleksnya permasalahan rancang bangun alat pemilih kualitas kopi sangrai ini maka dalam rancang bangun ini penulis membatasi masalah sebagai berikut: 1. Sensor warna menjadi input untuk kendali Arduino. 2. Pengolahan citra kamera termal tidak dibahas.
4
D. Sistematika Penulisan Adapun sistematis penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. BAB I : PENDAHULUAN Pada bab ini terdiri dari latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan. 2. BAB II : TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini memuat teori mengenai hal-hal yang berkaitan dengan penelitian ini. 3. BAB III : METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini terdiri atas hal-hal yang berhubungan dengan pelaksanaan penelitian, yaitu tempat penelitian, bahan penelitian, pralatan, dan prosedur pengujian. 4. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini berisikan hasil dan pembahasan dari data-data yang diperoleh saat pengujian dilaksanakan. 5. BAB V : SIMPULAN DAN SARAN Pada bab ini berisi hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang ingin di sampaikan dari penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Berisikan literature-literatur atau referensi-referensi yang digunakan penulis untuk menyelesaikan laporan tugas akhir. LAMPIRAN Berisikan perlengkapan laporan penelitian.
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Konveyor Sabuk (Belt Conveyor) Konveyor sabuk adalah mesin pemindah bahan menggunakan sabuk karet (belt) yang tidak berujung, terdiri dari beberapa lapisan yang diperkeras dengan serat baja (fiber steel) dan atau kawat baja untuk menghasilkan kekuatan pada sabuk. Konveyor sabuk dapat digunakan untuk memindahkan muatan satuan (unit load) maupun muatan curah (bulk load) sepanjang garis lurus (horizontal) atau sudut inklinasi terbatas.
Konveyor sabuk banyak digunakan oleh industri. Pada industri pengecoran digunakan untuk membawa dan mendistribusikan pasir cetak, membawa kayu potongan (chip) ke chipper dan mendistribusikan bubur kertas kering (bale pulp) pada industri kertas, memindahkan biji batu bara pada unit pembangkit daya dan pertambangan batu bara, di antara langkah processing pada industri makanan, dan sebagainya.Contoh konveyor sabuk dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut:
6
Gambar 2.1 Konveyor sabuk (conveyorbelt.net)
Konveyor sabuk mempunyai kapasitas pemindahan besar (500 sampai 5000 m3/jam atau lebih), mampu memindahkan bahan dalam jarak yang jauh (500 sampai 1000 m atau bahkan lebih), perencanaan yang sederhana, berat mesin relative ringan, dan pemeliharaan dan operasional yang mudah. Kemampuan ini telah menjadikan konveyor sabuk secara luas digunakan sebagai mesin pemindah bahan (Zainuri, Muhib.2010).
Konveyor sabuk (belt conveyor) memiliki komponen utama berupa sabuk yang berada diatas roller-roller penumpu. Sabuk digerakkan oleh motor penggerak melalui suatu pulley, sabuk bergerak secara translasi dengan melintas datar atau miring tergantung kepada kebutuhan dan perencanaan. Material diletakkan diatas sabuk dan bersama sabuk bergerak kesatu arah. Pada pengoperasiannya konveyor sabuk menggunakan tenaga penggerak berupa motor listrik dengan perantara roda gigi yang dikopel langsung ke puli penggerak. Sabuk yang berada diatas roller-roller akan bergerak melintasi roller-roller dengan kecepatan sesuai putaran dan puli penggerak (Zainuri, Muhib.2010).
7
Ada beberapa pertimbangan yang mendasari dalam penelitian pesawat pengangkut : 1) Karakteristik pemakaian, hal ini menyangkut jenis dan ukuran material, sifat material, serta kondisi medan atau ruang kerja alat. 2) Proses produksi, mengngkut kapasitas perjam dari unit, kontinuitas pemindahan, metode penumpukan material dan lamanya alat beroperasi. 3) Prinsip-prinsip ekonomi, meliputi ongkos pembuatan, pemeliharaan, pemasangan, biaya operasi dan juga biaya penyusutan dari harga awal alat tersebut. Berdasarkan pertimbangan diatas maka dipilihnya konveyor sabuk sebagai pesawat pengangkut yang paling sesuai untuk mengangkut pasir kedalam proses mixer dalam pembuatan tiang beton. (Zainuri, Muhib. 2010).
1. Kelebihan dan Kelemahan Konveyor Sabuk 1) Mampu membawa beban berkapasitas besar. 2) Kecepatan sabuk dapat diatur untuk menetapkan jumlah material yang dipindahkan persatuan waktu. 3) Dapat bekerja dalam arah yang miring tanpa membahayakan operator yang mengoperasikannya. 4) Memerlukan daya yang lebih kecil, sehingga menekan biaya operasinya. 5) Tidak mengganggu lingkungan karena tingkat kebisingan dan polusi yang rendah. 6) Lebih ringan dari pada konveyor rantai maupun bucket conveyor.
8
7) Aliran pengangkutan berlansung secara terus menerus/kontinu. 2. Kelemahan Konveyor Sabuk 1) Sabuk sangat peka terhadap pengaruh luar, misalnya timbul kerusakan pada pinggir dan permukaan sabuk, sabuk bisa robek karena batuan yang keras dan tajam atau lepasnya sambungan sabuk. 2) Diperlukan modal awal yang besar untuk membangun instalasinya. 3) Jarak pengangkutan terbatas. 4) Memerlukan perawatan yang kontinu. 5) Beban tidak dapat diturunkan pada sembarang tempat, tanpa bantuan alat khusus. 6) Memiliki lintasan yang tetap.
B. Jenis Konveyor Sabuk
Berdasarkan perencanaan, konveyor sabuk dapat dibedakan menjadi stationary conveyor dan portable (mobile) conveyor. Berdasarkan lintasan gerak, konveyor sabuk diklasifikasikan sebagai: 1. Horizontal 2. Inklinasi 3. Kombinasi horizontal-inklinasi Sabuk bisa terbuat dari textile, strip baja, dan kawat baja (woven-mesh steel wire). Jenis bahan sabuk strip baja (Gambar 2.2a) sesuai untuk memindahkan electronic circuit board, bahan yang panas, dan sesuai untuk memindahkan bahan yang bermuatan listrik.
9
a
b
Gambar 2.2 Sabuk strip baja dan tekstil (Zainuri, Muhib.2010) (a) Sabuk strip baja (b) Sabuk tekstil
Jenis sabuk tekstil (Gambar 2.2 b) terdiri dari: cotton (woven atau sewed), duck cotton, comel hair, dan rubberized textile sabuk. Konveyor sabuk jenis sabuk tekstil harus memenuhi persyaratan: tidak menyerap air (low hygroscopicity), kekuatan tinggi, ringan, pertambahan panjang spesifik rendah (low specific elongation), fleksibelitas tinggi, lapisan tidak mudah lepas (high resistivity to ply separation), dan tahan lama (long service life). Berdasarkan system puli penggerak dan metode pengencang, konveyor sabuk dibedakan menjadi 4 macam yaitu: (a) Pengencang atas (b) Pengencang samping (c) Pengencang bawah (d) Penggerak tandem
10
Gambar 2.3 Konfigurasi konveyor sabuk (Zainuri, Muhib. 2010)
C. Komponen Konveyor Sabuk Umumnya sistem konveyor sabuk terdiri dari: 1. kerangka (frame) 2. dua buah pulli:pulli penggerak (driving pulley) pada head end dan pulli pembalik (take-up pulley) 3. pada tail end 4. endless sabuk 5. idler roller atas 6. idler roller bawah 7. unit penggerak 8. cawan pengisi (feed hopper) dipasang diatas konveyor 9. saluran buang (discharge spout)
11
10. pembersih sabuk (sabuk cleaner) yang biasanya dipasang dekat kepala pulli.
Gambar 2.4 Sistem konveyor sabuk (Zainuri, Muhib .2010)
1. Sabuk (Belt) Sabuk merupakan elemen terpenting pada sistem konveyor sabuk. Secara umum sabuk terdiri dari tiga bagian utama yaitu, lapisan atas (top cover), kakas (carcass) dan lapisan bawah (bottom cover). Lapisan sabuk berfungsi untuk melindungi kakas dari keausan dan kerusakan selama operasi. Kakas berfungsi untuk meneruskan tegangan pada sabuk saat start dan selama memindahkan muatan. Selain itu, kakas juga dapat menyerap gaya impact beban akibat kecepatan sabuk sehingga tetap stabil. Sabuk yang baik harus memiliki kekuatan yang tinggi, ringan, higroskopis yang tinggi, fleksibel serta tahan lama. Ditinjau dari persyaratan ini, maka sabuk yang terdiri dari beberapa lapisan katun dan karet merupakan jenis yang baik. Syarat-syarat sabuk: 1) Tahan terhadap beban tarik. 2) Tahan beban kejut.
12
3) Perpanjangan spesifik rendah. 4) Harus fleksibel. 5) Tidak menyerap air. 6) Ringan. Sabuk yang digunakan pada konveyor sabuk terdiri dari beberapa tipe seperti bulu unta, katun dan beberapa jenis sabuk tekstil berlapis karet. Sabuk harus memenuhi persyaratan, yaitu kemampuan menyerap air rendah, kekuatan
tinggi,ringan,lentur,regangan kecil,ketahanan
pemisahan lapisan yang tinggi dan umur pakai panjang. Untuk persyaratan tersebut, sabuk berlapis karet adalah yang terbaik. Karena beberapa jenis material yang dibawa mempunyai sifat abrasif. Bentuk penampang sabuk diperlihatkan pada gambar 2.5. Jenis sabuk yang umum digunakan adalah textile sabuk. Berat tiap meter rubberized textile sabuk (qb), dengan lebar sabuk (B) meter, jumlah lapisan (i) lapis (plies) dengan tebal ( ) mm, tebal cover atas dan bawah adalah
mm dan
≈ 1,1 (
Tebal satu lapis
+
mm ditentukan dari rumus: +
)
/ ……………………………(2.1)
tidak termasuk rubber skim coat adalah 1,25 mm
untuk ordinary cotton sabuk; 1,9 mm untuk high strength sabuk; 2,0 mm untuk cotton duck fabric; dan 0,9 sampai 1,4 mm untuk synthetic fabrics.
13
Gambar 2.5 Penampang sabuk (Zainuri, Muhib.2010) Ketarangan: a. ordinary cotton sabuk 1. lapisan tekstil
5. Lapisan breaker
b. high strength sabuk
2. Tutup atas
c. cotton duck
3. Tutup bawah
d. synthetic fabric
4. Lapisan asbestos
Tabel 2.1 Rekomendasi Lapisan Sabuk Lebar Sabuk, mm
Minimum dan maksimum jumlah lapisan (plies)i
300
3-4
400
3-5
500
3-6
650
3-7
800
4-8
1000
5-10
1200
6-12
1400
7-12
1600
8-12
1800
8-12
2000
9-14
14
Jumlah lapisan sabuk (i) yang diperlukan ditentukan dari rumus: >
……………………………………………………..(2.2)
Dimana: : tegangan teoritis sabuk maksimum, kg : tegangan tarik ultimate per cm lebar lapisan, kg/m -
nary cotton sabuk = 55 kg/cm
-
High strength sabuk = 115 kg/cm
-
Cotton duck = 119 kg/cm
-
Synthetic fabric = 300 kg/cm
K
: faktor keselamatan (tabel 2.2 )
B
: lebar sabuk, cm
Tabel 2.2. Faktor Keselamatan (k) dan Jumlah Lapisan Sabuk Jumlah lapisan sabuk /plies (i)
Faktor keamanan (k)
2 sampai 4
9
4 sampai 5
9,5
6 sampai 8
10
9 sampai 11
10,5
12 sampai 14
11
2. Pulli penggerak Pada konveyor sabuk, daya motor ditransmisikan ke sabuk dengan friksi sabuk yang melalui pulli penggerak (driving pulley) yang
15
digerakkan oleh motor listrik. Penggerak terdiri dari : pulli (kadang adaa dua), motor, roda gigi transmisi, dan kadang alat pengerem (braking device) untuk mencegah slip.
Gambar 2.6 Penggerak konveyor sabuk (Zainuri, Muhib.2010)
Gambar kontak (wraps) sabuk dan pulli penggerak ditunjukkan pada gambar 2.6 (a) dan (b) menunjukkan pulli tunggal dengan sudut kontak
= 1800 dan
≈ 2100 sampai 2300. Gambar 2.6 (c) dan (d)
menunjukkan dua pulli penggerak dengan sudut kontak
≈ 3500 sampai
4800. Gambar 2.6 (e) dan (f) adalah penggerak khusus dengan snub pulley dan pressure sabuks yang digunakan untuk konveyor panjang dan beban berat. Gambar a dan b – pulli tunggal Gambar c dan d – pulli ganda Gambar e – dengan snub pulli
16
Gambar f – dengan sabuk bertekanan Tabel 2.3 Tebal Lapisan Sabuk Tekstil Muatan Curah dan Satuan (Zainuri, Muhib.2010)
Dari teori penggerak gesek (Hukum Euler) bahwa sabuk tidak akan slip jika:
Dimana:
≤
…………………………………………………(2.3)
: tegangan sisi pengencang (tigh tension) : tegangan sisi pembalik (slack tension) : sudut kontak sabuk dan pulli (dalam radian) : bilangan logaritma dasar (e ≅ 2,718)
: faktor gesek antara pulli penggerak sabuk
17
3. Penyenter sabuk (Centering Device) Beberapa alasan, seperti eksentrisitas beban, adanya kotoran (misal tanah), bahan yang mudah lengket (sticky material) pada pulli dan roller, dan lain-lain, yang mungkin mengakibatkan sabuk berjalan tidak sesuai dengan jalur yang ditentukan. Untuk mencegah hal ini diperlukan peralatan penyenter sabuk (gambar 2.7) yang terdiri dari: 1. troughed three-roller-idler 2. frame 3. vertical pivot 4. rumah bantalan 5. balok kanal C 6. lever 7. poros 8. vertical roller yang berfungsi untuk mencegah sabuk melompat keluar jalur
18
Gambar 2.7 Penyenter Sabuk (Zainuri, Muhib.2010) 4. Roda gigi transmisi Perancangan penggerak system konveyor sabuk modern dilengkapi dengan sistem roda gigi transmisi berikut reducer. Desain yang kompak sangat disukai karena operasional yang hampir tanpa gangguan. Contoh sistem transmisi ditunjukkan pada gambar 2.8 . Poros motor listrik di kopel dengan poros reducer melalui flexible coupling, reducer dan poros pulli – clutch coupling. a. dengan roda gigi lurus b. dengan roda gigi cacing c. Reducer dan transmisi rantai d. Drum motor
19
Gambar 2.8 Transmisi roda gigi konveyor sabuk (Zainuri, Muhib.2010)
D. Perencanaan Konveyor Sabuk Untuk menentukan dimensi sabuk dan kebutuhan daya motor, data awal yang diperlukan adalah: karakteristik muatan yang dipindahkan, kapasitas puncak per jam (ton/jam atau m3/jam), geometri konveyor, dan kondisi operasi (kering atau berdebu, outdoors atau indoors, metode pengisian dan pengeluaran).Dapat dilihat pada gambar 2.9 berikut:
20
Gambar 2.9 Muatan Curah dan Satuan (Zainuri, Muhib.2010) (a) Muatan curah dengan flat idler (b) Troughed idler (c) Muatan satuan
1. Lebar sabuk (B) Untuk sabuk yang disangga flat idler (Gambar 2.9a), segitiga dasar b = 0,8 B, dan sudut segitiga dan
≈0,35
, di mana B adalah lebar sabuk
adalah sudut balik statik muatan (static angle of the load repose).
Luas potongan melintang muatan curah pada flat sabuk (Gambar 2.9a) adalah:
21
=
ℎ 2
=
0,8
0,4
= 0,16
tan
2
tan (0,35 ) …………………….…………(2.4)
Kapasitas konveyor yang disangga flat idler (Qf): = 3600
= 576
=
( ,
(0,35 )
Maka lebar sabuk yang disangga flat idler (
)
) adalah:
/
.......…..(2.5)
…………………….………………...…….(2.6)
Sabuk yang disangga trough idlers (Gambar 2.9b), luas potongan melintang muatan (A): =
=
+
[0,16
≈ 0,16
tan
+ 0,0435
tan(0,35 ) + 0,0435]…………….……………....(2.7)
Kapasitas konveyor yang disangga troughed idler ( = 3600
=
[576
[3,6
= 160
(0,35 ) + 160]
(0,35 ) + 1]
/
Maka lebar sabuk yang disangga troughed idler ( =
( ,
( ,
)
)
):
………….......(2.8)
):
…………………..………………..(2.9)
Faktor koreksi C1 adalah pada kemiringan konveyor C1=1.0;
=100 sampai 150, C1 =0,95;
200, C1=0,85.
= 0 sampai 100,
=150 sampai 200, C1=0,90,
≥
22
Tabel 2.4 Berat Curah, Sudut Balik, Faktor Gesek Bahan Curah (Zainuri, Muhib.2010)
Jika =450, diperoleh: =
,
=
Dan =
=
………………..…………………..(2.10)
Tabel 2.5 Rekomendasi Kecepatan Sabuk (Zainuri, Muhib.2010). Bahan Briket batubara Kerikil, dicuci dan ukuran butiran sama Bahan cetak pasir keluar dari peleburan Bahan peleburan logam siap diolah Hancuran batu, ukuran tidak sama Kokas, ukuran sama Kokas, ukuran tidak sama Serbuk gergaji (baru)
Sudut Maksimum Inklinasi, ° 12 12 24 26 18 17 18 27
23
Bubuk batu kapur Tanah pasir, kering Tanah lempung Bijih besi bongkah besar Leburan bijih besi Batubara anthracite Batubara dari pertambangan Semen Terak, batubara hancuran
23 18 27 18 25 17 18 20 22
Tabel 2.6 Koefisien Tahanan Sabuk Terhadap Bantalan Roll (Zainuri, Muhib.2010). Karakteristik Kondisi Operasional Operasional di tempat yang bersih, kering, tidak ada debu bersifat abrasif Operasional di tempat panas, terdapat sejumlah debu yang bersifat abrasif, kelembaban udara normal Operasional di luar ruangan, banyak debu abrasive, kelembaban udara tinggi atau sebab lain yang mempengaruhi unjuk kerja bantalan
Faktor w’ untuk idler flat idler Trough idler 0,018
0,020
0,022
0,025
0,035
0,040
Tabel 2.7 Kecepatan sabuk yang disarankan (Zainuri, Muhib.2010). Karakteristik Muatan Curah
Bahan
Bahan non abrasive,bahan pecahan
Batubara,muatan pertambangan,garage, pasir
Lebar belt, mm 500 800 1200 650 100 1600 0 Kecepatan belt v, m/s 1,0- 1,25 2,0- 2,01,6 -2,0 4,0 4,0 400
24
Abrasife, bongkah kecil hingga menengah(a’<160 mm) Abrasife,bongkah besar (a’>160mm) Bahan mudah rapuh (fragile), penurunan ukuran karena dihancurkan dengan alat Bahan serbuk (pulverished load), berdebu Butiran, graim
Kerikil,biji besi,batu hancur
1,01,25
1,01,6
1,62,0
2,03,0
Batu karang,biji besi,batu kali Kokas, batubara lignit,arang kayu
-
1,01,6 1,01,6
1,01,6 1,25 -1,6
1,62,0 1,62,0
1,01,25
Tepung,semen,apatir
0,8-1,0
Beras,gandum hitam
2,0-4,0
2. Menentukan tahanan gerak sabuk (W) Jika sabuk bergerak pada lintasan lurus (rectilinear section) terhadap idlers maka akan menyebabkan losses karena gesekan sabuk dengan idlers, gesekan di dalam bearing (roller atau ball bearing), dan bending pada roller. Gaya tahanan pada bagian yang dibebani muatan: =
=
+
+
±( +
+
±( +
+
)
) ……………………..….(2.11)
Gaya tahanan pada bagian yang dibebani muatan (gerak balik): =
=
Dengan
+ ′′
+ ,
, dan
berputar loaded (
±
± ………………………….…………..(2.12)
: berat beban ( ), sabuk ( ), idler strands ( ′′ ), kg/m
), dan bagian yang
25
: sudut inklinasi konveyor terhadap bidang horizontal, derajat : panjang bagian lurus (rectilinear section),m : panjang proyeksi mendatar bagian garis lurus, m : beda elevasi bagian awal dan akhir, m : koefisien tahanan sabuk terhadap roller bearing. Berat idler rotating parts tergantung desain, ukuran, dan merupakan fungsi lebar sabuk B. Umumnya, untuk lebar sabuk B meter, secara kasar berat idler rotating parts: Untuk troughed idler: ′ ≈ 10
+7
……………………………………….………...(2.13)
′′ ≈ 10
+3
……………………………………….………..(2.14)
′ =
/ .
Untuk flat idler:
Sehingga berat idler rotating parts per meter adalah:
′′ =
/ …………………………………………..……….(2.15)
3. Kapasitas angkut (Z) Kapasitas angkut kontinu sering dinyatakan dalam jumlah barang yang dipindahkan per jam, berikut persamaan yang digunakan untuk menghitung kapasitas angkut.
26
=
………………………………….…………..(2.16)
4. Kapasitas konveyor sabuk maksimal (Q) Kapasitas angkut dalam menentukan berat muatan yang dinyatakan dalam satuan berat (kg) adalah: =
.
……...………………………………………….………….(2.17)
Dimana : berat maksimum yang diangkut (kg) : kapasitas angkut (tumpahan/jam) )
5. Kecepatan konveyor sabuk (
Kecepatan sabuk atau kecepatan pemindahan sangatlah penting dalam meningkatkan kapasitas angkut. Kecepatan konveyor sabuk dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: =
.
Dimana:
×
( ⁄ )…………………………..……………….(2.18)
: Diameter roll (mm) : Putaran konveyor sabuk yang diinginkan (rpm)
6. Gaya pada konveyor sabuk Perhitungan gaya pada konveyor ini adalah jumlah gaya pada putaran motor dan gaya pada tarikan sabuk (belt). Gaya motor :
= 120 ( ⁄
Gaya tarik sabuk :
=(
)
⁄9,8)
27
=
Gaya :
+
………………………………………...…………(2.19)
7. Pemilihan poros konveyor sabuk Dalam perhitungan diameter poros ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yakni faktor koreksi yang dianjurkan ASME dan juga dipakai disini. Faktor koreksi akibat terjadinya tumbukan yang dinyatakan dengan Kt, jika beban dikenakan beban secara halus, maka dipilih sebesar 1,0. Jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan, maka dipilih sebesar 1,0-1,5. Jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar, maka dipilih sebesar 1,5-3,0. Meskipun dalam perkiraan sementara diterapkan bahwa beban hanya terdiri atas momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan pemakaian dengan beban lentur. Dimana untuk perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terjadi karena momen puntir saja dengan harga diantara 1,2-2,3 ( jika diperkirakan tidak terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil 1,0), dalam perencanaan diambil faktor koreksinya sebesar 1,2. Maka rumus untuk merencanakan diameter poros ds diperoleh:
=
,
dimana:
.
.
………………………………………….….…....(2.20)
ds = diameter poros yang direncanakan (mm) τa = kekuatan tarik bahan (kg/mm2) Kt = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya tumbukan Cb = faktor koreksi untuk kemungkinan terjadinya beban lentur.
28
E. Daya dan tegangan sabuk (belt) Kebutuhan daya untuk konveyor belt dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut: =
(
, . .
)
(
)……………………….…….….…(2.21)
Dimana: ,
,
: Faktor gesekan komponen
: Panjang total konveyor (m) : konstanta gesekan panjang konveyor kurang dari 300m (60 m) : kapasitas angkut (ton/jam) : berat sabuk (kg/m) : kecepatan sabuk belt (m/s)
Nilai dari faktor utama dan konstanta yaitu sebagai berikut: 1. Faktor gesekan: a. Pada
jenis
konveyor
pendek
menggunakan
komponen
yang
berkualitas baik, biasanya lebih menggunakan faktor gesekan rata-rata ( ) yaitu 0,0225 untuk konveyor jenis horizontal sedangkan untuk jenis konveyor inclined bernilai 0,0135. b. Ada banyak sistem konveyor portable, “Chevron” sudut steep konveyor dan instalasi sementara menggunakan bantalan (bearing) anti gesekan dengan nilai faktor gesekan
= 0,030.
29
c. Untuk jenis konveyor panjang menggunakan sabuk dengan beban dan tidak ada beban:
Konveyor horizontal dan elevator = 0,020 untuk tidak ada pembebanan = 0,025 untuk ada pembebanan
Konveyor untuk mengurangi penurunan = 0,010 untuk tidak ada pembebanan = 0,017 untuk ada pembebanan
2. Konstanta gesekan ( ) a. Konveyor horizontal dan elevator
Kurang dari 300 m = 60 m
300 m sampai 1200 m = 45 m
1200 m sampai 1800 m = 30 m
Lebih dari 1800 m = diabaikan
b. Konveyor untuk mengurangi penurunan = 90 m (Conveyor Handbook. 2009)
F. Transmisi Rantai Rol Pada transmisi ini biasanya dipergunakan untuk jarak poros lebih besar dari pada transmisi roda gigi tetapi lebih pendek dari pada transmisi sabuk, keuntungannya rantai mengait pada gigi sprocket dan meneruskan daya tanpa
30
selip, sehingga menjamin perbandingan putaran yang tetap, dapat dilihat pada gambar 2.10 berikut:
Gambar 2.10 Rantai rol.(Sularso,1997)
Rantai rol memiliki keuntungan sebagai berikut, yang pertama mampu meneruskan daya besar karena kekuatannya yang besar, tidak memerlukan tegangan awal, keausan kecil pada bantalan dan pemasangan yang mudah. Selain itu memiliki kelemahan seperti variasi kecepatan yang tak dapat dihindari karena lintasan busur pada sproket yang mengait mata rantai, suara dan getaran karena tumbukan antara rantai dan dasar kaki gigi sproket, perpanjangan rantai karena keausan pena dan bus yang diakibatkan oleh gesekan dengan sprocket.
Gambar 2.11 Desain rantai rol.(Sularso,1997)
Diameter lingkaran jarak bagi = /sin(180°/ )
dan
(mm)
31
= /sin(180°/ )………………………………………..…………(2.22)
Diameter luar
dan
(mm)
= {0,6 + cot(180°/ )}
= {0,6 + cot(180°/ )} …………………………………..……….(2.23)
Diameter naf maksimum
= {cot(180°/ ) − 1} − 0,76
= {cot(180°/ ) − 1} − 0,76……………………….………..(2.24)
Panjang rantai ditentukan dengan rumus berikut: =
+2
Dimana:
+
[(
)/ ,
]
………………………………….……(2.25)
: Panjang rantai, dinyatakan dalam jumlah mata rantai : Jumlah gigi sproket kecil : Jumlah gigi sproket besar : Jarak sumbu poros, dinyatakan dalam jumlah mata rantai (dapat berupa bilangan pecahan). Jika jumlah mata rantai dan jumlah gigi kedua sproket sudah ditentukan,maka jarak sumbu dapat dihitung dengan rumus berikut: =
=
−
.
+
−
−
,
(
−
) ………………(2.26)
……………………………………………………………….(2.27)
Untuk menghitung kecepatan rantai menggunakan rumus sebagai berikut: =
.
Dimana:
.
×
……………………………………………………………...(2.28)
32
: jarak bagi rantai (mm) : jumlah gigi sproket kecil, dalam hal reduksi putaran : Putaran sproket kecil, dalam hal reduksi putaran Beban yang bekerja pada satu rantai F (kg) dihitung dengan rumus berikut: =
.
……………………………………………..............................(2.29)
Jika menggunakan motor listrik sebagai penggerak, maka pada waktu
distart dan dihentikan, harga gaya F akan lebih besar dari pada yang dihitung, untuk faktor keamanan
harus diambil sebesar 6 atau lebih untuk satu
rangkaian, 8 sampai 11 untuk dua rangkaian atau lebih. Harga F yang dihitung tidak boleh lebih dari beban maksimum yang diizinkan melebihi
bearti
kapasitas rantai
(kg), jika
tidak cukup, sehingga disarankan
menggunakan rangkaian ganda atau menggunakan nomor rantai yang lebih besar (Sularso,1997).
33
Gambar 2.12 Diagram pemilihan rantai roll.(Sularso,1997)
34
1. Diagram aliran pemilihan rantai rol
Gambar 2.13 Diagram aliran pemilihan rantai rol (Sularso,1997)
35
G. Motor DC Motor DC adalah suatu motor listrik yang memerlukam suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Berikut untuk menghitung daya dari motor dc: = × ……………………………………………………………….(2.30)
Dimana:
: daya (watt) : torsi (N.m) : kecepatan sudut (rpm) Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.
36
Gambar 2.14 Motor DC sederhana (electronica.com)
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok : 1. Beban torque konstan
adalah beban dimana permintaan keluaran
energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. 2. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan). Peralatan Energi Listrik : Motor Listrik. 3. Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
H. Sensor Warna RGB TCS3200 Sensor warna RGB TCS3200 adalah sensor pendeteksi warna yang memiliki chip sensor Taos TCS3200 untuk mengontrol 4 LED RGB dan LED
37
putih. TCS3200 dapat mendeteksi dan mengukur warna hamper tak terbias, sensor warna ini memiliki resolusi yang tinggi terhadap konversi cahaya sehingga mempertajam warna yang ditangkap. Berikut diagram blok sensor warna: (datasheet TCS3200 color sensor)
Gambar 2.15 Diagram blok sensor warna
I.
Arduino Uno Arduino Uno adalah papan microcontroller berbasis ATmega 328 yang memiliki 14 pin digital input/output (di mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, clock speed 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP, dan tombol reset. Board ini menggunakan daya yang terhubung ke komputer dengan USB atau daya eksternal dengan adaptor ACDC atau baterai. Arduino Uno adalah pilihan yang baik untuk pertama kali atau bagi pemula yang ingin mengenal Arduino. Di samping sifatnya yang reliable juga harganya murah. Spesifikasi Board Arduino Uno:
Mikrokontroller Tegangan Operasi Tegangan Input (disarankan) Batas Tegangan Input Pin Digital I/O Pin Analog Input Arus DC per I/O Pin Arus DC untuk pin 3,3V
: ATmega 328 : 5V : 7-12V : 6-20V : 14 (di mana pin output PWM) :6 : 40 mA : 50 mA
38
Flash Memory
SRAM EEPROM Clock
: 32 KB (ATmega328), di mana 0,5 KB digunakan oleh bootloader : 2 KB (ATmega328) : 1 KB (ATmega328) : 16 MHz
1. Sumber (Catu Daya) Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Sumber daya Eksternal (non USB) dapat berasal dari adapter AC-ke-DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan menancapkan Power Jack, dapat juga dihubungkan pada power pin (Gnd dan Vin). Board Arduino Uno dapat beroperasi pada pasokan eksternal dari 6 sampai 20 volt. Jika disuplai kurang dari 7 V. Meskipun, pin 5V dapat disuplai kurang dari lima volt, board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan tegangan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board.
Gambar 2.16 Board arduino uno
39
Adapun pin power suplai pada Arduino Uno adalah:
VIN. Tegangan input board Arduino ketika menggunakan sumber daya (5 volt dari sambungan USB atau dari sumber regulator lain). Anda dapat mensuplai tegangan pada pin ini, jika suplai tegangan lewat power jack, dapat mengakses melalui pin ini.
5V. Keluaran Pin ini telah diatur sebesar 5V dari regulator pada board. Board dapat disuplai melalui DC jack power (7-12V), konektor USB (5V), atau pin VIN (7-12V). Menyuplai tegangan melalui pin 5V atau 3,3V bypasses regulator, dapat merusak board.
3v3. Suplai 3,3 volt dihasilkan oleh regulator pada board. Menarik arus maksimum 50 mA.
GND. Pin Ground.
2. Memory ATMEGA328 mempunyai memori 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader), juga mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang mana dapat dibaca tulis dengan library EEPROM).
3. Input dan Output Setiap Pin digital pada board Arduino Uno dapat digunakan sebagai input ataupun output. Dengan menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Pin-pin ini beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin mampu memberikan atau menerima arus maksimum dan
40
memiliki resistor pull-up internal (secara default tidak terhubung) dari 20-50 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai dari chip ATmega8U2 USB-to-TTL Serial.
Interupsi Eksternal: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah, tepi naik atau turun, atau perubahan nilai.
PWM: 3,5,6,9,10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan fungsi analogWrite ().
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan library SPI.
LED: 13. Terdapat LED pin digital 13 pada board. Ketika pin bernilai TINGGI (HIGH), LED menyala (ON), ketika pin bernilai rendah (LOW), LED akan mati (OFF).
Arduino Uno memiliki 6 input analog, berlabel A0 sampai A5, yang masing-masing menyediakan 10 bit resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 5 volt dari Ground.
4. Komunikasi Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau
mikrokontroller lainnya.
ATmega328 menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan 1 (TX).
41
I.
Bahasa Pemograman Arduino Banyak bahasa pemograman yang biasa digunakan untuk program mikrokontroller, misalnya bahasa assembly. Namun dalam pemograman Arduino bahasa yang dipakai adalah bahasa C. Bahasa C adalah bahasa yang sangat lazim dipakai sejak awal komputer diciptakan dan sangat berperan dalam perkembangan software. Bahasa C telah membuat bermacam-macam sistem operasi dan compiler untuk banyak bahasa pemograman, misalnya system operasi Unix, Linux, dsb. Bahasa C adalah bahasa pemograman yang sangat ampuh yang kekuatannya mendekati bahasa assembler. Bahasa C menghasilkan file kode objek yang sangat kecil dan dieksekusi dengan sangat cepat. Karena itu, Bahasa C sering digunakan pada sistem operasi dan pemograman mikrokontroller. Bahasa C adalah multi-platfrom karena bahasa C bisa diterapkan pada lingkungan Windows, Unix, Linux, atau system operasi lain tanpa mengalami perubahan source code. (Kalaupun ada perubahan, biasanya sangat minim). Karena Arduino menggunakan Bahasa C yang multi-platfrom, software Arduino pun bisa dijalankan pada semua system operasi yang umum, misalnya Windows, Linux, dan MacOS. Di internet banyak Library Bahasa C untuk Arduino yang bisa di download dengan gratis. Setiap library Arduino biasanya disertai dengan contoh pemakaiannya. Keberadaan library-library ini bukan hanya membantu
42
kita membuat proyek mikrokontroller, tetapi bisa dijadikan sarana untuk mendalami pemograman Bahasa C pada mikrokontroller. Berikut ini adalah sedikit penjelasan yang ditunjukkan kepada anda yang hanya mempunyai sedikit pengalaman pemograman dan membutuhkan penjelasan singkat mengenai karakter bahasa C dan software Arduino. Penjelasan yang lebih detail, lengkap, dan mendalam, lihat situs resmi Arduino. 1. Struktur Setiap program Arduino (biasa disebut sketch) mempunyai dua buah fungsi yang harus ada. Void setup( ) { } Semua kode di dalam kurung kurawal akan dijalankan hanya satu kali ketika program Arduino dijalankan untuk pertama kalinya. Void loop( ) { } Fungsi ini akan dijalankan setelah setup (fungsi void setup) selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan dijalankan lagi, dan lagi secara terus-menerus sampai catu daya (power) dilepaskan. 2. Syntax Berikut ini adalah elemen bahasa C yang dibutuhkan untuk format penulisan.
//(komentar satu baris)
43
Kadang diperlukan untuk memberi catatan pada apa arti dari kodekode yang dituliskan. Cukup menuliskan dua buah garis miring dan apa pun yang kita ketikkan di belakangnya akan diabaikan oleh program.
Contoh penggunaan: //Proyek Blink LED, uji coba pertama oleh syahwil
/* */(komentar banyak baris)
Jika Anda punya banyak catatan, hal itu dapat dituliskan pada beberapa baris sebagai komentar. Semua hal yang terletak diantara dua symbol tersebut akan diabaikan oleh program.
Contoh penggunaaan: /*Kode program proyek sensor cahaya, LED padam kondisi lingkungan terang, dan nyala jika kondisi lingkungan gelap*/
{ } (kurung kurawal)
Digunakan untuk mendefinisikan kapan blog program mulai dan berakhir (digunakan juga pada fungsi dan pengulangan).
Contoh penggunaan kurung kurawal: void loop () { serial.println (val) }
; (titik koma)
Setiap baris kode harus diakhiri dengan tanda titik koma (jika ada titik koma yang hilang maka program tidak akan bisa dijalankan).
Contoh penggunaan titik koma:
44
Delay (1000);
3. Variabel Sebuah program secara garis besar dapat didefinisikan sebagai instruksi untuk memindahkan angka dengan cara yang cerdas. Variabel inilah yang digunakan untuk memindahkannya.
int (integer) Digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak mempunyai angka decimal dan menyimpan nilai dari -32.768 dan 32.767.
long (long) Digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi. Memakai 4 byte (32 bit) dari memori (RAM) dan mempunyai rentang dari 2.147.483.648 dan 2.147.483.647.
boolean (boolean) Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai TRUE (benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya menggunakan 1 bit ari RAM.
float (float) Digunakan untuk angka decimal (floating point). Memakai 4 byte (32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3,4028235E+38 dan 3,4028235E+38.
45
char (character) Menyimpan 1 karakter menggunakan kode ASCII (misalnya ‘A’=65). Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM.
Byte Angka antara 0 dan 255. Sama halnya dengan char, namun byte hanya menggunakan 1 byte memori.
Unsign int Sama dengan int, menggunakan 2 byte tetapi unsign int ini tidak dapat digunakan untuk menyimpan angka negative, batasnya dari 0 sampai 65,35.
Unsign long Sama saja dengan long, namun tidak bisa menyimpang angka negaif, batasnya dari 0 sampai 4.294.967.295.
Double Angka ganda dengan presisi maksimum 1,7976931348623157x10308
String String digunakan untuk menyimpan informasi teks, dengan karakter ASCII, bisa menggunakan string untuk mengirim pesan via sereal port, atau menampilkan teks pada layar LCD.
Array Array adalah kumpulan variabel dengan tipe yang sama. Setiap variabel dalam kumpulan variable tersebut terdapat elemen, dapat diakses melalui indeks. Misalnya kita ingin menginisialisasi pin 3,
46
pin 5, pin 6, pin 7, maka dengan menggunakan array menjadi int pins[]={3,5,6,7};
4. Operator Matematika Operator yang digunakan untuk memanipulasi angka (bekerja seperti matematika yang sederhana).
= Membuat sesuatu menjadi sama dengan nilai yang lain (misalnya: x= 10*2, x sekarang sama dengan 20).
% Menghasilkan sisa dari hasil pembagian suatu angka dengan angka yang lain (misalnya: 12% 10, ini akan menghasilkan angka 2).
+ Penjumlahan
- Pengurangan
* Perkalian
/ Pembagian
5. Operator Pembanding Digunakan untuk membandingkan nilai logika.
= = Sama dengan (misalnya: 12 = = 10 adalah FALSE (salah) atau 12 = = 12 adalah TRUE (benar))
!= Tidak sama dengan (misalnya: 12 != 10 adalah TRUE (benar) atau 12 != 12 adalah FALSE (salah))
47
< Lebih kecil dari (misalnya: 12 < 10 adalah FALSE (salah) atau 12 < 14 adalah TRUE (benar))
> Lebih besar dari (misalnya: 12 > 10 adalah TRUE (benar) atau 12 > 12 adalah FALSE (salah) atau 12 > 14 adalah FALSE (salah))
6. Struktur Pengaturan Program sangat tergantung pada pengaturan apa yang akan dijalankan berikutnya, berikut ini adalah elemen dasar pengaturan (banyak lagi yang lain dan bisa dicari di internet).
if….else, dengan format seperti berikut ini: if (kondisi) { } else if (kondisi) { } else { } Dengan struktur seperti di atas program akan menjalankan kode yang ada di dalam kurung kurawal jika kondisinya TRUE, dan jika tidak (FALSE) maka akan diperiksa apakah kondisi pada else if dan jika kondisinya FALSE maka kode pada else yang akan dijalankan.
for, dengan format seperti berikut ini: for (int i = 0; i < #pengulangan; i++) {} Digunakan bila Anda ingin melakukan pengulangan kode di dalam kurung kurawal beberapa kali, ganti #pengulangan dengan jumlah pengulangan yang diinginkan. Melakukan perhitungan ke atas dengan i++ atau ke bawah dengan i-.
48
7. Digital
pinMode(pin, mode) Digunakan untuk menetapkan mode dari suatu pin, pin adalah nomor pin yang akan digunakan dari 0-19 (pin analog 0-5 adalah 14-19). Mode yang bisa digunakan adalah INPUT atau OUTPUT.
digitalWrite( pin, value) Ketika sebuah pin ditetapkan sebagai OUTPUT, pin tersebut dapat dijadikan HIGH (ditarik menjadi 5 volts) atau LOW (diturunkan menjadi ground).
digitalRead(pin) Ketika sebuah pin ditetapakan sebagai INPUT, Anda dapat menggunakan kode ini untuk mendapatkan nilai pin tersebut apakah HIGH (ditarik menjadi 5 volts) atau LOW (diturunkan menjadi ground).
8. Analog Arduino adalah mesin digital, tetapi mempunyai kemampuan untuk beroperasi di dalam alam analog (menggunakan trik). Berikut ini cara untuk menghadapi hal yang bukan digital.
analogWrite (pin, value) Beberapa pin pada Arduino mendukung PWM (pulse width modulation), yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10, 11. Ini dapat mengubah pin hidup (on) atau mati (off) dengan sangat cepat sehingga membuatnya dapat berfungsi layaknya keluaran analog. Value (nilai) pada format
49
kode tersebut adalah angka antara 0 (0% duty cycle~0V) dan 255 (100% duty cycle ~5V).
analogRead (pin) Ketika pin analog ditetapkan sebagai INPUT, Anda dapat membaca keluaran voltasenya. Keluarannya dapat berupa angka antara 0 (untuk 0 volts) dan 1023 (untuk 5 volts).(Mohammad Syahwill, 2013)
J.
Standart Coffee Roasting (standar penyangraian kopi) Proses roasting (sangrai) adalah proses kimia, dimana aroma, acid, dan komponen rasa dibentuk, diseimbangkan, dan direkayasa. Setelah disangrai, biji kopi berkurang berat jenisnya hingga 20% karena proses sangrai merubah kandungan air dan gula alami menjadi CO2. CO2 berfungsi sebagai pembawa aroma dan rasa. Setelah disangrai, biji kopi menjadi crunchy dan siap untuk digiling.
50
Gambar 2.17 Tingkat kematangan kopi sangrai
Pada proses roasting terdapat beberapa tingkat kematangan, yaitu sebagai berikut: 1. Tingkat Light roast, pada tingkat ini biji kopi berwarna coklat muda, karakternya ringan dari sisi biji, tidak ada lapisan minyak dipermukaan, level acidity-nya lebih tinggi. Tingkat light roast ini mengandung kafein lebih tinggi dibandingkan dengan kopi yang disangrai pada tingkat dark roast.
Gambar 2.18 Tingkat Light Roast
2. Tingkat Medium roast, pada tingkat ini kandungan gula alami sudah mulai sedikit berkaramel, dan keasaman juga mulai menurun. Kualitas kopi (Specialty coffee) sangat ideal untuk diroasting pada level ini,
51
karena tahap ini lebih seimbang dan menonjolkan sisi rasa, aroma, dan acidity setiap origin biji kopi.
Gambar 2.19 Tingkat Medium Roast
3. Tingkat Medium dark roast, pada tingkat ini lebih kaya rasa, warnanya lebih gelap dan lapisan minyak mulai sedikit muncul dipermukaan. Rasa dan aroma menjadi lebih teridentifikasi, rasa kopi juga terkadang menjadi terasa lebih spicy.
Gambar 2.20 Tingkat Medium dark roast
4. Tingkat Dark roast, pada tingkat ini memiliki warna gelap seperti cokelat dan kadang nyaris hitam. Lapisan minyak pekat dipermukaan, dan dapat terlihat pada permukaan cangkir ketika kopi sudah diseduh. Rasa pahit menjadi lebih menonjol, aroma smoky, karakter rasa (flavor) berkurang.
Gambar 2.21 Tingkat Dark Roast Tabel 2.8 Tingkat Kualitas Kopi Sangrai
52
(http://legaldrugscoffee.com/2015/03/17/understanding-the-coffeeroasting/ diakses 14-10-2015)
51
III. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode perancangan, pembuatan otomasi dan pengujian untuk merancang sistem operasi konveyor sabuk dengan menggunakan Arduino Uno sebagai pengontrol otomasi putaran motor,pengontrol pemilah dari warna kopi sangrai dan pembaca suhu kopi sangrai. sehingga konveyor mampu memilah kopi sangrai dari tingkat light roast, medium roast dan dark roast dari temperatur dan warna kopi sangrai. Secara rinci metode yang dilakukan dalam melaksanakan penelitian ini dijelaskan dibawah ini. A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat penelitian Proses perancangan rangka dan komponen konveyor serta komponen otomasinya dilakukan di Laboratorium Produksi Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. 2. Waktu penelitian Penelitian dilakukan pada bulan April hingga Agustus tahun 2015.
52
B. Alur Penelitian Urutan langkah pelaksanaan yang dilakukan dalam penelitian ini dijabarkan secara makro dalam flowchart percobaan yang akan ditampilkan sebagai berikut: Mulai Perancangan Konveyor Sabuk
Studi literatur: - Journal - Text book
Embodiment design Manufacture of ability Detail design
Prototipe Konveyor Sabuk Pengujian, Konveyor Sabuk meliputi:
Daya Angkut Kecepatan
Parameter: - Tidak terjadi selip - Kecepatan optimum yang tidak mengganggu pembacaan sensor
Belum Apakah Konveyor Sabuk sudah benar ?
Sudah Perancangan Otomasi Pemeriksaan
Memasang input sensor warna dan output (motor dc, motor servo,& LCD) Pembuatan kode program Kalibrasi warna kopi terhadap sensor warna Memasukkan kode program di Arduino uno
Pengujian Otomasi, meliputi:
Apakah servo bergerak berdasarkan warna kopi sangrai ? Apakah nilai waktu jarak ditampilkan di LCD? Apakah motor dc bergerak sesuai perintah yang diberikan?
Belum A a
53
A a
Sudah
Apakah Otomasi sudah benar ?
Pengujian Alat Pengujian Alat, meliputi:
Respon time beban Karakteristik mekanik dan keakuratan Respon sensor warna Intensitas warna kopi sangrai Hubungan beban dengan laju Data
Analisis Data Kesimpulan Selesai
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian 1. Parameter konveyor sabuk Perancangan konveyor sabuk dikatagorikan benar apabila tidak terjadi selip pada motor dan kecepatan sabuk pembawa nampan tidak terlalu cepat, karena apabila terlalu cepat dapat mengganggu pembacaan sensor. Kecepatan yang dipakai adalah kecepatan optimum, dimana tidak terlalu cepat dan tidak terlalu lambat.
54
2. Parameter otomasi Pembuatan otomasi dikatagorikan benar apabila motor servo bergerak sesuai dengan kondisi warna tiap level kopi sangrai dan respon motor penggerak tidak terjadi selip pada putaran maju dan mundur.
C. Alat dan Bahan Pembuatan Konveyor Sabuk Adapun alat dan bahan untuk membuat konveyor sabuk pemilah kualitas kopi sangrai sebagai berikut: 1. Alat Adapun alat pendukung yang digunakan dalam proses perancangan, pembuatan serta pengujian adalah sebagai berikut: a. Mesin Las Mesin las yang digunakan dalam penelitian ini terletak di laboratorium produksi Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Mesin ini digunakan untuk menyambung batang besi. Pada proses pembuatan konveyor sabuk mesin ini digunakan untuk proses pembuatan rangka konveyor sabuk. b. Mesin Bor Mesin bor yang digunakan dalam penelitian ini terletak di laboratorium produksi Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Mesin ini digunakan untuk melubangi benda kerja. Pada proses pembuatan konveyor sabuk mesin ini digunakan untuk proses pembuatan lubang pada rangka konveyor sabuk.
55
c. Mesin Bubut Mesin bubut yang digunakan dalam penelitian ini terletak di laboratorium produksi Jurusan Teknik Mesin Unversitas Lampung. Mesin ini digunakan sebagai tempat untuk memutar benda kerja. Pada proses pembuatan konveyor sabuk mesin ini digunakan untuk proses pembuatan roll konveyor. d. Jangka Sorong Jangka sorong (vernier caliper) merupakan alat pengukur ketebalan atau kedalaman suatu benda. Jangka sorong juga merupakan alat untuk mengukur diameter dalam suatu benda. Dengan cara menjepitkan lengan capit yang dimiliki oleh jangka sorong pada benda tersebut. e. Mesin Gerinda Mesin gerinda yang digunakan dalam penelitian ini terletak di laboratorium produksi Jurusan Teknik Mesin Unversitas Lampung. Mesin ini digunakan sebagai pemotong benda kerja (batang besi). Pada proses pembuatan konveyor sabuk mesin ini digunakan untuk proses pemotongan batang besi (UNP) sebagai rangka konveyor .
2. Bahan Adapun bahan yang digunakan untuk membuat konveyor sabuk untuk pemilah kualitas kopi sangrai dengan pengendali Arduino Uno adalah sebagai berikut:
56
a. Besi Batang (U) Pada penelitian ini besi batang (U) digunakan sebagai rangka konveyor sabuk, bentuk besi batang (U) dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut:
Gambar 3.2 Besi batang U (adhitamasteel.wordpress.com)
Model desain rangka konveyor sabuk meniru pada konveyor detector logam seperti pada gambar 3.3 berikut ini:
Gambar 3.3 Konveyor detektor logam (www.br30.com)
Berikut bentuk rangka yang sudah di rangkai dapat dilihat pada gambar 3.4 berikut ini:
57
Gambar 3.4 Rangka konveyor sabuk
b. Pipa PVC Pipa PVC digunakan untuk membuat roll konveyor ,dimana pipa yang digunakan memiliki tebal 10 mm, pemilihan ini bertujuan agar roll yang dibuat kuat dan ringan sehingga tidak membebani motor penggerak. Sedangkan untuk pembuatan poros roll digunakan baut dengan ulir yang panjang, berikut adalah gambar pipa PVC dan baut yang digunakan:
Gambar 3.5 Pipa PVC 3 inch (www.indonetwork.co.id)
58
Gambar 3.6 Tutup pipa PVC 3 inch (pipa.indonetwork.co.id)
Gambar 3.7 Baut ulir panjang (www.m.indonesia.alibaba.com)
Untuk konveyor sabuk ini menggunakan 2 buah roll yaitu roll penggerak (driving) dan roll pembalik (take-up).
Disain roll
penggerak pada konveyor sabuk ini seperti pada gambar 3.8 dan gambar 3.9 berikut ini:
Gambar 3.8 Roll pembalik
59
Gambar 3.9 Roll penggerak
c. Bantalan (Bearing) Bearing adalah sebuah elemen mesin yang berfungsi untuk mengurangi gesekan angular antara dua benda yang bergerak relatif satu sama lain, yaitu poros dengan sumbu putar.
Gambar 3.10 Bantalan duduk (tokopedia.com)
Pada rancang bangun konveyor ini bearing berfungsi sebagai penumpu roll dimana bearing menerima beban radial yang cukup besar. Pemasangan bearing pada konveyor sabuk dapat dilihat pada gambar 3.11 berikut:
60
Bearing
Bearing
Gambar 3.11 Pemasangan bearing
d. Sabuk (Belt) Sabuk (belt) berfungsi untuk membawa nampan dan kopi sangrai yang diangkut sekaligus sebagai penghubung antara roll penggerak dengan roll pembalik. Pada konveyor pemilah kualitas kopi sangrai ini sabuk yang dipakai adalah sabuk jenis pvc. Dimana ketahanan terhadap panas sampai 90℃, lebih higeinis terhadap makanan. Sabuk pvc dapat dilihat pada gambar 3.12 berikut:
Gambar 3.12 Sabuk PVC
Pemasangan sabuk pvc pada konveyor sabuk ini dapat dilihat pada gambar 3.13 berikut ini:
61
Belt PVC
Gambar 3.13 Sabuk PVC pada konveyor sabuk
e. Motor Penggerak Pada konveyor sabuk untuk pemilah kualitas kopi sangrai menggunakan motor dc sebagai motor penggeraknya, karna banyak dipasaran, dan mudah dikontrol dengan microcontroller. Pada penelitian ini motor dc yang digunakan dengan tipe DGM-204-2A dilengkapi dengan gearbox dengan tipe GC-2200. Bentuk motor dc dapat dilihat pada gambar 3.14 berikut:
Gambar 3.14 Motor Dc
62
Fungsi motor dc pada konveyor sabuk ini adalah untuk memutar roll penggerak sehingga sabuk (belt) bergerak membawa nampan yang berisi kopi sangrai keproses scaning warna, dan selanjutnya kopi ditumpahkan kenampan pemilah.
D. Embodiment Design Tahapan perancangan selanjutnya yaitu embodiment design. Setelah ditentukan konsep dari alat yang akan dibuat maka pada tahap ini mulai merealisasikan ide atau konsep tersebut. Mulai dari membuat kerangka desain, menghitung sampai menganalisa desain. 1. Menghitung jumlah lapisan sabuk (belt) yang aman Jumlah lapisan sabuk (i) yang diperlukan ditentukan dari persamaan 2.2 yaitu: >
………………………...……….………..………….…..(3.1)
2. Kapasitas angkut (Z) Kapasitas angkut dihitung dengan menggunakan persamaan 2.16 berikut: =
……………………..…………….………(3.2)
3. Kapasitas konveyor sabuk maksimal (Q) Kapasitas maksimum dihitung dengan menggunakan persamaan 2.17 yaitu: =
.
……...……………………………………..…….………(3.3)
63
)
4. Kecepatan konveyor sabuk (
Kecepatan sabuk dihitung dengan menggunakan persamaan 2.18 yaitu: .
=
( ⁄ )……………………………….……..……(3.4)
×
)
5. Berat sabuk (
Dipilih sabuk dengan jumlah lapisan 4 (tabel 2.1) dan tebal cover pada sisi beban dan pada sisi roll pembawa (tabel 2.3) dengan persamaan 2.1 yaitu: = 1,1. . (1,25. +
)………………..….………..…..(3.5)
+
6. Daya yang dibutuhkan untuk memutar konveyor sabuk (P) Perhitungan daya (power) didapat dari persamaan 2.16 yaitu: =
(
)(
, × ×
)
..............................................................(3.6)
7. Gaya pada konveyor sabuk Perhitungan gaya pada konveyor ini didapat dari persamaan 2.19 yaitu: = 120 ( ⁄
Gaya motor :
=(
Gaya tarik sabuk : =
Gaya :
+
)
⁄9,8)
……………………………………..…………(3.7)
8. Pemilihan rantai sebagai transmisi Pemilihan rantai transmisi dihitung sesuai dengan diagram aliran pemilihan rantai rol (gambar 2.13) yaitu:
Diameter poros =
,
.
.
…………………………………..……….(3.8)
Diameter jarak bagi sproket = /sin(180°/ )
64
= /sin(180°/ )……………………………...…………(3.9)
Diameter luar
= {0,6 + cot(180°/ )}
= {0,6 + cot(180°/ )} …………...……………...……(3.10)
Diameter naf maksimum
= {cot(180°/ ) − 1} − 0,76
= {cot(180°/ ) − 1} − 0,76………………..……(3.11)
Kecepatan rantai =
.
.
……………………………………………..….…(3.12)
×
Beban kerja rantai .
=
……………………………………………….……(3.13)
Panjang rantai =
+2
=
−
+
[(
)/ ,
]
……………….……….…..(3.14)
Jarak sumbu poros +
−
9. Pemilihan poros konveyor sabuk
−
,
(
−
) …...(3.15)
Perancangan poros dihitung dengan menggunakan persamaan 2.10 yaitu =
,
.
.
……………………………………….……....(3.16)
E. Keterbuatan (Manufacturability)
65
Manufacturability atau biasa disebut sebagai kemampuan suatu material untuk di produksi dimasukkan kedalam proses perancangan karena salah satu aspek yang harus menjadi bahan pertimbangan dalam merencanakan sebuah part untuk dibuat yaitu dengan merencanakan pula bagaimana part tersebut akan dibuat dan dirangkai. Apakah akan dibuat dengan cara di las, bubut, machining atau yang lainnya. Dengan pertimbangan keterbuatan dari masing-masing part maka dapat kita prediksi waktu serta biaya produksi. Semakin sulit part untuk di produksi maka akan semakin lama waktu pengerjaan dan akan semakin meningkat biaya produksi yang dikeluarkan. Oleh sebab itu, faktor keterbuatan ini sangat penting dalam proses perancangan.
1. Transmisi penghubung motor dengan roll penggerak Transmisi pada konveyor sabuk ini menggunakan rantai 25H-56L dan roga gigi sebagai penghubungnya. Seperti gambar 3.15 dan gambar 3.16 dibawah ini:
Gambar 3.15 Roda gigi transmisi (id.aliexpress.com)
66
Gambar 3.16 Rantai tipe 25H-56L (id.aliexpress.com) Pemasangan pada konveyor sabuk ini dapat dilihat pada gambar 3.17 berikut ini:
Rantai
Roda gigi
Gambar 3.17 Pemasangan sabuk dan roda gigi transmisi
2. Tempat sensor warna dan kamera cctv Tempat sensor warna dan kamera cctv pada rancang bangun sistem konveyor sabuk pemilah kualitas kopi sangrai dibuat dengan menggunakan plat alumunium, bentuk rangka, peletakan sensor warna dan kamera dapat dilihat pada gambar 3.18 berikut:
67
Kamera CCTV
Kamera Termal
Sensor Warna
Gambar 3.18 Bentuk tempat sensor warna dan kamera cctv
3. Penyenter sabuk (Belt) Penyenter sabuk pada konveyor sabuk ini bertujuan untuk menghindari sabuk berjalan tidak sesuai dengan jalur yang ditentukan. Penyenter sabuk yang digunakan pada konveyor ini adalah tipe Pot.FF seperti pada gambar 3.19 berikut:
68
Penyenter sabuk
Gambar 3.19 Penyenter sabuk
Bahan yang dibutuhkan untuk membuat penyenter sabuk (belt) tipe pot FF adalah dengan menggunakan besi hollow sebagai porosnya, dan baut untuk mengatur kekencangan dan kemiringan sabuk.
Gambar 3.20 Besi hollow dan baut 12 (www.pabrikbesibeton.com)
4. Nampan Pemilah Nampan pemilah pada konveyor sabuk ini berperan sangat penting, dimana berfungsi sebagai alat pemilah biji kopi sangrai sesuai dengan kondisi warna masing-masing kopi pernampan pembawa biji kopi. Mekanisme nampan digerakkan dengan motor servo dengan torsi 10 kg.cm, berikut gambar motor torsi yang digunakan
69
Gambar 3.21 Motor servo Nampan pemilah di design dengan bentuk seperti nampan dengan kemiringan dan dapat berputar 360°, design ini bertujuan agar kopi yang tumpah dari nampan pembawa dapat diarahkan ke kotak penampungan, dengan 3 tempat penampungan sesuai dengan warna kopi sangrai. Bentuk design nampan pemilah seperti gambar 3.22 sebagai berikut:
Nampan pemilah
Motor servo
Gambar 3.22 Design nampan pemilah
70
F. Detail Design Setelah melalui beberapa tahap perencanaan diatas, maka tahap selanjutnya yaitu tahap penyempurnaan desain yang akan dibuat beserta dimensi part secara menyeluruh dengan menggunakan aplikasi Solidwork. Fungsi dimensi pada part yang akan kita buat sebagai batasan dan arahan pada saat melakukan proses pembuatan otomasi. 1. Detail design konveyor sabuk
Gambar 3.23 Detail design konveyor sabuk Keterangan Gambar 3.23: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Rangka konveyor Motor dc Roda gigi (sprocket) Rantai Sabuk (belt) Nampan pembawa Kamera cctv
71
8. Kamera termal 9. Sensor warna TCS3200 10. Kontrol Unit Arduino 11. Power terminal 12. Bantalan (bearing) 13. Roll sabuk 14. Nampan pemilah
2. Detail design nampan pemilah
Gambar 3.24 Detail design nampan pemilah Keterangan Gambar 3.24: 1. Rangka pemilah 2. Nampan pemilah 3. Motor servo
72
3. Detail design kontrol unit arduino
Gambar 3.25 Detail design kontrol unit arduino
Keterangan Gambar 3.25: 1. Casing (Akrelik) 2. Switch capturing 3. Motor servo 4. Switch pust button 5. Switch restart 6. Display time motor 7. Display intensitas warna (RGB) 8. Project board 9. Arduino uno 10. Driver motor L298N 11. Power suplay 12v to 5v
G. Perancangan Otomasi Pada rancang bangun sistem konveyor sabuk
pemilah kualitas
kopi sangrai ini menggunakan otomasi sebagai sistem control agar
73
konveyor sabuk
dapat berkerja secara otomatis dalam memilih kopi
sangrai yang sudah matang. Kompenen-komponen yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Arduino Uno Arduino Uno pada konveyor sabuk pemilah kualitas kopi sangrai ini berperan sebagai sistem control untuk mengendalikan motor dc agar bergerak secara otomatis dan membaca warna kopi sangrai secara otomatis. Pada gambar 3.26 berikut adalah bentuk Arduino Uno.
Gambar 3.26 Arduino Uno (www.arduino.cc)
2. LCD LCD pada otomasi ini berfungsi untuk melihat atau menampilkan waktu motor dc bergerak. 3. Kabel jumper Kabel jumper berfungsi sebagai kabel penghubung dari project board ke Arduino Uno.
74
4. Papan sirkuit (Project Board) Papan sirkuit (Project Board) pada otomasi ini berfungsi sebagai tempat untuk menaruh komponen elektronika sehingga memudahkan untuk menghubungkan ke Arduino Uno. 5. Switch on/off Switch on/off pada otomasi ini berfungsi sebagai tombol untuk menghidupkan dan mematikan komponen Arduino Uno. 6. Motor servo Motor servo pada otomasi ini berfungsi untuk menggerakkan nampan pemilah yang berada pada setelah penumpahan biji kopi yang dibawa nampan konveyor. 7. Kamera CCTV Kamera CCTV pada penelitian ini digunakan untuk melihat kondisi warna kopi sangrai termal ke monitor.
Gambar 3.27 Kamera CCTV
8. Sensor warna TCS3200
75
Sensor warna pada penelitian ini digunakan sebagai pembaca intensitas warna kopi sangrai sekaligus sebagai kontrol motor servo. Berikut adalah spesifikasi sensor warna TCS3200: a. Single pasokan operasi (2,7v sampai 5,5v) b. Resolusi konversi intensitas cahaya tinggi c. Berkomunikasi langsung ke microcontroller d. Dukungan lampu led control suplemen cahaya e. Ukuran : 28,4 x 28,4 mm
Gambar 3.28 Sensor warna TCS3200 9. Lampu led Lampu led pada penelitian ini berfungsi untuk menerangi kopi sangrai agar intensitas warna yang ditangkap sensor warna baik. 10. TV combo Tv combo pada penelitian ini berfungsi untuk menghubungkan kamera cctv ke monitor. 11. Power supply
76
Power supply pada penelitian ini berfungsi untuk supply tegangan semua komponen otomasi,baik motor servo, motor dc dan kamera cctv.
12. Monitor Monitor pada penelitian ini digunakan untuk menampilkan gambar atau video dari kamera cctv dan menampilkan intensitas warna sehingga perubahan intensitas warna kopi sangrai dapat dilihat.
Gambar 3.29 Monitoring
13. Komputer Komputer pada penelitian ini digunakan sebagai media untuk melakukan perancangan dan pengujian konveyor sabuk pemilah kualitas kopi sangrai dengan menggunakan software Arduino IDE (Integrated Development Environment). IDE adalah sebuah software untuk menulis program, mengompilasi menjadi kode biner dan mengupload ke dalam memory mikrokontroler.
H. Pembuatan Otomasi
77
Setelah proses perancangan selesai dikerjakan, maka tahapan selanjutnya yaitu pembuatan otomasi untuk putaran motor dc dan pembacaan sensor warna TCS3200 yang berfungsi untuk memerintahkan motor servo untuk berputar 0°, 90°, dan 180°.
1. Pengambilan keputusan (Desain Control Logic). Adapun desain control logic yang akan dibuat dalam penelitian yaitu rancangan loop sistem otomasi konveyor sabuk. Rancangan tersebut meliputi loop sistem otomasi sensor warna serta monitoring dari kamera cctv. Dapat dilihat pada gambar 3.30 berikut ini:
Kamera CCTV
Monitor
Kopi sangrai
-
Sensor Warna
+
Arduino Uno
Arduino Uno
Motor Servo
Motor Dc
Set point matang
LCD
Gambar 3.30 Rancangan sistem otomasi
Control logic system ini secara spesifik berdasarkan respon kondisi perbedaan warna yang diterima sensor warna, jika intensitas warna kopi yang diterima sensor warna sama dengan set point warna ‘light rost’ maka motor servo akan bergerak 0° dan setelah 5 detik motor servo akan bergerak 90°, jika intensitas warna kopi yang diterima sensor warna sama dengan set point warna ‘dark rost’ maka motor
78
servo akan bergerak 180° dan setelah 5 detik motor servo akan bergerak 90°,dan jika intensitas warna kopi yang diterima sensor warna sama dengan set point warna ‘medium dark’ maka motor servo tidak bergerak atau berada pada posisi 90°. Setelah servo penggerak nampan pemilah bergerak pada posisi sesuai warna kopi, maka kopi yang dibawa konveyor akan tumpah pada nampan pemilah dan masuk ke tempat penampungan. Pada saat pembacaan warna kopi, sensor warna juga menampilkan intensitas warna kopi sangrai dan menampilkan gambar kondisi warna kopi pada monitor. 2. Pembuatan perangkat keras Tahap ini meliputi semua proses yang mengacu pada pembuatan perangkat keras yang terdiri dari pembuatan elektronika dan mekanis. Pembuatan perangkat elektronika meliputi pembuatan rangkaian seluruh sistem, rangkaian power supply, rangkaian sensor, rangkaian LCD ,rangkaian akuator dan rangkaian monitoring. Sedangkan pembuatan mekanis meliputi perencanaan rangkaian, percobaan sementara, pembuatan konveyor, serta pemasangan komponen yang terhubung pada microcontroller. 3. Pembuatan perangkat lunak Tahap ini mencangkup semua hal yang berkaitan dengan perangkat lunak bagi sistem. Termasuk kode program atau listing program yang digunakan pada penelitian ini dibuat menggunakan software Arduino
79
1.0.6 dengan bahasa pemograman C. Bahasa C merupakan perangkat lunak yang menjadi bagian dari sistem yang berupa program yang mengatur kerja dari mikrokontroler Arduino Uno dan keseluruhan perangkat keras yang dihubungkan dengan mikrokontroler Arduino Uno. Langkah-langkah pembuatan perangkat lunak tersebut yaitu sebagai berikut: a. Membuat loop sistem control (flowchart) dari program yang akan dibuat. b. Membuat program menggunakan pemograman C dengan referensi diagram blok dari sistem kontrol yang akan dibuat. c. Mengkompilasi program yang dibuat sampai tidak terjadi kesalahan. d. Pengisian program atau upload ke Arduino Uno.
I. Analisa data / Pengujian Pengujian pada konveyor sabuk pemilah kopi sangrai ini untuk mengetahui mekanisme pengontrolan pada sistem konveyor sabuk yang dikendalikan Arduino. Pengujian pertama yang hendak dilakukan meliputi beban dan waktu, pengujian ini bertujuan untuk mencari waktu yang terbaik (respon time) untuk proses pemilahan biji kopi sangrai. Yang kedua yaitu pengujian karakteristik mekanik (selip) dan keakuratan sensor bekerja terhadap muatan, tujuannya untuk mengetahui apakah sabuk (belt) dapat stabil saat membawa kopi sangrai yang berada
80
dinampan sampai keproses penumpahan dan ketelitian sensor dalam memilah kopi sangrai. Yang ketiga yaitu pengujian respon sensor pada warna campuran, pengujian ini bertujuan untuk mengetahui besar intensitas warna pada campuran kopi sangrai dari beberapa macam level penyangraian dan hasil campuran tersebut masuk pada tingkat level sangrai yang seperti apa. Yang keempat yaitu pengujian intensitas warna kopi sangrai pada semua data pengujian, pengujian ini untuk mengetahui nilai intensitas warna dari macam-macam kopi sangrai dan arah pergerakan nampan pemilah. Yang kelima yaitu pengujian hubungan beban dengan laju pergerakan konveyor, hal ini untuk mengetahui pengaruh beban terhadap laju pergerakan konveyor dan mengetahui daya angkut kopi yang mampu ditampung oleh nampan. Hal ini sangat perlu dilakukan karena banyaknya kopi yang dibawa mempengaruhi banyaknya kopi yang dipilah. Tujuannya untuk mendapatkan kapasitas kopi sangrai yang maksimal tetapi tidak mempengaruhi proses pembacaan warna.
Tabel 3.1 Contoh Tabel Pengujian Respon Time Beban Beban (Kg)
0,5
1
Suhu kopi (℃)
Respon Time (detik) Maju untuk penumpahan Mundur untuk pengisian
81
1,5
2
Tabel 3.2 Contoh Tabel Pengujian Karakteristik Mekanik (Selip) dan Keakuratan No
Beban (kg)
1
0,5
2
1
3
1,5
4
2
Suhu kopi (℃)
Selip belt
Keakuratan pemilah
82
Banyak (kg) 1
1
1
1
T abel 3.3 Cont oh Tabe l Peng ujian Resp on Sens or Pada War na Cam pura n
Campuran (%) 60% light roast 20% medium roast 20% dark roast 60% medium roast 20% dark roast 20% light roast 60% dark roast 20% light roast 20% medium roast 70% light roast 15% medium roast 15% dark roast 70% medium roast
Intensitas
Gerakan nampan
83
1
15% dark roast 15% light roast 70% dark roast 15% light roast 15% medium roast 80% light roast 10% medium roast 10% dark roast 80% medium roast 10% dark roast 10% light roast 80% dark roast 10% light roast 10% medium roast 90% light roast 5% medium roast 5% dark roast 90% medium roast 5% dark roast 5% light roast 90% dark roast 5% light roast 5% medium roast
1
1
1
1
1
1
1
Tabel 3.4 Contoh Tabel Data Pengujian Intensitas Warna Kopi Sangrai No
Beban (kg)
1
0,5
2
1
3
1,5
Suhu kopi (℃)
Intensitas warna
Arah nampan (°)
84
4
2
Tabel 3.5 Contoh Tabel Data Perubahan Berat Biji Kopi No
Berat Sebelum Disangrai(kg)
1
0,5
2
1
3
1,5
4
2
Suhu Penyangraian (℃)
Level Sangrai
Berat Sesudah Disangrai(kg)
Tabel 3.6 Contoh Tabel Pengujian Hubungan Beban Dengan Laju Pergerakan Konveyor. No
Beban Jarak Suhu Kopi (Kg) Tempuh (℃) (m)
1
0,5
2
1 1,2
3
1,5
Waktu Tempuh (detik)
Rata-Rata Waktu Tempuh (detik)
Laju (m/detik)
85
4
2
125
V. SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan pada pembahasan yang telah diuraikan pada bab IV dan mengacu pada metode penelitian, maka dapat ditarik beberapa simpulan dan saran sebagai berikut: A. Simpulan 1. Dari data pengujian didapatkan kapasitas maksimum 422 kg/jam dengan kapasitas angkut 211 tumpahan/jam, dimana dalam 1 siklus (nampan maju dan mundur) membutuhkan waktu 17 detik tanpa ada kesalahan. 2. Putaran motor dc lebih akurat jika menggunakan gearbox dan lama putaran dikontrol dengan microcontroller. 3. Pembacaan sensor lebih akurat jika pembacaan sensor diberi delay 0,5 detik, jika delay kurang dari 0,5 detik respon akan cepat tetapi intensitas warna yang didapat tidak akurat sedangkan jika delay lebih dari 0,5 detik respon akan lambat tetapi intensitas yang didapat akurat. 4. Ketinggian sensor yang optimal adalah 6 cm dari permukaan nampan, karena jika kurang dari 6 cm area yang ditangkap sensor tidak luas dan menghindari nampan menyangkut disensor sedangkan bila lebih dari 6 cm nilai intensitas yang ditangkap sensor akan kecil dan tidak akurat.
126
5. Biji kopi sangrai yang terbaik (medium roast) berada pada suhu 209℃ sampai suhu 211℃ dan memiliki intensitas warna sebesar Red:48-49 Green:68-69 Blue:56-57. 6. Pada pembuatan sistem kontrol harus memperhatikan besar range (RGB) intensitas warna kopi sangrai untuk pengontrolan motor servo, apabila range yang digunakan terlalu kecil maka respon pembacaan sensor akan cepat tetapi area kopi yang dibaca sedikit.
B. Saran Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, untuk mendapatkan hasil yang optimal maka disarankan untuk: 1. Untuk meningkatkan respon pembacaan intensitas warna dari kopi sangrai maka perlu dibuatkan ruangan tertutup pada area pembacaan sensor karena cahaya dari lingkungan luar sedikit mengganggu pembacaan intensitas warna. 2. Untuk meningkatkan respon komponen otomasi perlu power supply pendukung karena sensor warna dan servo membutuhkan tegangan 5v yang stabil. 3. Untuk sortir kapasitas besar maka perlu penambahan sensor warna lebih dari 2 atau 3 sensor disesuaikan dengan luas area nampan sehingga pembacaan intensitas warna dapat terbaca merata.
DAFTAR PUSTAKA
Carlos.1995. Belt Conveyors. Mechanical Engineering Department, University Carlos III: Madrid. CEMA. 2002. Belt Conveyors For Bulk Materials, Fifth Edition.Amerika. Conveyor Belt Catalog.China Union Rubber Corp. Dunlop. 2010. Conveyor Belt Technique. Moscow: Dunlop. Daryanto. 2011. Teknik Mekatronika. Satu Nusa: Bandung. Hanif, Ahmad. 2006. Penerapan PLC (Programmable Logic Controller) Sebagai Sistem Kendali Pada Mesin Konveyor. Jurusan Teknik Mesin, Universitas Negeri Semarang: Semarang. Hasan, Achmad. 2013. Connecting and Breadboarding. http://www.arduino-info. wikispaces.com. Diakses pada 19 Mei 2015. Martinus. 2012. Buku Ajar Mekatronika. Universitas Lampung: Lampung. Nuryani, Fitri. 2010. Budidaya Tanaman Kopi di Provinsi Lampung. PT Mediyatama Sarana Perkasa: Jakarta.
Pangestu, Langgeng. 2008. Perhitungan Kapasitas Total Daya Pada Sistem Loading Facility Overland Conveyor Batu Bara Di Sungai Putting Rantau Kalimantan Selatan. Jurusan Teknik Elektro,Institut Teknologi Sepuluh November: Surabaya. Permono, Sonief. 2013. Rancang Bangun Belt Conveyor Pengangkut Pasir Untuk Pencampuran Komposisi Pasir Cetak. Jurusan Teknik Mesin.Universitas Brawijaya: Malang. Raharjo, Pudji. 2012. Panduan Budidaya dan Pengolahan Kopi Arabika dan Robusta. Penebar Swadaya: Jakarta. Ray, S. 2008. Introduction to Material Handing. New Delhi: New Age Internasional (P) Ltd: Publishers. Standar Nasional Indonesia (SNI). 2008. Biji Kopi. SNI 01-2907-2008. Sularso, dan Suga Kiyokatsu. 1997. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin.Pradnya Paramita: Jakarta. Syahwil,Muhammad. 2013.Mikrokontroler Arduino. Andi: Yogyakarta. Zainuri.Muhib. 2010. Mesin Pemindah Bahan. Andi: Yogyakarta.
