BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kajian Singkat Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi Mesin pengupas dan pemisah kulit buah kopi dibuat dengan tujuan untuk membantu proses pengupasan kulit buah kopi sehingga diperoleh biji kopi yang nantinya akan disangrai dan digiling untuk memperoleh kopi bubuk. Terdapat beberapa jenis mesin pengupas kulit buah kopi yang dirancang, digunakan, dan dijual, beberapa diantaranya menerapkan teknologi untuk memisahkan kulit dengan biji. Beberapa kajian tentang produk tersebut dijabarkan sebagai berikut Produk di Pasaran a) Berdasarkan data yang penulis dapatkan, terdapat beberapa jenis mesin pengupas buah kopi yang dijual dan digunakan, beberapa diantaranya dapat dilihat pada tabel

2 Table 2.1 Jenis-jenis Mesin Pengupas Kulit Buah Kopi yang dijual No Keterangan Gambar Spesifikasi Tenaga Penggerak Harga Jual 1 Merk: HORJA Honda GX Proses Kering Dimensi (PxLxT): 1110 x 690 x 1195 mm 2 3 Sumber: Sumber: Kapasitas: +/- 228 kg/jam Merk: HORJA Honda GX Proses basah Dimensi (PxLxT): 670 x 400 x 1310 mm Kapasitas: +/- 174 kg/jam Mesin Huller Diesel: 8 PK Proses Kering Dimensi: 900 x 900 x 1200 mm Atau E.M 5,5 HP Kapasitas: +/- 300 kg/jam Sumber:

3 No Keterangan Gambar Spesifikasi Tenaga Penggerak 4 Proses Kering Harga Jual A. Mesin Diesel Diesel 8 HP Dimensi (P X L X T) : 100 X 75 X 125 Cm Kapasitas : Kg/Jam Sumber: ik.com Motor Bensin Dimensi (P X L X T) : 56 X 52 X 100 Cm Kapasitas : Kg/Jam Motor Bensin 5,5 PK 5 Proses Kering Dimensi (P X L X T): 800 X 500 X 1200mm Kapasitas : E.M 5,5 HP Sumber: 450Kg/Jam 6 Proses Kering Diesel 16 HP Dimensi (P X L X T): 1600 x 1200 x 1800 mm Kapasitas : +/-350Kg/Jam 7 Proses Basah Tenaga Manusia 7

4 b) Masalah-Masalah Pada Mesin Yang Ada di Pasaran Setelah mempelajari mesin-mesin pengupas buah kopi yang ada, penulis mendiskripsikan masih terdapat beberapa masalah pada mesin-mesin tersebut. Secara singkat beberapa masalah tersebut dijelaskan pada tabel 2.2. Tabel 2.2 Kekurangan mesin yang ada di pasaran No Keterangan Gambar Kekurangan 1 Harga jual mesin termasuk tinggi untuk petani kecil Mesin menggunakan bahan bakar bensin, sehingga memerlukan manajemen sumber bahan bakar yang baik 2 Harga jual mesin termasuk tinggi untuk petani kecil Mesin menggunakan bahan bakar bensin, sehingga memerlukan manajemen sumber bahan bakar yang baik Hanya mampu mengupas kulit buah kopi basah 3 Harga jual mesin termasuk tinggi untuk petani kecil Mesin menggunakan bahan bakar solar, sehingga memerlukan manajemen sumber bahan bakar yang baik, sedangkan yang menggunakan Elektro Motor dayanya 5,5 HP sehingga mengkonsumsi listrik sebesar 4,1 KW. Daya sebesar 4,1 KW sangat besar untuk daerah pertanian dan belum tentu tersedia. 4 Harga jual mesin termasuk tinggi untuk petani kecil Mesin menggunakan bahan bakar solar/ bensin, sehingga memerlukan manajemen sumber bahan bakar yang baik. Mesin hanya berfungsi mengupas tetapi tidak memisahkan kulit dan biji kopi kering. 8

5 No Keterangan Gambar Kekurangan 5 Harga jual mesin termasuk tinggi untuk petani kecil Mesin menggunakan Elektro Motor dengan daya 5,5 HP sehingga mengkonsumsi listrik sebesar 4,1 KW. Daya sebesar 4,1 KW sangat besar untuk daerah pertanian dan belum tentu tersedia. 6 Mesin menggunakan bahan bakar solar sehingga memerlukan manajemen sumber bahan bakar yang baik. Dimensi mesin besar Perawatan mesin membutuhkan keahlian khusus Sparepart mesin tidak dapat diperoleh dengan mudah 7 Masih menggunakan tenaga manusia, sehingga kurang efektif untuk produksi dengan kapasitas yang besar. Hanya mampu mengupas kulit buah kopi basah Patent Review Beberapa paten yang terdaftar untuk Mesin Pengupas dan Pemisah Kulit Buah Kopi adalah sebagai berikut: a) Mill Of Grinding Coffee And Other Substances oleh Hiram Twiss Dipatenkan pada 19 Juni 1837, dengan nomor patent [5] Gambar 2.1 Mill Of Grinding Coffee And Other Substances Mesin ini hanya berfungsi untuk mengupas kulit kopi dan digerakkan secara manual dengan kapasitas yang tidak terlalu besar. 9

6 b) Hulling Machine oleh Iram D & Andrew Crawford Dipatenkan pada 31 januari 1871, dengan nomor paten 111,323 [6] Gambar 2.2 Hulling Machine Mesin ini menggunakan lebih dari satu mata pisau untuk mengupas kulit kopi menggunakan saringan yang digerakkan maju-mundur (shacking screen) untuk memisahkan antara kulit kopi dengan biji kopi. c) Coffee Cleaner oleh H.B. Stevens Dipatenkan pada 25 Januari 1876, dengan nomor paten 172,671 [7] Gambar 2.3 Coffee Cleaner 10

7 Mesin ini menggunakan mata pisau dengan bentuk ulir kiri dan kanan pada satu poros untuk mengupas kulit kopi, serta menggunakan sistem penyaring bertingkat untuk memisahkan kulit dengan biji kopi. d) Coffee Huller oleh J.H Pendleton Dipatenkan pada tanggal 8 Mei 1877, dengan nomor paten [8] Gambar 2.4 Coffee Huller yang didesain J.H Pendleton Mesin yang hanya berfungsi mengupas kulit buah kopi kering ini menggunakan bantalan karet yang dipasang di bagian dalam chasing untuk membantu kerja mata pisau utama. e) Coffee and Rice Huller oleh C.B. Brown Dipatenkan pada tanggal 21 Oktober 1879, dengan nomor paten 220,698 [9] Gambar 2.5 Coffee and Rice Huller 11

8 Mesin ini menggunakan permukaan elastis untuk membantu kerja mata pisau utama dalam mengupas kulit kopi.permukaan ini dapat diatur jaraknya terhadap mata pisau utama. f) Coffee Huller oleh J. Guardiola Dipatenkan pada 6 April 1886, dengan nomor paten 339,288 [10] Gambar 2.6 Coffee Huller yang didesain J. Guardiola Mesin yang menggunakan transmisi gear ini memecahkan buah kopi kering dengan cara menekannya, sehingga biji kopi akan keluar dari kulitnya. g) Coffee Huller and Polisher oleh R. Okrassa Dipatenkan pada 13 Agustus 1912, dengan nomor paten 1,035,631 [11] Gambar 2.7 Coffee Huller yang didesain R.Okrassa 12

9 Sistem kerja mesin ini menggunakan screw yang berputar dan memaksa buah kopi kering bergesekan dengan dinding screw, sehingga kulit kopi kering akan terkelupas. Pada mesin ini sistem pembuangan kulit kopi menggunakan hembusan udara yang dialirkan melalui katub. h) Chaff Separator For Coffee Mill oleh Bernhard Nordin Dipatenkan pada tanggal 11 Februari 1913 dengan nomor patent [12] Gambar 2.8 Chaff Separator For Coffee Mill Mesin yang digerakkan secara manual ini sudah memiliki teknologi untuk memisahkan kulit kopi dengan biji kopi, dengan cara menghembuskan angin. 2.2 Teori Desain Perancangan Mendesain berarti menjabarkan ide yang dimiliki untuk menyelesaikan suatu masalah. Dengan diperolehnya ide diperlukan suatu metode yang dapat dipergunakan untuk mewujudkan ide tersebut hingga menghasilkan sebuah karya yang riil dan dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Hal ini mendorong Persatuan Insinyur Jerman (Verein Deutscher Ingenieure/VDI) membuat suatu metode perancangan produk yang dikenal dengan metode VDI Metode tersebut adalah pendekatan sistematik terhadap desain untuk sistem teknik dan 13

10 produk teknik (systematic approach to the design of technical system and product) yang dijabarkan oleh G. Pahl dan W. Beitz. Secara keseluruhan langkah kerja yang terdapat dalam VDI 2221 terdiri dari 7 (tujuh) tahap, yang dikelompokkan menjadi 4 (empat) fase yaitu: 1. Penjabaran Tugas (Clarification of Task) Penjabaran Tugas ini meliputi informasi mengenai permasalahan dan kendalakendala yang dihadapi, kemudian disusun suatu daftar persyaratan mengenai rancangan yang akan dibuat. 2. Penentuan Konsep Rancangan (Conceptual Design) Penentuan konsep rancangan ini meliputi tiga langkah kerja yaitu: a. Menentukan fungsi dan strukurnya. b. Mencari prinsip solusi dan strukturnya. c. Menguraikan menjadi varian yang dapat di realisasikan. 3. Perancangan Wujud (Embodiment Design) Pada perancangan wujud ini dimulai dengan menguraikan rancangan ke dalam modul-modul yang diikuti oleh desain awal dan desain jadi. 4. Perancangan Rinci (Detail Design) Perancangan rinci ini merupakan proses perancangan dalam bentuk gambar, yang meliputi gambar yang tersusun dan gambar yang detail termasuk daftar komponen, spesifikasi bahan, toleransi dan lain sebagainya. Pada fase ini semua pekerjaan didokumentasikan sehingga pembuatan produk dapat dilaksaanakan oleh operator atau insinyur lain yang ditunjuk. 14

11 2.3 Komponen-komponen yang digunakan dalam perancangan Poros Gambar 2.9 Poros Poros adalah komponen alat mekanis yang mentransmisikan gerak berputar dan daya. Menurut pembebanannya poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan sebagai berikut: a. Poros Transmisi Poros transmisi adalah poros yang mengirimkan daya dari sumber daya. Poros ini umumnya dipasangkan pada komponen mesin seperti puli, gear, dll, sehingga poros ini mendapatkan beban puntir murni atau beban puntir dan lentur. Daya ditransmisikan b. Poros Gandar Poros gandar merupakan poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang, dimana tidak mendapat beban puntir dan hanya mendapat beban lentur. c. Poros Spindle 15

12 Poros spindle merupakan poros transmisi yang relatif pendek, misalnya pada poros utama mesin perkakas dimana beban utamanya berupa beban puntiran. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil serta ukurannya teliti. Rumus yang digunakan dalam perhitungan untuk merancang poros yang mengalami beban puntir dan beban lentur antara lain : a. Menghitung daya rencana P d = f c.p (Sularso, Kiyokatsu Suga: 7) (1) Keterangan : P d f c = daya rencana (kw) = faktor koreksi Untuk daya rata-rata, fc = 1,2 2,0 Untuk daya maksimum, fc = 0,8 1,2 Untuk daya normal, fc = 1,0 1,5 P =daya nominal (kw) b. Menghitung Torsi yang terjadi pada poros T = (Sularso, Kiyokatsu Suga: 7) (2) Keterangan : P d T n = daya rencana (kw) = Torsi (kg.mm) = Putaran pada poros (rpm) Rumus lain perhitungan torsi 16

13 T = P/n (Robert L Mott: 551)..(3) Keterangan : P T n = daya rencana (hp) = Torsi (lb. in) = Putaran pada poros (rpm) c. Menentukan diameter poros D= (Sularso, Kiyokatsu Suga: 18)....(4) Keterangan : D K m K t M T = diameter poros (mm) = faktor koreksi momen lentur = faktor koreksi momen puntir = momen lentur = torsi d. Besar tegangan bahan yang diijinkan (Sularso, Kiyokatsu Suga: 68) (5) Keterangan : = tegangan yang diijinkan σ S C b = kekuatan tarik = faktor keamanan = faktor pemakaian e. Perhitungan defleksi puntiran (Sularso, Kiyokatsu Suga: 18) (6) Ө =

14 Ө = Defleksi Puntiran ( ) G = Modulus geser (untuk baja 8,3 x 10 3 kg/mm 2 ) L T = Panjang poros (mm) = Momen Puntir (kg. mm) Pasak Pasak adalah elemen mesin yang digunakan untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sprocket, puli, dll. Jenis-jenis pasak berdasarkan bentuknya dapat dilihat dari gambar dibawah ini: Gambar 2.10 Bentuk pasak 18

15 Rumus-rumus pada perhitungan pasak a) Gaya Tangensial F pada permukaan poros F = (Sularso, Kiyokatsu Suga: 25) (7) F T d = Gaya Tangnsial (kg) = Torsi (kg.mm) = Diameter Poros b) Panjang pasak dari tegangan geser yang diijinkan Tegangan geser maksimum yang ada pada pasak τ d = (Robert L.Mott:469)..(8) Keterangan : = Tegangan geser maksimum S y N = Tegangan luluh = Faktor rancangan a. Menentukan panjang pasak yang dibutuhkan L = (Robert L.Mott:469).(9) Keterangan : L T = Panjang pasak = Torsi = Tegangan geser maksimum =Diameter nominal poros 19

16 = Lebar nominal pasak b. Tegangan tekan yang terjadi pada pasak σ = (Robert L.Mott:470) (10) Keterangan : σ = Tegangan tekan, H = Tinggi nominal pasak T D L = Torsi = Diameter nominal poros = Panjang pasak Pengaruh tersebut diantaranya adalah faktor pemakaian dan faktor keamanan. Gambar 2.11 Stress Concentration factor pada poros Defleksi puntiran Ө =

17 Tabel 2.3 hubungan ukuran pasak dengan diameter poros Bantalan Gambar 2.12 Bantalan Bantalan merupakan komponen permesinan yang berfungsi untuk menumpu poros berbeban agar gerakan berputar atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung halus dan aman. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin 21

18 lainnya bekerja dengan baik. Adapun jenis-jenis dari bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1) Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros. a. Bantalan luncur (Sliding Contact Bearing) Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas b. Bantalan gelinding (Rolling Contact Bearing) Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum, dan rol bulat. 2) Atas dasar arah beban terhadap poros. a. Bantalan aksial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu. b. Bantalan radial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. c. Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros. Pemasangan bantalan poros diantara poros dan dudukan bertujuan untuk memperlancar putaran poros, mengurangi gesekan dan mengurangi panas serta menambah ketahanan poros. Syarat bantalan poros harus presisi ukuran yang tinggi sehingga tidak kocak dalam bekerja. 22

19 Rumus yang digunakan dalam Perhitungan perancangan bearing antara lain: 1. Beban eqivalen P = (X.V.R). (Y.T) (Robert L.Mott:576).(11) Keterangan : P = beban eqivalen X Y R = faktor radial = faktor aksial = beban radial T = beban aksial V = faktor putaran (seperti ditetapkan) 2. Umur nominal, L d L d = 10 6.( k (Robert L.Mott:573)...(12) L d = (h)(rpm)(60min/h) (Robert L.Mott:573).....(13) Keterangan : L d C P = umur nominal = beban nominal dinamis = beban eqivalen 23

20 Tabel 2.4 Umur desain bantalan yang disarankan untuk berbagai aplikasi. Gambar 2.13 Dimensi Bantalan jenis UCP 24

21 2.3.4 Sabuk V Gambar 2.14 V-Belt Sabuk-V atau yang umum disebut V-Belt digunakan karena mudah digunakan, mudah dalam perawatan, harganya lebih murah dibandingkan rantai, dan tidak sebising tranmisi yang menggunakan rantai dan sproket gear. Rumus yang digunakan dalam perancangan pemilihan sabuk-v antara lain: a. Daya rencana (P d ) P d = f c. P (Sularso, Kiyokatsu Suga:7)....(14) Keterangan : P P d = daya (kw) = daya rencana (kw) b. Momen rencana (T 1, T 2 ) T 1 = 9, ( ) (kg.mm) (Sularso, Kiyokatsu Suga:7) (15) Keterangan : P d = daya rencana (kw) 25

22 n 1 = putaran poros penggerak (rpm) c. Kecepatan sabuk (v) v = (Sularso, Kiyokatsu Suga:166)...(16) Keterangan : v = kecepatan puli (m/s) d p n 1 =diameter puli (mm) = putaran puli (rpm) d. Panjang keliling (L) L = 2C + (Sularso, Kiyokatsu Suga:170)..(17) e. Sudut kontak (θ) θ = (Sularso, Kiyokatsu Suga:173)...(18) Keterangan : L = panjang keliling θ = sudut kontak C D p d p = jarak sumbu poros (mm) = diameter puli besar (mm) = diameter puli kecil (mm) Tabel 2.5 Faktor koreksi yang digunakan (fc) unuk daya transmisi V-Belt 26

23 Beban karena gaya tarik V-belt ( F 1 F 2 ) = FN = 2T / D Gambar 2.15 Beban pada poros karena gaya tarik V-belt Gambar 2.16 Grafik pemilihan jenis V-Belt 27

24 Gambar 2.17 Hubungan faktor koreksi dengan sudut pembungkus Gambar 2.18 Hubungan faktor koreksi panjang dengan panjang sabuk 28

25 Blower Blower atau penghembus adalah kipas sentrifugal yang menaikan kecepatan aliran saat digunakan untuk mengalirkan fluida gas. Sisi inlet kipas sentrifugal dapat didesain dengan dua inlet atau satu inlet saja. Hal ini tentu disesuaikan dengan kebutuhan debit aliran fluida yang ingin dihasilkan. Dengan menggunakan sistem double inlet akan didapatkan debit aliran yang lebih besar dibandingkan dengan single inlet. Gambar 2.19 Kipas Sentrifugal dengan Double Inlet Secara umum bentuk kipas sentrifugal ada tiga tipe yakni : 1. Backward Curved Blades Dengan bentuk sudu ini, kipas sentrifugal akan memiliki beberapa keuntungan sebagai berikut Efisiensi yang tinggi di atas 90% Beroperasi dengan sangat stabil Tidak berisik Ideal untuk digunakan pada kecepatan tinggi Tidak memiliki karakter daya overload 29

26 2. Straight Blade Tipe sudu ini memiliki kelebihan sebagai berikut Tahan terhadap abrasi Perawatan yang simpel Kapasitas yang luas 3. Radial Tip Blades Tipe ini sangat dianjurkan digunakan pada fluida-fluida gas yang sifatnya abrasive. Selain itu kipas sentrifugal tipe ini memiliki keuntungan lain seperti berikut: Tidak memiliki karakter daya overload Menghasilkan kapasitas besar Beroperasi dengan sangat stabil Kemampuan untuk membersihkan permukaan sudu dengan sendirinya. 30

27 2.3.6 Material yang digunakan Siku Gambar 2.20 Material Siku Tabel 2.6 Ukuran dan berat material siku 31

28 Stall Gambar 2.21 Material Stall Tabel 2.7 Ukuran dan berat material stall 32

29 Pipa Gambar 2.22 Pipa carbon steel sch 40 Tabel 2.8 Tabel Detail Pipa carbon steel sch 40 33

30 Poros Tabel 2.8 Ukuran dan berat material st 41 Tabel 2.9 Tabel kekuatan bahan material ST 41 34