BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Pengenalan Bahan Baku Secara tradisional orang membuat tepung beras dengan cara menumbuk dalam lesung dengan antum atau alu. Beras menjadi halus dikarenakan adanya proses tekan geser. Butir beras terjepit dan tertekan cekung lesung antum sehingga terjadi gesekan antara butiran beras dengan antum atau juga antara beras dengan beras secara berulang-ulang. Hal inilah yang digunakan sebagai dasar pengembangan peralatan atau mesin yang lebih baik. Karena terjadinya tepung beras melalui proses tekan geser, maka dalam mengembangkan mesin ini harus mempertimbangkan faktor kekuatan fisik beras agar diperoleh mesin dengan fungsi yang baik. Ir.K.Sitinjak (1995) menerbitkan hasil penelitiannya yang berhubungan dengan sifat-sifat fisik beras, yaitu : 1. Ukuran panjang beras : a. Sangat panjang 7-75 (mm) b. Panjang 6,6-7 (mm) c. Sedang 5,5-6,6 (mm) d. Pendek < 5,5 (mm)
2. Bentuk beras : a. Lonjong b. Gepeng c. Agak bulat d. Bulat 3. Kekerasan : a. PB 34 = 6,3 (kg/ butir ) b. PB 5 = 6,1 (kg/ butir ) c. PB 32 = 5,9 (kg/ butir ) yang ada. Kekerasan beras varietas PB adalah yang paling keras dari semua varietas Dari unsur penelitian diketahui bahwa kandungan unsur-unsur gizi dalam beras, relatif tinggi (lihat Tabel 2.1). Oleh karena itu, masyarakat harus tahu lebih banyak mengenai beras maupun komposisi kandungan gizi yang terkandung didalammya adalah sebagai beikut :
Tabel 2.1. Kandungan unsur gizi dalam beras No Nama Unsur Kadar Gizi /100gr Bahan 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Energi Karbohidrat Protein Lemak Mineral Zat Besi Kalsium Fosfor Vitamin C Vitamin B -12 Vitamin B -6 Air 336 kal 80,13 gr 5, 95 gr 1, 42 gr 1,0 gr 0,35 mg 10 mg 98 mg 0 mg 0 mg 0,436 mg 11.89 gr Sumber: (Daftar analisis Makanan, Fak. Kedokteran UI, Jakarta; 1992) Dalam pembetukan Varietas unggul padi, mutu beras merupakan salah satu faktor yang perlu dipertimbangkan, sehingga pengujian mutu beras perlu dilakukan pengujian dilakukan dengan penetapan kadar amilosa, kadar amilosa ini sangat mempengaruhi tesktur nasi. Berdasarkan kadar amilosa, beras dapat diklasifikasikan (lihat Tabel 2.2).
Tabel 2.2. Klasifikasi beras beramilosa ( pati berpolimer ) No Jenis beras Kadar amilosa ( % ) Dimasak 1. Beras amilosa rendah ( 10-20 % ) Menghasilkan nasi yang lengket, mengkilap, tidak mengembang, dan tetap menggumpal setelah dingin. 2. Beras amilosa sedang ( 10-24 % ) Mempunyai tekstur nasi pulen. 3. Beras amilosa Tinggi ( 25 % ) Tidak lengket,dapat mengembang, dan menjadi keras jika sudah dingin. Sumber:( Suwarno et al.., 1982; Darmadjati,1995 ) 2.2. Proses Pembuatan Tepung Beras 1. Tahap Pemilihan Beras Beras ditampi atau diayak untuk menghilangkan kotoran yang ada, seperti sekam, kerikil, gabah atau kotoran yang lain mungkin terbawa. 2. Tahap Pengigilingan Langkah selanjutnya dilakukan penggilingan beras untuk menghasilkan tepung beras yang diinginkan.
3. Tahap Pengemasan Tepung beras yang sudah jadi dapat dipergunakan untuk olahan kue atau juga siap untuk dipasarkan. 2.3. Tahapan-Tahapan Dalam Perancangan Hasil pertama dari sebuah disain tidaklah pernah sempurna. Langkah demi langkah harus dijalani sebelum hasil yang ideal tercapai. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam pengembangan lanjut sebuah disain sampai mencapai taraf tertentu adalah: hambatan yang timbul, cara mengatasi efek samping yang tidak terduga, kemampuan untuk memenuhi tuntutan pemakaian dan kemampuan untuk mengatasi saringan, hal mana akan memperlancar pengembangan itu sendiri. Dalam mendisain tidak mungkin mengingat semua pokok-pokok utama secara serentak. Secara bertahap mengumpulkan pokok-pokok utama dan pengalaman-pengalaman. Menurut G. Neimann ada beberapa tahapan dalam perancangan, yaitu : 1. Mula pertama, tugas disain yang bagaimanakah harus dipenuhi? Faktorfaktor utama apa yang sangat menentukan untuk konstruksi? Bahan-bahan, jumlah produk, cara produksi, bahan setengah jadi manakah yang patut dipertimbangkan. 2. Menentukan ukuran-ukuran utama dengan perhitungan kasar. 3. Menentukan alternatif-alternatif dengan sketsa tangan.
4. Memilih bahan. Bahan-bahan umunya yang mudah didapat dipasaran seperti baja karbon diprioritaskan pemakaiannya. 5. Bagaimana memproduksi. Konstruksi dan cara pembuatan elemen-elemen tergantung dari jumlah produk yang akan dihasilkan. 6. Mengamati disain secara teliti. Setelah menyelesaikan disain berskala, konstruksi diuji berdasarkan pokok-pokok utama yang menentukan dengan cara yang teliti. Adapun hal-hal yang harus diperhatikan adalah: a. Perubahan sebuah pokok utama dapat mengubah disain secara menyeluruh. b. Mengubah konstruksi sebuah disain sebelum diproduksi adalah jauh lebih menghemat waktu bila dibandingkan dengan perubahan-perubahan yang dilakukan waktu atau setelah produksi berjalan. c. Hasil konstruksi yang matang biasanya dicapai setelah dilakukan bermacam macam disain dan perbaikan-perbaikan. d. Konstruksi yang terbaik merupakan hasil kompromi dari berbagai ragam tuntutan para pemakai. 8. Merencanakan sebauh elemen; gambar kerja bengkel (workshop blue print ). Pokok-pokok utama yang harus diperhatikan dalam meneliti gambar kerja adalah sebagai berikut :
a. Ukuran: apakah elemen tersebut lengkap dan jelas ukurannya? apakah ukuran-ukuran tersebut sudah termasuk bagian yang terpotong dalam proses pembuatan? b. Toleransi dan simbol pengerjaan c. Nama bahan dan jumlah produk d. Apakah disain ini mengikuti standar dan norma yang berlaku? e. Keterangan mengenai metode-metode khusus pengerasan (hardening), celup dingin (quenching), pelapisan permukaan, semprot pasir (sand blastin) dan sebagainya yang akan dialami elemen-elemen tersebut. 9. Gambar lengkap dan daftar elemen. Setelah semua ukuran-ukuran elemen dilengkapi, baru dibuat gambar lengkap dengan daftar elemen-elemen. 2.4 Bagian Utama Mesin Rancangan mesin yang dimaksudkan adalah rancangan bagian utama mesin, rancangan bentuk dan dimensi yang ditetapkan berdasarkan beberapa pertimbangan diantaranya kemudahan dalam pengoperasian, bahan teknik yang tersedia dan kekuatan bahan yang digunakan.
Gambar 2.1. Bagian utama mesin Keterangan : 1. Corong masuk 2. Silinder penumbuk 3. Saringan 4. Sabuk Dan puli 5. Pisau penumbuk diam 6. Pisau penumbuk berputar 7. Corong keluar 8. Kerangka Mesin 9. Motor penggerak
Bagian utama mesin adalah bagian yang sangat penting dalam mendukung fungsi mesin. Hal ini dapat dirinci sebagai berikut : 1. Kerangka Mesin Untuk mendirikan sebuah mesin dibutuhkan kerangka mesin untuk mendukung mesin tersebut. Kekuatan tarik kerangka dari mesin sangat perlu diperhatikan sebab jika kerangka sebuah mesin tidak kuat kemungkinan rusaknya mesin akan sangat besar sehingga akan mempengaruhi kinerja mesin dan juga memperpendek umur mesin tersebut, kerangka ini terbuat dari plat besi dengan ketebalan 3 mm. 2. Corong Masuk Gambar 2.2. Kerangka Mesin Corong masuk digunakan sebagai tempat masukan bahan baku. Berfungsi sebagai pengarah bahan baku agar tepat jatuh pada piringan penumbuk. Corong ini terbuat dari besi pipa dengan ketebalan 1,5 mm yang terletak pada bagian puncak mesin.
Gambar 2.3. Corong masuk 3. Poros Untuk menggerakkan dan mentransmisikan daya biasanya digunakan poros. Didalam merencanakan poros ada beberapa kriteria yang harus dimiliki poros diantaranya poros harus tahan terhadap puntiran, lenturan dan lendutan. Gambar 2.4. Poros
4. Piringan Penumbuk Didalamya penggiligan tepung ini direncanakan menggunakan piringan penumbuk. Didalamya piringan penumbuk ini diletakkan pisau-pisau penumbuk. Pada piringan penumbuk ini terdapat dua piringan penumbuk. Piringan pertama adalah piringan penumbuk yang diam yang terletak pada tutup mesin terdiri atas 6 buah pisau penumbuk. Pada piringan kedua terdiri atas 4 buah pisau penumbuk berputar. Bagian ini yang berputar menumbuk bahan baku. Pisau berputar pada lintasanya masing-masing. 5. Saringan Gambar 2.5. piringan penumbuk berputar dan piringan penumbuk diam Pada piringan penumbuk dibungkus secara keseluruhan oleh saringan kasa. Saringan mempunyai tingkat kerenggangan tertentu, semakin tipis jarak saringan kasa maka akan menentukan kehalusan produk yang dihasilkan. Tujuan utama dari saringan ini adalah untuk menyaring bahan baku, apabila bahan baku yang ditumbuk sudah menjadi butiran-butiran tepung yang halus akan keluar melalui saringan ini, namun apabila bahan baku dalam keadaan tidak halus akan terus tertumbuk oleh pisau pemukul.
Gambar 2.6. Saringan 6. Corong Keluar Setelah tertumbuk halus maka butiran-butiran tepung tersebut akan keluar melalui corong pengeluaran. Corong pengeluaran terbuat dari plat dengan ketebalan 6 mm. Gambar 2.7. Corong keluar
2.5. Dasar Perencanaan Elemen Mesin 2.5.1. Perencanaan Daya Motor Untuk menghitung daya motor terlebih dahulu mendefinisikan daya yaitu : Daya = usahakerja waktu Daya motor dihitung dengan ; P= T.ω Atau P= T. 2n 60 ( R.S.Khurmi,Machine Design,hal:12 ) Dimana : P = Daya yang diperlukan ( watt ) T = Torsi (N.m ) ω = Kecepatan sudut ( rad / s ) n = Putaran motor (rpm ) Maka daya rencana : Pd = P. f c ( Sularso, Elemen Mesin, hal:7 ) Dimana : Pd = Daya rencana ( Watt ) P = Daya yang diperlukan (Watt ) f c Faktor koreksi 2.5.2. Poros Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi dipegang oleh poros.
2.5.2.1. Macam -Macam Poros Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut : 1. Poros Transmisi Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling roda gigi, puli sabuk atau sproket, rantai dan lain-lain. 2. Poros Spindel Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti. 3. Poros Gandar Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kereta barang, dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.
2.5.2.2. Bahan Poros Poros untuk umunya biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, baja karbon konstruksi (disebut bahan S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di- kill ( baja yang dideoksidasikan dengan ferosilikon dan dicor ; kadar karbon terjami) (JIS G3123). Meskipun demikian bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya bila diberi alur pasak, karena ada tegangan sisa didalam terasnya. Tetapi penarikan dingin membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah besar. Untuk mengetahui jenis baja karbon yang sering dipakai untuk poros dapat dilihat pada tabel 2.3. Tabel 2.3. JIS G3123 Batang baja karbon difinis dingin (sering dipakai Untuk poros ) Sumber: (sularso;elemen Mesin; hal:330 ) Didalam perancangan mesin tepung beras ini bahan poros yang dipakai adalah dengan menggunakan bahan S50C, karena jenis ini digunakan untuk
konstruksi umum, dengan kekuatan tarik ( B ) 62 Kg/ mm². Pada tabel 2.4 menjelaskan macam-macam jenis baja karbon cor. Tabel 2.4. Baja karbon JIS G 4051 Sumber: (Sularso; elemen mesn;, hal: 330) Poros berfungsi untuk memutar piringan penumbuk. Untuk itu poros harus direncanakan mampu untuk menahan beban-beban yang dialami oleh poros tersebut. Diameter poros harus juga diperhitungkan terhadap beban-beban yang akan dialami poros. Maka perencanaan diameter poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan berikut : 16. T. 3 d s Supaya konstruksi aman maka izin ( ) (kg/mm 2 ) a timbul 16. T a. d 3 s d s 16. T. a 1 3
d s 1 3 5,1. T a Dimana : d s = Diameter poros (mm) T = Torsi (kg.mm) a = Tegangan izin (kg/mm 2 ) Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak (kw), maka berbagai faktor keamanan bisa diambil, sehingga koreksi pertama bisa diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah fc, maka daya perencana adalah : Pd fc. P Dimana Pd = Daya perencana (kw) Harga fc dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 2.5. Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan Daya yang Akan Ditransmisikan f c Daya rata-rata yang diperlukan 1,2-2,0 Daya maksimum yang diperlukan 0,8-1,2 Daya normal 1,0-1,5 Sumber: (Sularso;Elemen Mesin; Hal: 7) Untuk menghitung Torsi T (kg.mm) dapat dihitung dari daya perencana (kw) sebagai berikut : T Pd
T Pd 102 601000 2n 5 T = 9,74. 10 Pd n 1 ( Sularso, Elemen Mesin, hal: 7 ) Dimana : T = Momen Puntir rencana ( kg.mm) Pd = Daya rencana (watt ) n 1 = Putaran motor ( rpm) Tegangan geser yang diizinkan : / Sf xsf ( Sularso, Elemen Mesin, hal: 8 ) a B 1 2 Dimana : a = Tegangan geser izin ( kg/mm² ) B = Kekuatan tarik ( kg /mm² ) Sf 1 = Faktor keamanan untuk baja karbon, yaitu 6,0 Sf 2 = Faktor keamanan untuk baja karbon dengan alur pasak dengan harga 1,3 3,0 Dari persamaan diatas diperoleh rumus untuk menghitung diameter poros : d 5 5,1 K tcbt a 1/ 3 Dimana : d 5 Diameter poros ( mm ) K t Faktor koreksi untuk momen puntir : = 1,0 (jika beban halus) = 1,0-1,5 (Jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan)
= 1,5-3,0 (Jika beban dikenakan dengan kejutan) C Faktor lenturan b = 1,2-2,3 (jika tidak ada beban lentur maka Cb = 1) T = Momen puntir 2.5.3.Perencanaan Sabuk Dan Puli Sabuk digunakan untuk mentransmisikan daya motor kebagian poros. Pemilihan sabuk dan puli dilakukan agar tidak terjadinya kehilangan gaya-gaya yang ditransmisikan. Untuk mengetahui diameter puli digunakan rumus: N N 1 2 d D p p ( Sularso,Elemen Mesin, hal:166 ) Dimana : N Putaran poros penggerak (rpm ) 1 N 2 Putaran poros yang digerakkan rpm d p Diameter puli penggerak (mm) D p Diameter poros yang digerakkan (mm) Untuk menghitung panjang keliling sabuk digunakan : L C 2 1 2 d D ( D d ) 2 p p p p 4C Jarak sumbu poros adalah : b C = b 2 8( D p d p ) 8 2 Dimana :
b = 2L -3,14 D p d p ( Sularso,Elemen Mesin, hal:170 ) ket : L = panjang keliling sabuk (mm) C = jarak sumbu poros (mm) 2.5.4. Perencanaan Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak balik dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja secara semestinya. Jadi bantalan dalam permesinan dapat disamakan peranannya dengan pondasi pada gedung. A. Klasifikasi Bantalan Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros a. Bantalan Luncur. Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantara pelapisan pelumas. b. Bantalan Gelinding. 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 Radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros. 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. Bantalan yang digunakan untuk mesin tepung beras ini adalah bantalan gelinding. Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari segi gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Terdapat pada gambar 2.8. Gambar 2.8. Jenis jenis bantalan gelinding
3. Gambar sket dari bantalan Gambar 2.9. Sket bantalan Bantalan berfungsi sebagai dudukan poros dan untuk mendukung poros akibat gaya tegangan sabuk dan beban yang diberikan terhadap poros. Beban radial bantalan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : F x. V. F y. (Joseph E.Shigley, Perencanaan Teknik Mesin, hal: 58 ) e r F a Ket : F Beban radial ekivalen ( N ) e F Beban radial yang bekerja ( N ) r F Beban aksial yang bekerja ( N ) a V = Faktor rotasi X = Faktor radial Y = Faktor aksial Maka beban nominal dinamis spesifik ( C ) dapat dihitung dengan rumus: L C =W 6 10 1/ k ( R.S. Khurmi, Machine Design, hal: 909)
Dimana : C = Beban nominal dinamis spesifik L = Umur bantalan W = Ekivalen beban dinamik K = 3, untuk bantalan peluru 10/3, untuk bantalan rol 2.5.5. Baut Baut disini berfungsi sebagai pengikat untuk dudukan pada motor penggerak tetapi selain itu berfungsi juga untuk pengikat poros terhadap puli. Jika momen rencana dari poros adalah T (Kg.mm) dan diameter poros adalah ds (mm), maka gaya tangensial F (Kg) Pada permukaan poros adalah : T F ( d s / 2) Tegangan geser yang ditimbulkan adalah : F k / 4 d 2 Dimana : k = Tegangan geser yang terjadi (kg/mm 2 ) d = Diameter luar baut (mm) Tegangan geser izin didapat dengan : ka b S S fk1 fk 2 Dimana : Sfk 1 = Faktor keamanan (umumnya diambil 6)
Sfk 2 = Faktor keamanan = 1,0-1,5 (jika beban dikenakan perlahan-lahan) = 1,5-3,0 (jika beban dikenakan tumbukan ringan) = 2,0-5,0 (jika beban dikenakan secara tiba-tiba dengan tumbukan berat) Dari tegangan geser izin, panjang pasak yang diperlukan dapat diperoleh dengan : ka F / 4 d 2 Gaya keliling F (kg) yang sama seperti diatas dikenakan pada luas permukaan samping pasak. Maka tekanan permukaannya adalah : F P d t 1 Dimana : P = Tekanan permukaan (kg/mm 2 ) t = kedalaman baut pada poros (mm) dari harga tekanan permukaan yang di izinkan, panjang pasak yang diperlukan dapat dihitung dengan : P a F d t 1 Dimana : P a = Tekanan permukaan izin (kg/mm 2 ) Harga Pa dapat dilihat pada tabel 2.6.
Tabel 2.6. Tekanan permukaan yang diizinkan pada ulir Tekanan permukaan yang diizinkan Bahan Pa (kg/mm 2 ) Ulir luar Ulir dalam Untuk pengikat Untuk penggerak Baja liat Baja liat atau perunggu 3 1 Baja keras Baja liat atau perunggu 4 1,3 Baja keras Besi cor 1,5 0,5 Sumber: (Sularso;elemen mesin;hal: 298)