MODIFIKASI DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) SKRIPSI Oleh : IRWAN DARMAWAN F14103124 2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
MODIFIKASI DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : Irwan Darmawan F14103124 2008 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR MODIFIKASI DESAIN DAN UJI UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW HOUSING) SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh : IRWAN DARMAWAN F14103124 Dilahirkan pada tanggal 23 Oktober 1984 di Tasikmalaya Tanggal Lulus : 17 Januari 2008 Menyetujui, Dosen Pembimbing Akademik Ir. Sri Endah Agustina, MS NIP. 131 284 833 Mengetahui, Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S Ketua Departemen Teknik Pertanian
Irwan Darmawan. F14103124. Modifikasi Desain Dan Uji Unjuk Kerja Mesin Pengempa Briket Mekanis Tipe Kempa Ulir (Screw Pressing). Dibawah bimbingan Ir. Sri Endah Agustina, MS RINGKASAN Pada saat ini harga bahan bakar minyak dunia meningkat pesat yang berdampak pada meningkatnya harga jual bahan bakar minyak termasuk minyak tanah (kerosene) di Indonesia. Minyak tanah di Indonesia yang selama ini disubsidi oleh pemerintah menjadi beban berat bagi pemerintah Indonesia karena nilai subsidinya meningkat pesat menjadi lebih dari 90 Triliun rupiah per tahun dengan penggunaan lebih kurang 10 juta kilo liter per tahun. Untuk mengurangi beban subsidi tersebut maka pemerintah berusaha mengurangi subsidi yang ada dialihkan menjadi subsidi langsung kepada masyarakat miskin. Namun untuk mengantisipasi kenaikan harga BBM dalam hal ini adalah Minyak Tanah diperlukan bahan bakar alternatif yang murah dan mudah didapat. Biomassa merupakan sumber energi alternatif yang perlu mendapat prioritas dalam pengembangannya di Indonesia dibandingkan dengan sumber energi lain. Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk maupun buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian dan limbah hutan, tinja, dan kotoran ternak (Abdullah, et al. 1991). Indonesia sebagai negara agraris banyak menghasilkan limbah pertanian yang selama ini kurang termanfaatkan. Oleh karena itu, limbah pertanian yang merupakan biomassa tersebut merupakan sumber energi alternatif yang melimpah. Limbah biomassa dapat langsung digunakan sebagai bahan bakar, dikonversi terlebih dahulu menjadi arang, atau dikempa terlebih dahulu menjadi briket. Tujuan pengempaan adalah memperoleh kualitas pembakaran yang lebih baik dan kemudahan dalam penggunaan serta penanganannya. Pada proses pembuatan briket biomassa diperlukan suatu alat pengempa yang dapat memberikan tekanan sehingga membentuk biomassa menjadi bahan bakar padat (briket). Beberapa alat pengempa briket telah dikembangkan di Indonesia dengan tujuan untuk meningkatkankan produktifitas pembuatan briket. Salah satunya yaitu mesin pengempa briket semi mekanis tipe kempa ulir (screw pressing). Alat ini dirancang oleh Syafrian pada tahun 2005 dengan memanfaatkan tenaga manusia sebagai sumber energi untuk mengempa dan mendorong briket. Pada awalnya mesin ini menggunakan bahan briket dari serbuk gergaji, namun karena terlalu besarnya tenaga pengempaan, maka bahan briket yang digunakan diganti dengan menggunakan arang sekam. Beberapa kekurangan mesin ini diantaranya besarnya kebutuhan tenaga pengempaan, produktifitas kecil, dan kurang ergonomisnya mesin. Pada tahun 2006, mesin pengempa semi mekanis tipe kempa ulir tersebut disempurnakan oleh Mawarti. Namun masih terdapat kekurangan diantaranya adalah mekanisme pengumpanan bahan briket dari hopper ke dalam screw housing; dan mekanisme pemotongan briket. Bahan briket yang digunakan adalah arang sekam dengan kadar perekat 5%.
Penelitian dilaksanakan pada bulan Oktober 2007 sampai bulan Nopember 2007 bertempat di Bengkel Metatron, Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan modifikasi terhadap mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir. Menguji unjuk kerja mesin hasil modifikasi dengan menggunakan serbuk gergaji, arang sekam, dan campuran serbuk gegaji dan arang sekam sebagai bahan briket. Menguji mutu briket yang dihasilkan. Melakukan analisis ekonomi terhadap mesin pengempa briket dan briket yang dihasilkan. Penelitian pendahuluan bertujuan untuk mengetahui secara langsung kinerja mesin pengempa briket mekanis tipe kempa ulir (screw pressing) yang telah dibuat. Pengujian pada penelitian pendahuluan dilakukan dengan menggunakan bahan arang sekam dan perekat sebesar 5%. Berdasarkan data yang dihasilkan pada penelitian pendahuluan tersebut, dilakukan analisis untuk menentukan modifikasi mesin yang perlu dilakukan. Analisis yang dilakukan mencakup analisis fungsional, analisis human engineering (aspek ergonomika), dan analisis kekuatan dan stabilitas mesin. Bagian-bagian mesin yang dimodifikasi adalah poros utama, rangka mesin, ulir (screw), dan sistem transmisi, serta sumber tenaga motor listrik. Komponen mesin hasil modifikasi memiliki spesifikasi : poros utama mesin yang memiliki panjang 300 mm dan diameter 25 mm. Rangka mesin terbuat dari besi siku ukuran 40mm x 40mm x 3mm dan memiliki dimensi PxLxT sebesar 500mm x 160mm x 300mm. Ulir (screw) yang memiliki panjang 350 mm, jarak bagi antar sudu sebesar 50 mm, dimeter luar ulir sebesar 55 mm, diameter dalam ulir sebesar 21 mm, dan tebal ulir sebesar 2.2 mm serta kapasitas pengempaan sebesar 6202.71 cm 3 / detik. Sumber tenaga motor listrik yang digunakan memiliki daya 750 Watt dan tegangan 220 Volt. Hopper memiliki dimensi sisi bagian atas berukuran 500x500 mm 2, sisi bagian bawah 150mm x 150cm, tinggi hopper 500 mm, sudut kemiringan 47 0 dan penahan didepan bukaan pintu berdimensi 130mm x 60mm x 120mm, volume hopper sebesar 62349.8 cm 3 dan menampung bahan kempa sebesar 28.806 kg. Hasil pengujian menunjukan bahwa diperoleh kapasitas produksi sebesar 25.09kg/ jam untuk bahan campuran serbuk gergaji (30%) dan arang sekam (70%), dan 34.20 kg/jam untuk bahan arang sekam, dengan tingkat kerberhasilan mesin 97.95 % dan prosentase briket hancur sebesar 2.05 %, kebutuhan daya pengempaan sebesar 12.5806 Watt jam/ kg briket, tekanan pengempaan sebesar 3.87 kpa. Sedangkan untuk bahan dari serbuk gergaji tidak dihasilkan briket. Mesin pengempa ini memiliki kinerja yang lebih baik daripada sebelum dimodifikasi, dilihat dari segi kapasitas pengempaan dan tingkat keberhasilan mesin yang lebih tinggi dari mesin pengempa sebelumnya. Uji mutu briket arang sekam yang dihasilkan meliputi kerapatan 0.462 gram/cm 3, laju pembakaran 0.042 gram/detik, dan uji dari penampakan briket ini termasuk dalam kategori baik. Biaya operasional yang dibutuhkan untuk menghasilkan briket arang sekam adalah sebesar Rp. 13 986.7 /jam atau setara dengan Rp. 450/ kg briket. Berdasarkan hasil analisis ekonomi, mesin pengempa setelah dimodifikasi memiliki biaya operasional pembuatan briket yang lebih murah dibandingkan dengan biaya operasional briket yang dihasilkan sebelum mesin pegempa dimodifikasi yaitu sebesar Rp. 628.49,- / kg briket.
RIWAYAT HIDUP PENULIS Penulis dilahirkan di Tasikmalaya pada tanggal 23 Oktober 1984 yang merupakan anak pertama dari bapak yang bernama Hindarto dan ibu bernama Dedeh Carliah. Penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasar di SD Negeri 2 Banjar, Kota Banjar pada tahun 1997. Penulis lalu melanjutkan pendidikan menengah di SLTP Negeri 1 Banjar dan tamat pada tahun 2000. Setelah itu, penulis melanjutkan pendidikan tingkat atas di SMU Negeri 1 Banjar dan tamat pada tahun 2003. Pada tahun 2003 itu juga, penulis melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB) diterima di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor dan memilih bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian. Selama menjadi mahasiswa di Institut Pertanian Bogor, penulis aktif berorganisasi di Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) Lingkung Seni Sunda Gentra Kaheman pada tahun kepengurusan 2004-2006 dan Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) pada tahun kepengurusan 2005-2006. Penulis melakukan praktek lapangan di PT Perkebunan Nusantara VIII pada tahun 2007 dengan judul Mempelajari Proses Pengolahan Karet Serta Efisiensi Penggunaan Energi Di PTPN VIII, Perkebunan Batulawang, Jawa Barat. Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian, penulis menyelesaikan Skripsi yang berjudul Modifikasi Desain Dan Uji Unjuk Kerja Mesin Pengempa Briket Mekanis Tipe Kempa Ulir (Screw Pressing).
KATA PENGANTAR Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Penelitian yang berjudul Modifikasi Desain Dan Uji Unjuk Kerja Mesin Pengempa Briket Mekanis Tipe Kempa Ulir (Screw Pressing) yang merupakan salah satu prasyarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian. Selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini telah banyak pihak yang membantu penulis sehingga dengan segala kerendahan hati penulis ucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Ir. Sri Endah Agustina, MS, sebagai Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan arahan dan bimbingan selama penulisan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, MS dan Bapak Ir. Agus Sutejo, M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan berharga kepada penulis demi perbaikan skripsi ini. 3. Bapak dan Ibu serta Adik saya atas dukungan dan do anya. 4. Seorang tersayang yang setia mendukung dan membantu saat pertama masuk IPB hingga dalam penyususnan skripsi ini. 5. Pa Parma selaku teknisi perbengkelan yang telah membantu membuat mesin pengempa briket ini dari awal hingga selesai. 6. Teman-teman di Zozomba : Ale boys, Sto (Iwa), Raning, Yandra, Ozan, Feri, Dodo, Gawa. 7. Keluarga besar TEP 40 dan seluruh teman-teman beserta orang-orang yang telah ikut andil dalam penyusunan laporan ini. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam penyusunan Laporan Penelitian ini. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan pihak yang memerlukan. Bogor, Januari 2008 i
DAFTAR ISI Irwan Darmawan KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... ii DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR LAMPIRAN... viii I. PENDAHULUAN... 1 A. LATAR BELAKANG... 1 B. TUJUAN PENELITIAN... 4 II. TINJAUAN PUSTAKA... 5 A. POTENSI LIMBAH BIOMASSA SEBAGAI SUMBER ENERGI 5 B. DENSIFIKASI... 6 C. BRIKET BIOMASSA... 7 a. Pengarangan (Karbonisasi)... 11 b. Sortasi... 11 c. Pencampuran Bahan Briket Dengan Perekat... 11 d. Pengempaan... 11 e. Pengeringan... 12 f. Pengujian Mutu Briket... 12 D. ALAT/MESIN PENGEMPA BRIKET... 13 1. Alat Kempa Tuas (Manual)... 13 2. Alat Kempa Tipe Ulir... 14 3. Alat Kempa Hidrolik... 16 E. MESIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) RANCANGAN ADI SYAFRIAN (2005)... 18 F. MODIFIKASI MESIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING) OLEH ENDAH MAWARTI (2006)... 19 ii
III. METODE PENELITIAN... 20 A. PENELITIAN PENDAHULUAN... 20 1. Waktu dan Tempat... 20 2. Alat dan Bahan... 20 B. MODIFIKASI MESIN PENGEMPA BRIKET SEMI MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING)... 21 C. PENGUJIAN UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET HASIL MODIFIKASI... 22 1. Parameter Pengujian... 22 2. Metode Pengambilan Data/Pengukuran... 22 3. Alat dan Bahan... 24 4. Waktu dan Tempat... 25 5. Analisis Data... 25 IV. HASIL PENELITIAN PENDAHULUAN... 29 1. Analisis Fungsional... 29 2. Analisis Human Engineering (Aspek Ergonomika)... 30 3. Analisis Kekuatan dan Stabilitas Mesin... 30 V. RANCANGAN MESIN PENGEMPA BRIKET... 35 A. RANCANGAN FUNGSIONAL... 35 B. RANCANGAN STRUKTURAL... 37 C. MODIFIKASI KONSTRUKSI DAN DIMENSI... 44 VI. UNJUK KERJA MESIN PENGEMPA BRIKET... 50 A. KINERJA KOMPONEN MESIN PENGEMPA BRIKET MEKANIS TIPE KEMPA ULIR (SCREW PRESSING)... 51 1. Hopper... 51 2. Poros Utama Mesin (mainshaft)... 52 3. Screw Housing... 53 4. Ulir (Screw)... 53 5. Die... 54 6. Poros Transmisi Daya... 55 7. Pillow Block... 55 8. Pulli dan Sabuk... 56 iii
9. Motor Listrik... 57 10. Rangka Mesin Utama dan Rangka Motor Listrik... 57 B. KEBUTUHAN TENAGA PENGEMPAAN... 58 C. PENGUJIAN PENGOPERASIAN MESIN... 59 1. Kapasitas Mesin... 59 2. Tingkat Keberhasilan Mesin... 60 3. Prosentase Briket Hancur... 61 4. Teakanan Pengempaan... 63 5. Kebutuhan Daya Pengempaan... 64 D. MUTU PRODUK (BRIKET) YANG DIHASILKAN... 66 E. ANALISIS EKONOMI... 70 1. Analisis Biaya Operasional Mesin Pengempa Briket... 71 a. Biaya Tetap (fixed cost)... 71 b. Biaya Tidak Tetap (variable cost)... 72 VII. KESIMPULAN DAN SARAN... 75 A. KESIMPULAN... 75 B. SARAN... 76 DAFTAR PUSTAKA... 77 LAMPIRAN-LAMPIRAN... 79 iv