PENDEKATAN DESAIN Kriteria Desain dan Gambaran Umum Proses Pencacahan Mengingat lahan tebu yang cukup luas kegiatan pencacahan serasah tebu hanya bisa dilakukan dengan sistem mekanisasi. Mesin pencacah serasah tebu ini dirancang khusus untuk mencacah serasah tebu yang terhampar dilahan yang ditarik oleh traktor roda empat. Untuk itu unit pencacah yang merupakan bagian dari mesin pencacah serasah tebu secara keseluruhan perlu dirancang dengan dasar perancangan sebagai berikut. 1. Kecepatan maju (linier) serasah adalah 0.3 m/s yang bergerak dari unit pengambil menuju unit penjepit dan akhirnya masuk pada unit pencacah. Angka tersebut diambil sama dengan kecepatan maju traktor yang terendah. 2. Panjang silinder pemotong adalah 60 cm. Angka tersebut setengah dari lebar jarak tanaman yaitu 120 cm dengan harapan serasah yang berada di antara guludan dapat terangkat semua oleh unit pengangkat dan diteruskan menuju unit pencacah. 3. Mekanisme pemotongan menggunkan tipe reel mengingat sifat serasah tebu yang liat dan bulky. 4. Jumlah pisau dipasang 8 buah dengan harapan dapat memotong serasah hingga panjang potongan 1 cm. 5. Diameter silinder pemotong adalah 429 mm dengan dasar lebar pisau pemotong adalah 96 mm dan jarak antara pisau adalah 72 mm yang dipasang pada silinder pemotong sebanyak 8 buah. Secara umum proses pencacahan dimulai dengan pengambilan serasah sambil mesin bergerak maju. Silinder pengambil serasah tebu dengan berputar searah jarum jam kemudian mengambil serasah dari lahan dengan menggunakan silinder batang pengait. Selanjutnya dengan arah maju traktor dan daya dorong silinder batang pengait serasah masuk pada bagian pengangkat (konveyor). Pada bagian konveyor, serasah bergerak menuju silinder penjepit untuk dipadatkan hingga ketebalan yang lebih tipis. Pegas tekan dipasang di antara silinder penjepit dan silinder pengarah dengan harapan agar tidak terjadi kemacetan pada arah maju serasah. Dengan memanfaatkan putaran dari silinder penjepit selanjutnya serasah 32
didorong menuju silinder pengumpan, dan akhirnya masuk pada silinder pencacah. Pada bagian pencacah inilah diharapkan serasah tebu dapat dipotong hingga panjang potongan 1 cm. Skema proses pengambilan dan pencacahan serasah disajikan pada Gambar 29. Pisau Pencacah Silinder Penjepit Konveyor Silinder pengambil (pengumpan) Arah Maju Traktor Gambar 29 Mekanisme gerakan serasah tebu. Desain Fungsional Fungsi utama dari pencacahan serasah tebu adalah untuk mencacah serasah tebu sesuai kondisi serasah dan panjang potongan yang diinginkan. Untuk memenuhi fungsi utama maka diperlukan fungsi penunjang yaitu mengumpankan serasah untuk dicacah dan memotong serasah yang diumpankan dengan panjang potongan yang dikehendaki. Pada fungsi pengumpanan diperlukan fungsi pengambilan serasah dan pengarah serasah sehingga serasah bisa masuk ke bagian silinder pencacah seperti yang disajikan pada Gambar 30. 33
Mencacah serasah tebu sesuai kondisi serasah dan panjang potongan yang diinginkan Mengumpankan serasah untuk dicacah Memotong serasah yang diumpankan pada potongan yang dikehendaki Mengambil Serasah Mengarahkan serasah ke bagian pencacah Gambar 30 Skema desain fungsional unit pencacah. Untuk memenuhi fungsi fungsi tersebut maka dipilih komponen komponen yang sesuai seperti yang disajikan pada Tabel 2. Fungsi/sub fungsi Mengambilan serasah Mengarahkan serasah ke bagian pencacah Tabel 2 Komponen untuk memenuhi fungsi desain Alternatif komponen/ mekanisme 1. Sepasang silinder dengan arah berlawanan 2. Sistem konveyor 3. Sistem auger 1. Sepasang silinder dengan arah berlawanan 2. Mekanisme curah menggunakan hoper Komponen yang dipilih Sepasang silinder dengan arah berlawanan Sepasang silinder dengan arah berlawanan Memotong serasah yang diumpankan pada potongan yang dikendaki 1. Slinder pemotong tipe reel dengan bed knife 2. Pisau tipe cutter bar 3. Pisau tipe slasher Silinder pemotong tipe reel dengan bed knife Desain Struktural dan Analisis Teknik Desain struktural dalam penelitian ini hanya dibatasi pada unit pencacah dan unit penjepit. Kapasitas mesin yang dirancang dihitung berdasarkan jumlah serasah di lapangan hasil pengukuran. Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan secara teoritis kerapatan isi (bulk density) serasah tebu adalah 7.7 34
kg/m 3, ketebalan serasah di lapangan 40 cm, kecepatan maju traktor 0.3 m/s dan lebar alur yang dirancang adalah 60 cm sehingga jumlah serasah yang ada di lapangan yang dapat dicacah adalah 1.9 ton/jam (Lampiran 1). Analisis Desain Silinder Pisau Pencacah Pisau yang dipakai adalah pisau tipe reel yang ditempatkan pada dudukan pisau yang berbentuk silinder yang berfungsi sebagai pemotong serasah tebu. Tipe ini dipakai karena sifat serasah yang liat dan bulky dengan harapan hasil potongannya bisa merata. Pada konstruksi silinder pencacah, pisau bergerak (movable blade) dipasang sebanyak 8 buah dan pisau diam (stasioner blade) dipasang sebanyak 1 buah. Bahan pisau terbuat dari bahan baja yang dikeraskan (heat treatment). Posisi pisau bergerak (movable) ditempatkan pada silinder berdiameter 429 mm dengan berat silinder 80 kg. Untuk meneruskan sistem transmisi pada rangkaian unit pencacah perlu direncanakan diameter poros silinder sehingga sistem pengoperasian pencacahan dapat berjalan dengan baik. Berdasarkan hasil perhitungan yang disajikan pada Lampiran 2 diperoleh bahwa diameter poros minimal silinder pencacah adalah 40 mm dengan asumsi torsi pemotongan serasah adalah 20 kg.m. Untuk faktor keamanan maka diameter poros silinder yang dipakai adalah 45 mm. Hal ini disesuaikan dengan ukuran yang ada di pasaran. Adapun rancangan diameter poros dan silinder pencacah seperti yang disajikan pada Gambar 31. Pisau bergerak Bed knife Gambar 31 Silinder dudukan pisau pencacah. Posisi penempatan pisau pada silinder pemotong dibuat miring sekitar 3 0 sehingga diharapkan dapat memotong (shear) serasah menjadi ukurun kecil. Cara kerja dari pisau pencacah ini bergerak secara berputar ke arah pisau diam 35
(bedknife). Mengingat jenis pisau yang dipasang adalah pisau lurus maka ketinggian dudukan pisau antara ujung pisau dibuat tidak sama yaitu 15 mm dan 37 mm. Hal ini dilakukan agar pada saat pemotongan berlangsung titik pisau dari ujung ke ujung dapat bertemu dengan pisau diam dengan jarak 1 mm. Untuk kepentingan pengujian skala laboratoriun sumber putaran diambil dari motor diesel melalui poros pisau pencacah. Adapun bentuk pisau pencacah seperti terlihat pada Gambar 32. 27 o Gambar 32 Posisi pisau. Bentuk pisau dibuat panjang dengan sudut mata pisau adalah 27 o, panjang pisau 60 cm, lebar pisau 9.6 cm, ketebalan pisau 1.2 cm dan berat pisau 4.3 kg. Untuk mendapatkan panjang pemotongan 1 cm dengan kecepatan linier serasah tebu pada pengumpanan adalah 0.3 m/s, jumlah pisau yang dipasang sebanyak 8 buah maka kecepatan putar yang dihasilkan adalah 225 rpm (Lampiran 3). Kecapatan putar tersebut merupakan kecepatan tanpa slip. Untuk kepentingan pengujian maka diambil kecepatan putar yang lebih besar dari 225 rpm yaitu 400, 450, 500 dan 550 rpm. Berdasarkan hasil perhitungan secara teoritis panjang potongan untuk 400 rpm adalah 5.6 mm, 450 rpm adalah 5 mm, 500 rpm adalah 4.5 mm dan 550 rpm adalah 4.1 mm. Analisis Desain Silinder Penjepit Silinder penjepit berfungsi untuk menekan bulky dari serasah tebu hingga ketebalan serasah 10 cm yang sebelumnya ketinggian di lapangan adalah 40 cm dengan rasio 1:4. Hal ini dikarenakan hasil pengukuran di lapangan menunjukkan bahwa tumpukkan serasah tebu dapat ditekan hingga 4 kali. Bentuk gerigi yang 36
dipasang pada luar silinder penjepit diharapkan dapat mencengkram dan menarik serasah masuk pada silinder penjepit. Diameter silinder penjepit dibuat ukuran paling besar dibandingkan dengan silinder pengarah dengan tujuan agar memiliki torsi yang besar untuk menarik masuk serasah ke dalam silinder penjepit. Masing-masing pasangan silinder dipasang sejajar dengan jarak dinding silinder yang cukup untuk menjepit dan mengumpankan ke silinder pencacah. Aliran tersebut diperoleh dari putaran silinder yang saling berlawan ke arah dalam seperti terlihat pada Gambar 33. Silinder Penjepit Silinder pengarah Gambar 33 Rancangan tiga dimensi silinder penjepit dan pengarah. Pegas tekan dipasang diatas silinder penjepit dan silinder pengarah dengan tujuan untuk menghindari kemacetan ketika serasah masuk pada silinder penjepit dan pengarah. Pada unit penjepit jumlah silinder di desain sebanyak 4 buah. Silinder penjepit bagian atas berdiameter 270 mm, bagian bawah berdiameter 220 mm, silinder pengarah bagian atas berdiameter 180 mm dan bagian bawah berdiameter 80 mm. Ukuran dari diameter silinder tersebut dirancang untuk mendekati nilai kecepatan maju serasah yaitu 0.3 m/s. Adapun rancangan unit penjepit dapat disajikan pada Gambar 34. Perhitungan dan penentuan ukuran sproket didekati dengan nilai kecepatan putar silinder dan dimensi ukuran silinder unit penjepit. Berdasarkan hasil perhitungan untuk kecepatan putar 400 rpm diperoleh nilai sebagai berikut (Lampiran 4). Kebutuhan jumlah gigi sproket silinder penjepit bagian atas adalah 37
30 gigi, silinder penjepit bagian bawah adalah 25 gigi, silinder pengarah bagian atas adalah 20 gigi dan silinder pengarah bagian bawah adalah 9 gigi. Gambar 34 Rancangan dua dimensi silinder penjepit dan pengarah. Analisis Sistem Transmisi Untuk menggerakan silinder penjepit dan silinder pengarah sistem transmisi yang dipakai menggunakan rantai dan sprocket. Satu buah gear box dengan rasio 1 : 10 dipasang poros silinder pengarah dengan tujuan kecepatan putar pada unit penjepit mendekati kecepatan maju linier serasah yaitu 0.3 m/s. Penggunaan rantai dan sprocket dipilih untuk menghindari slip yang terjadi. Arah putaran dari unit penjepit dan unit pencacah seperti disajikan pada Gambar 35. Perhitungan penentuan ukuran sprocket disajikan pada Lampiran 4. 38
Sproket penjepit Sproket pengarah Sproket pencacah Mesin diesel Z 8 Bagian atas Z 2, Z 3 Z 7 Z 1 Bagian bawah Z 6 Z 4, Z 5 Gambar 35 Skema transmisi pada unit pencacah. Sumber daya untuk memutarkan silinder pisau pencacah berasal dari mesin diesel 8.5 hp dengan kecepatan putar maksimal 2200 rpm kemudian diturunkan secara berangsur hingga 1600 rpm. Sistem transmisi yang digunakan menggunakan belt dan puli dengan rasio 1 : 4 sehingga kecepatan putar yang terjadi pada poros pencacah adalah 550, 500, 450 dan 400 rpm sesuai dengan perlakuan pengujian. Secara keseluruhan mesin pencacah serasah tebu yang dirancang merupakan prototipe pertama seperti yang disajajikan pada Gambar 36. Gambar 36 Rancangan konstruksi mesin pencacah serasah tebu. 39
HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Fisik SerasahTebu Pengukuran karakteristik daun dan pucuk telah dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian seperti yang disajikan pada Gambar 37. Gambar 37 Pengukuran karakteristik serasah tebu. Dari hasil pengukuran terhadap daun dan pucuk tebu (Lampiran 6) diperoleh data data seperti pada Tabel 3. Tabel 3 Karakteristik fisik daun tebu Karakteristik Rata rata Kisaran Simpangan baku Panjang daun 161.51 cm 117 195 cm 14.45 Lebar posisi tepi daun 4.38 cm 3.0 6.0 cm 0.8 Lebar posisi tengah daun 4.08 cm 2.8 5.6 cm 0.67 Lebar posisi ujung daun 3.89 cm 2.9-5.3 cm 0.65 Tebal daun 0.25 cm 0.25 cm 0 Berat daun 8.90 gram 3.5 13 gram 1.78 Dari data tersebut diperoleh lebar rata rata daun adalah 4.12 cm Sedangkan data hasil pengukuran terhadap pucuk tebu (Lampiran 7) dengan metode pengukuran yang sama adalah seperti pada Tabel 4. 40
Tabel 4 Karakteristik fisik pucuk tebu Karakteristik Rata rata Kisaran Simpangan baku Panjang pucuk 162.54 cm 130 190 cm 11.6 Jumlah daun 4 unit 3.0-6.0 unit 0.8 Lebar pucuk 5.02 cm 4.0 6.0 cm 0.74 Diameter pucuk 21.34 mm 15.3 32.3 mm 3.64 Tebal pucuk 0.35 cm 0.2 0.5 cm 0.06 Berat pucuk 57.35 gram 29.0 98.1 gram 14.87 Data data tersebut sangat diperlukan khususnya dalam mendesain unit pencacah serasah tebu dan alat pengujian torsi karena tebal pucuk ada yang 0.2 cm ( 2 mm) maka jarak antara pisau pemotong pucuk tidak boleh lebih dari 2 mm. Kerapatan Isi (Bulk Density) Serasah Tebu Pengukuran kerapatan isi (bulk density) serasah tebu dilakukan langsung di lahan tebu seperti yang disajikan pada Gambar 38. Gambar 38 Pengukuran serasah tebu di lahan. Berdasarkan hasil pengukuran yang disajikan pada Lampiran 8 rata-rata tinggi tumpukan serasah tebu di lahan adalah 0.36 meter, dan memiliki kerapatan isi rata-rata 7.7 kg/m 3. Ketinggian tumpukan ini sebagai dasar dalam mendisain unit pengambilan serasah tebu. Sementara, kerapatan isi akan sangat mempengaruhi mekanisme pengangkatan, pengaliran serasah menuju bagian 41
penjepit dan akhirnya sampai pada bagian pencacah. Data tersebut juga bermanfaat untuk menentukan bentuk dan ukuran unit pengumpan dan unit pencacah serasah tebu. Kadar Air Serasah Tebu Hasil pengukuran dan perhitungan mengenai kadar air serasah tebu pada basis kering menunjukan bahwa rata rata kadar air batang adalah 84.1%, rata rata kadar air pucuk adalah 15.7%, dan rata rata kadar air daun adalah 16.9% (Lampiran 9). Elastisitas Serasah Tebu Serasah tebu yang tersebar di lahan bersifat bulky dan berrongga sehingga memungkinkan untuk dipadatkan. Berdasarkan hasil pengukuran (Lampiran 10) serasah tebu dapat dipadatkan hingga 4 kali. Hal ini sebagai dasar pertimbangan untuk desain silinder penjepit dan pengujian pemadatan. Profil Guludan Lahan Tebu Pengukuran profil guludan dilakukan langsung di lapangan seperti yang disajikan Gambar 39. Gambar 39 Pengukuran profil guludan di perkebunan tebu. 42
Data profil guludan sangat diperlukan untuk mendisain dimensi dan ketinggian rangka dari mesin pencacah serasah tebu, untuk menghidari benturan antara mesin pencacah dengan tinggi guludan. Sedangkan data lebar jarak tanaman diperlukan untuk lebar pengambilan serasah dan posisi pijakan roda agar bisa bergerak sesuai dengan alur. Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh data bahwa lebar guludan 120 cm, jarak antar tanaman 120 cm, tinggi guludan 20 cm (Gambar 40). 120 cm 20 cm 120 cm Gambar 40 Profil guludan di perkebunan tebu PG Subang Jawa Barat. Lebar mesin pencacah yang dirancang adalah 240 cm dua kali jarak tanaman. Hal ini karena mempertimbangkan pemasangan alat lain pada mesin pencacah seperti lebar gear box, lebar sprocket dan lebar bantalan. Selain itu posisi roda harus masuk pada alur guludan. Adapun lebar unit pengambil dirancang 60 cm setengah dari jarak tanaman dengan harapan agar serasah yang ada di lahan bisa terambil dengan baik. Mengingat unit pengambil terintegrasi dengan unit pencacah maka nilai lebar unit pengambil tersebut merupakan dasar dalam menentukan panjang silinder penjepit ataupun silinder pencacah. Pembuatan Unit Pencacah Serasah Tebu Secara keseluruhan proses pembuatan prototipe mesin pencacah serasah tebu didasarkan pada gambar kerja hasil rancangan (Lampiran 23). Adapun proses pembuatan dimulai dari pembuatan rangka, silinder pemcacah, silinder penjepit, dan konveyor (Gambar 41). Akan tetapi pada penelitian ini hanya dibahas pada unit pencacah saja. 43
Rangka Silinder pencacah Silinder penjepit Konveyor Gambar 41 Proses pembuatan prototipe mesin pencacah. Dengan mengikuti kaidah kaidah dalam mendisain suatu mesin, khususnya mesin mesin pertanian pada akhirnya desain unit pencacah yang merupakan bagian dari mesin pencacah dan pengambil serasah tebu dapat di pabrikasi. Secara struktural mesin pencacah serasah tebu dapat dilihat pada Gambar 42. Gambar 42 Prototipe mesin pencacah serasah tebu. 44
Uji Kinerja Mesin Pencacah Serasah Tebu Uji kinerja secara stasioner (off farm) terhadap mesin pencacah serasah tebu telah dilakukan dengan bahan umpan adalah serasah tebu. Tujuan utama dalam uji kinerja ini adalah untuk mengetahui kemampuan mengambil serasah dari atas tanah, mengalirkan sekaligus menekan, mengumpan sambil menjepit dan mencacahnya. Selain itu juga untuk mengetahui kapasitas aktual pada mesin tersebut dan hasil cacahannya. Berdasarkan hasil pengukuran (Lampiran 11) kapasitas aktual mesin serasah tebu adalah 398 kg/jam. Waktu yang diukur pada saat pengujian dimulai dari serasah masuk unit pengambil kemudian diteruskan pada bagian penjepit dan akhirnya pada bagian pencacah. Tetapi panjang potongan dari serasah tebu masih jauh dari harapan lebih dari 4 cm dan hasil potongannya tidak seragam. Hal ini dikarenakan sudut pemotongan dari pisau pemotong tidak seragam, jarak antara pisau yang bergerak dengan pisau diam kurang rapat sekitar 1 2 mm. Untuk mendapatkan hasil yang diharapkan telah dilakukan perbaikan khususnya pada unit pencacah terutama sudut pemotongan yang telah diseragamkan sebesar 3 o, lalu memperbaiki kerapatan antara pisau bergerak dengan pisau diam dengan jarak 0.5 mm. Hasil pemotongan serasah setelah posisi pisau diperbaiki yaitu berkisar antara 1.7 3.2 cm mendekati perhitungan secara teoritis. Hasil Pengukuran Kalibrasi Strain Torsi Berdasarkan hasil pengukuran kalibrasi strain - torsi diperoleh persamaan untuk poros pisau pencacah (Lampiran 12): ε = 45.66 T 0.313.(6) sedangkan persamaan untuk poros silinder penjepit (Lampiran 13): ε = 77.81 T + 0.376 (7) Hasil Pengukuran Kalibrasi Strain Tegangan Berdasarkan hasil pengukuran kalibrasi strain tegangan (Lampiran 14) diperoleh persamaan untuk poros pisau pencacah : V = 0.004 ε 0.098 (8) Sedangkan persamaan untuk poros silinder penjepit : 45
V = 0.004 ε + 0.413.(9) Persamaan Torsi Terukur Torsi terukur diperoleh dengan cara mensubtitusi persamaan (8) ke persamaan (6) (Lampiran 15). Adapun persamaan yang diperoleh untuk poros pisau pencacah adalah sebagai berikut : T = 5.474 V + 0.543 (10) Sedangkan torsi pada poros silinder penjepit dengan cara mensubsitusi persamaan (9) ke persamaan (7) (Lampiran 16) sehingga diperoleh : T = 3.2 V - 1.317..(11) Persamaan (10) dan persamaan (11) digunakan sebagai persamaan untuk mengkonversi data tegangan hasil pengukuran menjadi torsi pemotongan pada percobaan pencacahan serasah tebu. Hasil Pengujian Torsi Pemotongan Pengujian torsi pemotongan dilakukan secara berkelanjutan mulai sebelum pemotongan, selama pemotongan, dan setelah pemotongan dengan periode perekaman untuk setiap data adalah 2 ms (milli second) pada variasi kecepatan putar dan bulk density yang berbeda beda dengan sudut potong 3 o. Jumlah data yang terekam berupa tegangan kemudian disimpan menggunakan seperangkat komputer yang selanjutnya dapat diperagakan untuk keperluan analisis data Sebagai salah satu contoh hasil pengukuran dapat dilihat pada Gambar 43. Gambar 43 Contoh data yang terekam pada saat pengukuran. 46
Sedangkan waktu yang diperlukan ketika dilakukan pengujian torsi sebelum pemotongan, pada saat pemotngan dan setelah pemotongan dapat disajikan pada Gambar 44. Gambar 44 Contoh data pengukuran torsi pemotongan dalam selang waktu. Grafik tersebut menunjukan bahwa pada saat alat uji dioperasikan dengan kecepatan putar 450 rpm dan bulk density 16 kg/m 3 untuk selang waktu 0 3 detik belum terjadi peningkatan tegangan. Kemudian pada selang waktu 3 5.5 detik terjadi peningkatan tegangan. Tegangan maksimal yang terjadi pada detik ke-4 dengan nilai tegangan 0.69 Volt (Lampiran 17). Setelah detik ke-5.5 tegangan kembali normal, yang berarti serasah tebu telah melewati tahapan proses pencacahan. Rata rata tegangan sebelum pembebanan adalah 0.032 Volt dan setelah pembebanan 0.445 Volt. Rata rata pemotongan adalah 0.413 Volt yang diperoleh dari selisih antara tegangan sebelum dan setelah pembebanan. Standar deviasi sebelum pembebanan adalah 0.181 Mengacu pada persamaan (10) diperoleh nilai torsi untuk variasi kecepatan putar 450 rpm dan bulk density 16 kg/m 3 adalah 2.8 kg.m atau 27.5 N.m sehingga daya yang dibutuhkan berdasarkan persamaan (3) diperoleh 1.73 hp (Lampiran 18). Sedangkan torsi untuk silinder penjepit bernilai 0, hal ini karena pada saat terjadi pembebanan fluktuasi nilai tegangan pada silinder penjepit sangat kecil berkisar antara 0.01 0.009 Volt (Lampiran 17). 47
Analisis Data Hasil Analisis Torsi Pemotongan Terhadap Tingkat Kepadatan Serasah tebu yang telah melewati silinder penjepit selanjutnya masuk pada silinder pencacah. Torsi pemotongan yang terjadi pada silider pencacah diperoleh dari selisih antara rata rata tegangan sebelum pembebanan dan rata rata tegangan setelah diberi beban. Adapun grafik hubungan antara torsi pemotongan, kecepatan putar dan tingkat kepadatan seperti disajikan pada Gambar 45. Gambar 45 Grafik hubungan torsi pemotongan dengan tingkat kepadatan. Gambar 45 menunjukkan bahwa pada saat serasah masuk pada silinder pencacah terjadi peningkatan torsi yang cukup signifkan dengan naiknya tingkat kepadatan untuk semua perlakuan. Nilai torsi terbesar terjadi pada kecepatan putar 400 rpm yaitu sebesar 4.03 kg.m dengan bulk density 32 kg/m 3. Sedangkan untuk kecepatan putar 550 rpm adalah sebesar 3.37 kg.m dengan bulk density 32 kg/m 3. Pada nilai bulk density yang sama besarnya torsi pemotongan sangat dipengaruhi oleh kecepatan putar yang terjadi. Semakin tinggi nilai kecepatan putar maka torsi yang terjadi akan mengecil begitupun sebaliknya, hal ini membuktikan bahwa persamaan (3) sesuai dengan hasil pengujian. Pada kecepatan putar yang lebih rendah beban yang diterima oleh pisau pemotong untuk memotong serasah cukup besar. Hal ini karena serasah mengalami kompaksi yang dilakukan oleh tekanan pisau pemotong cukup besar dengan meningkatnya bulk density dan akibatnya serasah tersebut semakin padat dan keras sehingga nilai torsi pemotongan yang 48
dihasilkanpun besar yaitu 4.03 kg/m 3. Nilai torsipun sangat dipengaruhi oleh kondisi serasah yang ada di lapangan. Semakin lama serasah tersimpan di lahan maka kondisinya akan semakin lapuk, hal ini akan memperkecil nilai torsi yang dihasilkan karena beban untuk memotong serasah akan lebih ringan. Hasil Analisis Daya Pemotongan Terhadap Tingkat Kepadatan Kebutuhan daya yang dibutuhkan sangat penting khususnya dalam memilih mesin penggerak mula dalam pengoperasian mesin pencacah serasah tebu. Nilai torsi yang diperoleh kemudian dimasukkkan pada persamaan (3) dengan nilai kecepatan putar dari 400 hingga 550 rpm. Adapun grafik hubungan antara daya pemotongan, kecepatan putar dan tingkat pemadataan dapat dilihat pada Gambar 46. Gambar 46 Kebutuhan daya untuk mesin pencacah serasah tebu. Gambar 46 menunjukkan bahwa daya pemotongan mengalami trend menaik seiring dengan meningkatnya tingkat kepadatan dari serasah tebu. Daya pemotongan tertinggi terjadi pada kecepatan putar 550 rpm yaitu 2.55 HP dengan perlakuan bulk density 32 kg/m 3. Begitu juga sebaliknya daya yang terjadi akan menurun seiring dengan menurunnya kecepatan putar. Hubungan Kecepatan Putar, Kapasitas dan Daya Pemotongan Adapun hubungan antara kecepatan putar, kapasitas dan daya pemotongan dapat dilihat pada Gambar 47. 49
Gambar 47 Grafik hubungan antara kapasitas dengan daya pemotongan. Dengan mengacu pada kecepatan umpan serasah 0.3 m/s maka daya pemotongan mengalami trend menaik dengan meningkatnya kapasitas alat pencacah. Pada kecepatan putar 550 rpm kapasitas mesin yang dihasilkan adalah 2.07 ton/jam (Lampiran 19). Dengan demikian energi pemotongan terkecil per kg serasahnya adalah 0.792 Watt jam/kg (Lampiran 20) Hasil Pemotongan Serasah Tebu Jika dilihat secara keseluruhan terhadap hasil pemotongan serasah tebu. Maka terlihat bahwa pemotongan terhadap serasah tebu dengan menggunakan mesin pencacah serasah tebu tipe reel mendapatkan hasil potongan yang cukup rapih dan seragam. Adapun beberapa daun yang tidak tercacah dikarenakan daun tersebut berbentuk pipih dan biasanya melilit pada silinder pencacah. Hasil cacahan serasah tebu pada unit pencacah dapat dilihat pada Gambar 48. Gambar 48 Hasil pemotongan serasah tebu. 50
Untuk mengetahui panjang pemotongan pada setiap perlakuan maka hasil cacahan diambil secara random setiap kali pengujian seperti terlihat pada Gambar 49. Adapun hasil pengukuran setiap perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 20. Gambar 49 Contoh serasah tebu hasil pemotongan. Kualitas pemotongan tergantung pada kondisi serasah, perlakuan pengujian dan kerapatan posisi pisau terhadap bed knife pada saat memotong. Semakin tinggi kecepatan putar silinder pencacah semakin rapi dan pendek hasil potongannya, begitupun sebaliknya. Secara hitungan teori panjang potongan yang diharapkan adalah 0.41 0.56 cm (Lampiran 3). Pada kenyataanya rata rata potongan berdasarkan hasil pengukuran adalah 1.7 3.2 cm. Seperti yang disajikan pada Gambar 50. Gambar 50 Panjang rata - rata pemotongan serasah tebu. 51
Beberapa faktor yang mempengaruhi panjang pemotongan melebihi panjang hitungan teoritis di antaranya adalah sebagai berikut : 1. Pada saat pemotongan kondisi serasah berada pada posisi miring, sehingga ukuran serasah akan lebih panjang dibandingkan dengan posisi lurus seperti yang disajikan pada Gambar 51. Serasah terpotong posisi miring Serasah terpotong posisi lurus Gambar 51 Panjang potongan pada posisi miring dan lurus. 2. Pada Gambar 52 terlihat bahwa potongan sudah mendekati hitungan toritis yaitu sekitar 0.5 cm tetapi belum putus. Hal ini dikarenakan ukuran serasah yang tipis sehingga terbawa atau tertarik oleh pisau pertama, dan kemungkinan baru terpotong oleh pisau berikutnya. Gambar 52 Serasah yang tidak terpotong langsung. Jarak antara pisau pemotong dengan bed knife adalah 0.5 mm, bila tebal serasah terutama daun lebih tipis dari nilai tersebut maka serasah tidak akan terpotong melainkan terbawa dan terbelit pada silinder pencacah seperti yang disajikan pada Gambar 53. 52
Serasah yang terpotong Serasah yang tidak terpotong Gambar 53 Serasah yang terpotong dan tidak terpotong. Untuk serasah yang mempunyai ketebalan di atas 0.5 mm, dapat dipotong dengan baik dengan potongan yang pendek - pendek seperti yang disajikan pada Gambar 54. Gambar 54 Potongan serasah dengan ketebalan di atas 0.5 mm. 3. Pisau yang digunakan adalah pisau lurus bukan helix mengingat pisau helix sulit untuk dibuat dan biayanya cukup mahal. Dengan menggunakan pisau pada reel, tidak seluruh panjang pisau bersentuhan dengan bed knife (Gambar 55) dibagian tengah terdapat renggang yang memungkinkan serasah tidak terpotong. Pisau pemotong Bed knife Gambar 55 Kondisi pemotongan dengan menggunakan pisau lurus. 53
4. Adanya perbedaan kecepatan maju serasah yang terjadi pada pengumpanan dan silinder penjepit. Hal ini dikarenakan jumlah gigi sprocket yang digunakan adalah 30 gigi yang seharusnya 25 gigi. Agar mendapatkan hasil potongan yang optimal pisau yang digunakan sebaiknya menggunakan pisau helix agar seluruh permukaan tajam pisau dapat bersentuhan dengan bedknife sehingga pemotongannnya sempurna. Untuk mendekati nilai kecepatan maju serasah 0.3 m/s disarankan bawah jumlah gigi sproket yang digunakan adalah 25 gigi dan silinder pengarah bawah jumlah gigi sproket yang digunakan adalah 9 gigi. 54