BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pesatnya perkembangan teknologi pada era modern bertujuan untuk mempermudah pekerjaan manusia. Di bidang pertanian berbagai pemikiran yang lebih efisien dikembangkan untuk mempercepat proses pekerjaan, dengan menggunakan bantuan tenaga mesin. Sasaran ideal pembangunan sektor pertanian kita saat ini adalah terwujudnya sistem pertanian yang berkelanjutan (sustainable agriculture). Beras merupakan makanan pokok bagi rakyat Indonesia. Proses pengolahan beras dimulai dari penyabitan pada pasca panen, perontokan padi, lalu pengeringan dan penggilingan padi. Mula-mula setelah padi dipanen, bulir padi atau gabah dipisahkan dari jerami. Pemisahan dilakukan dengan memukulkan seikat padi sehingga gabah terlepas atau dengan bantuan mesin pemisah gabah. Gabah yang terlepas lalu dikumpulkan dan dikeringkan. Dalam hal ini proses pengeringan gabah merupakan salah satu faktor penentu kualitas beras. Hal ini dikarenakan gabah pada awalnya dalam keadaan basah dan harus dikeringkan terlebih dahulu agar kadar air gabah sesuai dengan standar yang disesuaikan. Proses pengolahan beras memakan waktu yang cukup lama, salah satu kendala yang sering dihadapi adalah proses pengeringan padi. Begitu juga kendala dalam pasca panen padi yang sering dialami oleh para petani yaitu anjloknya harga gabah bila panen jatuh pada musim penghujan. Hal tersebut terjadi akibat gabah yang dipanen tidak dapat langsung dijemur karena keterbatasan lantai jemur dan mendungnya sinar matahari atau terkena hujan. Selain itu, pada waktu panen yang bersamaan, gabah yang telah dipanen volumenya sangat banyak dan menjadi bertumpuk sehingga pengeringan memakan waktu yang cukup lama. Gabah dalam keadaan basah hanya mampu disimpan maksimal 36 s.d 48 jam dan harus cepat dikeringkan agar tidak terjadi kerusakan. Akibat pengeringan padi yang tidak optimal maka kualitas beras akan turun dan sekaligus akan menurunkan harga beras itu sendiri. Kadar air padi 1
panen dari sawah umumnya masih cukup tinggi, sekitar 20% s.d 26%. Pada tingkat kadar air tersebut, padi tidak aman disimpan karena biji padi dapat tumbuh kembali menjadi benih. Agar padi aman disimpan, padi perlu dikeringkan hingga mencapai kadar air seimbang yaitu 14% (Keputusan Bersama Kepala Badan Bimas Ketahanan Pangan No. 04/SKB/BBKP/II/2002). Oleh karena itu dibutuhkan suatu proses pengeringan dengan sumber panas buatan yang dapat diatur untuk mencapai panas yang konstan. Lama pengeringan dengan sinar matahari yang normal rata-rata berkisar 8 jam tergantung pada intensitas panas matahari dan setiap dua jam harus dibalikkan atau diaduk. Padi hasil panen dapat pula dikeringkan dengan mengunakan "Mesin Pengering Padi" atau dryer. Mesin Pengering dirancang untuk membandingkan efisiensi waktu pengering antara Mesin Pengering Pengaduk sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan lebih cepat dan lebih praktis dan hasil pengeringan lebih baik. Bertolak dari hal di atas, maka penulis tertarik untuk merencanakan dan membuat proyek tugas akhir dengan judul "Rancang Bangun Mesin Pengering Padi Kapasitas 50 kg/jam". Mesin ini juga dirancang untuk membantu petani mengeringkan gabah dengan lebih efisien dan efektif dibandingkan dengan cara lama. Dengan adanya mesin tersebut, penulis mengharapkan semoga mesin tersebut dapat memberikan banyak manfaat bagi petani. B. Identifikasi masalah Berdasarkan latarbelakang masalah diatas dapat diidentifikasi beberapa masalah, diantaranya: 1. Berapa sumber tenaga penggerak mesin pengering padi. 2. Berapa dimensi mesin pengering padi yang nyaman bagi penggunanya. 3. Bagaimana tingkat keamanan mesin pengering padi bagi penggunanya C.Batasan Masalah Dengan memperhatikan berbagai masalah yang ada dan luasnya masalah yang dihadapi pada mesin pengering kopi maka penulis memfokuskan pada masalah spesifikasi mesin pengering padi yang nyaman bagi penggunanya dengan 2
kapasitas 50kg/jam, perawatan dan perbaikan mesin,dan analisa biaya pembuatan mesin pengering padi D. Rumusan Masalah Berdasarkan batasan masalah tersebut maka dapat ditarik rumusan masalah yaitu: 1. Bagaimana spesifikasi dari mesin pengering padi yang nyaman bagi penggunanya? 2. Bagaimana perawatan dan perbaikan mesin pengering padi? 3. Berapa biaya pembuatan mesin pengering padi? E. Tujuan Penulisan Berdasarkan rumusan masalah diatas maka tujuan dari perancangan mesin pengering padi adalah: 1. Untuk mengetahui spesifikasi dari mesin pengering padi yang nyaman bagi penggunanya. 2. Untuk mengetahui bagaimana perawatan dan perbaikan mesin pengering padi 3. Untuk mengetahui Berapa biaya pembuatan mesin pengering padi F. Manfaat Penulisan Adapun laporan tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat bagi : 1. Masyarakat yang membutuhkan mesin ini dalam menunjang kegiatan usaha dibidang pertanian khususnya pertanian padi; 2. Para pembaca, khususnya yang ingin mengetahui dan mengembangkan hasil kerja mesin pengering padi; 3. Penulis sendiri, untuk menambah pengetahuan dan mengembangkan ilmu yang didapat baik secara teori maupun secara praktik; 4. Waktu yang dibutuhkan untuk pengeringan lebih efisien;
3
BAB II LANDASAN TEORI A. Tanaman Padi
4
Padi merupakan tanaman pangan dan termasuk dalam keluarga (famili) rumput berumpun (gramineaceae). Tanaman pertanian kuno berasal dari dua benua yaitu Asia dan Afrika Barat tropis dan subtropis. Padi memiliki nama ilmiah Oryza sativa. Tanaman padi memiliki ciri-ciri diantaranya berakar serabut, daun sempit memanjang, urat daun sejajar, memiliki pelepah daun, serta buah dan biji sulit dibedakan karena merupakan bulir (grain) atau kariopsis. Padi tersebar luas di seluruh dunia dan tumbuh di hampir semua bagian dunia yang memiliki cukup air dan suhu udara cukup hangat. Padi menyukai tanah yang lembab dan becek. Sejumlah ahli menduga, padi merupakan hasil evolusi dari tanaman moyang yang hidup di rawa. Pendapat ini berdasar pada adanya tipe padi yang hidup di rawa-rawa (dapat ditemukan di sejumlah tempat di Pulau Kalimantan), kebutuhan padi yang tinggi akan air pada sebagian tahap kehidupannya dan adanya pembuluh khusus di bagian akar padi yang berfungsi mengalirkan oksigen ke bagian akar. Oryza sativa terdiri atas dua varietas yaitu varietas indica dan japonica. Varietas japonica umumnya berumur panjang, postur tinggi namun mudah rebah, paleanya memiliki bulu, bijinya cenderung panjang, sedangkan varietas indica berumur lebih pendek, postur lebih kecil, paleanya tidak memiliki bulu atau berukuran pendek, dan bentuk biji cenderung oval. Walaupun kedua varietas dapat saling membuahi, persentase keberhasilannya tidak tinggi. Contoh terkenal dari hasil persilangan ini adalah kultivar IR8, yang merupakan hasil seleksi dari persilangan varietas japonica. Selain kedua varietas ini, dikenal pula sekelompok padi yang tergolong varietas minor javanica yang memiliki sifat antara dari kedua varietas utama di atas. Varietas javanica hanya ditemukan di Pulau Jawa. Budidaya padi yang telah berlangsung lama telah menghasilkan berbagai macam jenis padi akibat seleksi dan pemuliaan yang dilakukan orang yang bertujuan untuk meningkatkan kualitas. Setelah padi dipanen, bulir padi atau gabah dipisahkan dari jerami padi. Pemisahan dilakukan dengan memukulkan seikat padi sehingga gabah terlepas atau dengan bantuan mesin pemisah gabah. Gabah yang terlepas lalu dikumpulkan dan dijemur. Pada zaman dulu, gabah tidak dipisahkan lebih dulu dari jerami,
5
akan tetapi gabah dijemur bersama dengan merangnya. Penjemuran biasanya memakan waktu tiga sampai tujuh hari, tergantung kecerahan penyinaran matahari. Penggunaan mesin pengering jarang dilakukan. Istilah "Gabah Kering Giling" (GKG) mengacu pada gabah yang telah dikeringkan dan siap untuk digiling. Gabah merupakan bentuk penjualan produk padi untuk keperluan ekspor atau perdagangan partai besar. Gabah yang telah kering disimpan atau langsung ditumbuk/digiling, sehingga beras terpisah dari sekam (kulit gabah).
Sumber : www.google.com/gambar-padi.
Gambar 1. Tanaman Padi B. Gabah Suatu proses gabah menjadi beras memiliki beberapa tahapan, dimulai dari pemanenan, perontokan, pengeringan dan penggilingan. Tiap-tiap tahapan ini sangatlah berbeda penanganannya satu sama lain, pada saat pemanenan biasanya petani menggunakan arit (sabit) dimana mereka bekerja sama dalam memanen sawah mereka ataupun mengupahkannya kepada orang. Pada saat perontokan, petani pada saat ini sudah mampu menggunakan mesin sebagai alat bantu, dimana
6
sebelumnya petani merontokkan gabah dengan cara memukul gabah ke kayu yang disusun sedemikian rupa, dengan menggunakan mesin tentunya perontokan akan semakin mudah dan cepat, untuk melakukan pengeringan gabah petani biasanya langsung menjemur gabah dipanas matahari, dimana waktu pengeringan dengan cara seperti itu akan memakan waktu yang relatif lama biasanya dua hari, pada tahap penggilingan mereka akan membawa gabah yang sudah dikeringkan ke kilang padi. Sumber : www.google.com/gambar-gabah
Gambar 2. Gabah Jumlah kandungan air pada gabah disebut kadar air dan dinyatakan dengan persen (%). Karena tingginya kandungan air gabah maka perlu dilakukan pengeringan, dimana pada umumnya kadar air gabah mencapai 20% s.d 26% ini
bergantung cuaca pada saat pemanenan. Pengeringan gabah adalah suatu perlakuan yang bertujuan menurunkan kadar air sehingga gabah dapat disimpan lama, daya kecambah dapat dipertahankan, mutu gabah dapat dijaga agar tetap baik (tidak kuning, tidak berkecambah dan tidak berjamur), memudahkan proses penggilingan dan untuk meningkatkan rendemen serta menghasilkan beras gilingan yang baik. Pengeringan merupakan salah satu kegiatan pascapanen yang penting, dengan tujuan agar kadar air gabah aman dari kemungkinan berkembangbiaknya serangga dan mikroorganisme, seperti jamur dan bakteri. Pengeringan harus sesegera mungkin dimulai sejak saat dipanen. Apabila pengeringan tidak dapat dilangsungkan, maka usahakan agar gabah yang masih basah tidak ditumpuk 7
tetapi ditebarkan untuk menghindarkan dari kemungkinan terjadinya proses fermentasi. Pengeringan akan semakin cepat apabila ada pemanasan, perluasan permukaan gabah padi dan aliran udara. Adapun tujuan pengeringan disamping untuk menekan biaya transportasi juga untuk menurunkan kadar air dari 23% s.d 26% menjadi 14% (Keputusan Bersama Kepala Badan Bimas Ketahanan Pangan No. 04/SKB/BBKP/II/2002), agar dapat disimpan lebih lama serta menghasikan beras yang berkualitas baik dan kadar air untuk pengilingan adalah 12%. Proses pengeringan gabah sebaiknya dilakukan secara merata, perlahan-lahan dengan suhu yang tidak terlalu tinggi yaitu 30oC s.d 40oC. Pengeringan yang kurang merata, akan menyebabkan timbulnya retak-retak pada gabah dan sebaliknya gabah yang terlalu kering akan mudah pecah saat digiling, sedangkan dalam kondisi yang masih terlalu basah disamping sulit untuk digiling juga kurang baik ditinjau dari segi penyimpanannya karena akan mudah terserang hama gudang, cendawan, dan jamur. C. Mutu Beras Beras yang dijual di pasar bermacam-macam jenisnya dan berbeda-beda pula mutunya. Berikut dikemukakan secara umum kriteria dan pengertian mutu beras yang meliputi mutu pasar, mutu rasa, mutu tanak. Tinggi rendahnya mutu beras bergantung pada beberapa faktor, yaitu spesies dan varietas, kondisi lingkungan, waktu dan cara pemanenan, metode pengeringan, dan cara penyimpanan. Di Indonesia, tingkat mutu didasarkan antara lain pada kesepakatan oleh sebagian besar pedagang beras. Tingkatan mutu yang berlaku di masyarakat sangat beragam. Berikut ini beberapa ciri yang sering menjadi dasar pengelompokan beras yaitu : 1. Asal daerah, seperti beras Cianjur, beras Solok, beras Delanggu dan beras Bayuwangi. 2. Varietas padi, misalnya beras Rojolele, beras Bulu dan beras IR. 3. Cara prosesing, dikenal beras tumbuk dan beras giling. 4. Gabungan antara varietas dengan hasil penyosohan pada derajat yang berbeda, yang berlaku untuk suatu daerah. Misalnya di Jawa Tengah
8
dikenal beras TP, SP dan BP; di Jawa Barat dikenal beras TA, BGA, dan TC. Berikut dikemukakan secara umum kriteria dan pengertian mutu beras meliputi : 1. Mutu Pasar Mutu beras di pasaran umumnya berkaitan langsung dengan harganya. Setidaknya, harga merupakan patokan yang dapat dipergunakan sebagai pedoman bagi penjual dan pembeli. Dalam kaitan ini, Badan Urusan Logistik (Bulog) telah menetapkan ciri-ciri untuk menetapkan mutu beras yang akan dibeli oleh ba dan tersebut. Ketentuan mutu tersebut hanya terbatas dalam hubungannya dengan Bulog dan tidak berlaku secara luas dalam perdagangan bebas. Tabel 1. Persyaratan Beras untuk Pengadaan di Dalam Negeri No.
Komponen
Ketentuan 14 %
1.
Kadar air
2.
Derajat sosoh minimum
90 %
3.
Butir patah maksimum
35 %
4.
Butir menir maksimum
2%
5.
Butir mengapur maksimum Butir kuning /Rusak maksimum Butir merah maksimum Butir asing maksimum Butir gabah (Butir/100 gr)
6. 7. 8. 9.
3% 3% 3% 0,05 % 2
Sumber : Bulog, 1983
Persyaratan mutu beras yang ditentukan oleh Bulog dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu persyaratan kualitatif dan persyaratan kuantitatif. Persyaratan kualitatif ditentukan secara subjektif yang meliputi bau, suhu, hama penyakit, dan bahan kimia. Persyaratan tersebut tidak dapat
9
ditentukan dalam satu satuan, tetapi dinyatakan dengan membandingkan terhadap contoh. Bau beras yang tidak disenangi adalah bau apek dan bau alkoholik. Bau apek terutama disebabkan oleh hasil perusakan minyak, bau asam dan alkoholik disebabkan oleh hasil fermentasi gula. Pengujian bau dilakukan dengan membandingkan terhadap contoh yang ditetapkan atau pembanding lainnya. Disyaratkan bahwa pada semua tingkatan mutu, sampel tidak boleh mengandung tanda-tanda keberadaan hama atau penyakit hidup, telur, kepompong, atau jamur baik dalam bentuk spora maupun miselia. Pengamatan dapat dilakukan secara langsung atau dengan kaca pembesar. Pada ketentuan mengenai mutu beras juga dipersyaratkan bahwa beras tidak boleh mengandung sisa-sisa obat antiserangga atau obat antijamur serta bahan kimia lainnya. Keberadaan bahan kimia ini dapat ditentukan dengan pembauan. Persyaratan kuantitatif beras yang ditetapkan oleh Bulog, sebagian besar menyangkut akibat perlakuan-perlakuan lepas panen (http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/29676/4/Chapter%20II.pdf) 2. Komposisi Gizi Beras merupakan salah satu kebutuhan pokok bagi masyarakat Indonesia. Beras sebagai bahan makanan mengandung nilai gizi cukup tinggi yaitu kandungan karbohidrat sebesar 360 kalori, protein sebesar 6,8 gr, dan kandungan mineral seperti kalsium dan zat besi masing-masing 6 dan 0,8 mg. Komposisi kimia beras berbeda-beda bergantung pada varietas dan cara pengolahannya. Selain sebagai sumber energi dan protein, beras juga mengandung berbagai unsur mineral dan vitamin (Lihat Tabel 1). Sebagian besar karbohidrat beras adalah pati (85% s.d 90 %) dan sebagian kecil adalah pentosa, selulosa, hemiselulosa, dan gula. Dengan demikian, sifat fisikokimia beras ditentukan oleh sifat sifat fisikokimia patinya. Tabel 2. Komposisi Gizi Beras Giling dan Nasi dari Beras
Giling
(dalam 100 gr bahan)
10
No
Komposisi Gizi
Beras
Nasi 178
1.
Energi (Kal)
Giling 360
2.
protein (gr)
6,8
2,1
3.
lemak (gr)
0,7
0,1
4.
Karbohidrat (gr)
78,9
40,6
5.
Kalsium (mg)
6
5
140
22
0,8
0,5
0
0
6. 7.
fosfor (mg) besi (mg)
8.
Vitamin A (SI)
9.
Vitamin B1 (mg)
0,12
0,02
10
Vitamin C (mg)
0
0
. 11.
air (gr)
13
57
Sumber : Direktorat Gizi, Depkes RI, 1992
3. Kadar Air Kadar air dalam beras yang ditimbun merupakan sifat yang paling dominan mempengaruhi daya tahan beras untuk ditimbun tanpa menjadi rusak, busuk dan diserang oleh hama gudang. Beras dengan kadar air kurang dari 14% akan lebih aman disimpan, sedangkan beras dengan kadar air lebih dari 14% akan menyebabkan metabolisme mikroba dan perkembangbiakan serangga berjalan cepat. Penyimpanan pada suhu rendah akan lebih aman dibandingkan pada suhu tinggi. Beras giling akan mengalami perubahan rasa 11
dan aroma jika disimpan pada suhu 15oC selama 3 s.d 4 bulan. Beras yang dibungkus dengan kantung plastik dan disimpan pada suhu 8,5oC s.d 13oC masih mempunyai aroma dan rasa yang baik setelah disimpan lebih dari 7 bulan. D. Alat Pengering Berbagai aspek pemikiran mengenai pengering padi telah banyak dilakukan untuk memperoleh hasil yang optimal. Adupun jenis-jenis pengering padi di pasaran adalah sebagai berikut : 1. Bed Drier Gabah kering sawah dihampar di atas tray (empat persegi panjang) bagian bawah tray diberikan hembusan udara panas , biasa menggunakan bahan bakar minyak dengan sistem direct drying, diperlukan tenaga manual untuk selalu membalik hamparan gabah diatas tray agar didapat hasil pengeringan yang merata.
Sumber : www.google.com/alat-pengering-padi-tipe-bed-drier
Gambar 3. Bed Drier 2. Tower Drier Menara pengering dikenal sebagai LSU Drier (hasil pengembangan Lousiana State University), gabah basah dengan bucket elevator dinaikkan dan dituang dibagian atas menara, gabah yang jatuh melalui kisis miring merupakan tirai gabah dan dari bawah diberi hembusan udara panas, proses diulang-ulang sampai kadar air yang diinginkan tercapai, energi pengeringan umumnya menggunakan bahan bakar minyak, mesin pengering ini hanya terjangkau pengusaha menengah keatas atau umumnya merupakan bantuan dari Pemerintah.
12
Kedua jenis mesin pengering gabah tersebut kurang diminati masyarakat petani karena berbagai alasan ekonomis antara lain : a. Harga mesin relatif mahal menurut ukuran petani (lebih dari Rp 100 juta model Tower); b. Biaya pengeringan mahal karena menggunakan bahan bakar minyak tanah; Saat ini hampir semua mesin pengering gabah baik investai oleh petani maupun bantuan pemerintah tidak dioperasikan karena mahalnya minyak tanah, atau sebagian dioperasikan dengan membeli secara sembunyi sembunyi minyak tanah bersubsidi dan apabila dibiarkan akan menjadi monumen atau besi tua. Unit mesin pengering model tower ini mengkonsumsi 15 sampai dengan 17 liter minyak tanah per jam.
Sumber : www.google.com/pengering-padi-tipe-tower-drier
Gambar 4. Tower Drier 3. Pengeringan Matahari Proses pengeringan gabah tradisional dengan matahari (sun drying) adalah proses pengeringan yang paling banyak dilakukan , baik oleh petani gabah (untuk dijual sebagai gabah kering atau untuk disimpan sebagai tabungan dalam lumbung gabah), biaya pengeringan bervariasi dan sangat tergantung pada kondisi cuaca. a. Biaya langsung pengeringan/jemur matahari Rp. 50/kg gabah (kemarau); b. Biaya langsung pengeringan/jemur matahari Rp.150,-/kg gabah (hujan); c. Biaya investasi lantai jemuran 150 m2 (kap 1 ton/hari) Rp 15 juta (belum termasuk harga tanah).
13
Untuk menekan biaya investasi kadang kala gabah (tentu dalam jumlah kecil) dijemur diatas hamparan anyaman bambu (sesek) atau terpal.
Sumber :
www.google.com/pengeringan-gabah
Gambar 5. Penjemuran Pada Lantai dan Tikar E. Teori Pengeringan Proses pengeringan adalah proses menurunkan kadar air suatu bahan sampai pada batas kandungan air yang ditentukan. Dalam wet basis, jumlah (massa) air yang diuapkan dihitung berdasarkan selisih massa mula-mula (mw1) dan massa air akhir (mw2). ∆mw = mw1 - mw 2 .... (petrachristianuniversitylibrary.com.2007) Dimana : ∆mw = massa air yang diuapkan pada proses pengeringan (kg) mw1
= massa air mula-mula (kg)
mw 2
= massa air akhir (kg)
dimana untuk mw1
= Kc.m
Kc
= kadar air mula-mula wet basis (%)
m
= massa total bahan sebelum dikeringkan (kg)
Kadar air akhir (K) dicari dengan menggunakan persaamaan : K
=
mw 2 mw2 +md
......
(petrachristianuniversitylibrary.com.2007) K
= kadar air setelah proses pengeringan dalam wet basis (%)
md
= massa kering bahan (kg) 14
Sehingga : mw2
=
K . md 1−K
Sehingga didapatkan : ∆mw = Kc.m –
K . md 1−K
∆mw =
Ko . m ( 1−K ) – K .( m−mw ) 1−K
∆mw =
Ko . m ( 1−K ) – K .( m−Ko. m) 1− K
∆mw =
m(Ko −K ) 1−K
Berat bahan kering mutlak adalah berat bahan setelah mengalami pengeringan dalam waktu tertentu sehingga beratnya konstan. Pada proses pengeringan, air yang terkandung dalam bahan tidak dapat seluruhnya diuapkan, meskipun demikian hasil yang diperoleh disebut juga sebagai berat bahan kering. Di dalam analisis bahan pangan, biasanya kadar air bahan dinyatakan dalam persen berat kering. Hal ini disebabkan perhitungan berdasarkan berat basah mempunyai kelemahan yaitu berat basah bahan selalu berubah-ubah setiap saat, sedangkan berat bahan kering selalu tetap. Metode pengukuran kadar air yang umum dilakukan di laboratorium adalah metode oven atau d engan cara destilasi. Pengukuran kadar air secara praktis di lapangan dapat dilakukan dengan menggunakan moisture meter yaitu alat pengukur kadar air secara elektronik.
F. Teori Dasar Perhitungan Perancangan yang baik harus didasari dengan perencanaan yang tepat tujuannya untuk memperkecil kesalahan yang terjadi. Dengan perencanaan teratur
15
maka proses kerja akan lebih mudah diaplikasikan dan pelaksanaan kerja sesuai dengan yang dibutuhkan sehingga kesalahan yang terjadi bisa diminimalisir. Beberapa perhitungan dasar yang menjadi landasan untuk menghasilkan hasil rancangan yang lebih spesifik antara lain : 1. Perencanaan Daya Motor Motor sangat penting peranannya karena berfungsi sebagai sumber daya untuk menggerakkan elemen-elemen mesin. Sumber tenaga yang dibutuhkan bisa ditransfer motor sesuai dengan kebutuhan. Dasar perhitungan motor adalah sebagai berikut : P = T. ω Dimana : P = Daya rencana (W) T = Torsi (N.m) ω = Kecepatan sudut (rad/s) Dari persamaan diatas maka : ω = 2 . f Dimana : f = frekuensi (rps) =
22 7
rad
n = 60. f v = ω. r v=
πdn 60
...................(Sularso, Elemen Mesin, 1997 :
166) Dimana : v = Kecepatan linier (m/s) r = Jari-jari lingakaran (m) ω = Kecepatan sudut (rad/s) n = Kecepatan rotasi (rpm) Maka daya rencana : Pc = fc. P ......................................... (Sularso, Elemen Mesin, 1997 : 7) 16
Dimana : Pc = Daya rencana (W) fc = Faktor koreksi ditentukan 1,2 P = Daya rencana (W) 2. Perencanaan Poros Poros merupakan elemen penting di mesin karena berfungsi untuk meneruskan daya yang ditransfer oleh motor. Poros harus sesuai dengan perhitungan yang dibutuhkan dan kondisi beban yang dialami poros harus diperhatikan dengan teliti. Rumus yang digunakan untuk perencanaan adalah sebaagai berikut : Perencanaan poros yang mengalami beban Puntir : Pd T = 9,74 x 105 ............................ (Sularso, Elemen Mesin, n1 1997 : 7) Dimana :
T = Momen puntir (kg.mm) Pd = Daya rencana (kW) n1 = Putaran poros (rpm)
Tegangan geser yang dialami poros adalah : T 5,1 T = = ............................. (Sularso, Elemen Mesin, 3 3 π ds ds 1997 : 7) Dimana :
= Tegangan geser ijin (kg/mm2)
T = Momen puntir (kg.mm) 22 = rad 7 ds = Diameter poros (mm) Untuk mencari tegangan geser ijin dengan σb a = ................................... (Sularso, Elemen Mesin, Sf 1 x Sf 2 1997l : 8) Dimana : a = Tegangan geser ijin (kg/mm2) σb = Tegangan tarik (kg/mm2) Sf1 = Faktorjenis bahan baja karbon 6 Sf2 = Faktor kekasaran permukaan 1,3
17
Poros dengan beban puntir dan lentur :
3
max = (5,1/ d s
K K ) (¿¿ m M )2+(¿¿ t T )2 ...........(Sularso, Elemen Mesin, ¿ √¿
1997 : 8) Sehingga diameter poros bisa ditentukan dengan :
d 3s
K K = (5,1/max) (¿¿ m M )2+(¿¿ t T )2 ...........(Sularso, Elemen Mesin, ¿ √¿
1997 : 8) Dimana : max = Tegangan geser ijin (kg/mm2) ds = Diameter poros (mm) Km = Faktor tumbukan, yaitu 2,5 Kt = Faktor koreksi, yaitu 2,5 M = Momen lentur (kg.mm) T = Momen Puntir (kg.mm) 3. Perencanaan Pasak Pasak adalah sejenis sambungan tidak tetap yang berfungsi untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sproket, puli, kopling, dan lain sebagainya pada poros. Pasak pada umumya dapat digolongkan atas beberapa macam seperti pasak pelana, pasak rata, pasak singgung dan pasak benam yang umumnya berpenampang segi empat. Pasak dapat dihitung dengan cara : 2T F= ........................................(Suryanto, Elemen Mesin, 1995 : d 138) Gaya akan menimbulkan tegangan geser pada penampang maka dapat dinyatakan dengan : F = g b L ................................... (Suryanto, Elemen Mesin, 1995 : 138) Dimana : g = Tegangan geser (kg/mm2) F = Gaya tangensial (N)
18
T = Torsi (Nm) b = Lebar pasak (mm) L = panjang pasak (mm) d = diameter poros (mm) Tekanan bidang permukaan pasak dengan naf : F Pa = ................................... (Suryanto, Elemen Mesin, 1995 : L h1 139) Dimana : F = Gaya bidang (N) L = Panjang pasak (mm) Pa = Tekanan bidang antara pasak dan naf (N/mm2) h1 = Tinggi pasak bagian atas (mm) Tekanan bidang permukaan pasak dengan poros : Pa = F/Lh2 .................................(Suryanto, Elemen Mesin, 1995 : 139) Dimana : F = Gaya bidang (N) L = Panjang pasak (mm) Pa = Tekanan bidang antara pasak dan poros (N/mm2) h2 = Tinggi pasak bagian bawah (mm) Tekanan bidang maksimum adalah : 2 1 Lb F= Pa maks ................... (Suryanto, Elemen Mesin, 3 h 1995 : 140) Dimana : F L Pa h b
= Gaya bidang (N) = Panjang pasak (mm) = Tekanan bidang antara pasak dan poros (N/mm2) = Tinggi pasak (mm) = Lebar pasak (mm)
4. Perencanaan Sabuk dan Puli Sabuk yang digunakan adalah V-belt yang berfungsi untuk meneruskan putaran dari poros motor ke poros yang digerakkan dengan bantuan puli. Rumus yang digunakan untuk mencari diameter puli adalah sebagai berikut : n1 = n2
Dp dp
Dimana :
19
n1 = Putaran motor penggerak (rpm) n2 = Putaran poros yang digerakkan (rpm) Dp= Diameter puli yang digerakkan (mm) dp = Diameter puli pengerak (mm) Menghitung keliling sabuk dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut : L=2C+
2
(dp + Dp) +
1 4C
(Dp - dp)2 ....(Sularso, Elemen mesin,
1997: 170) Dimana : L = Panjang keliling sabuk (mm) Dp = Diameter puli yang digerakan (mm) dp = Diameter puli penggerak (mm) C = Jarak sumbu poros (mm) Tegangan yang terjadi pada puli dinyatakan dengan : T1 F1 = e = e ....... (Sularso, Elemen mesin, T2 F2 1997: 171) Dimana : F1 = Tegangan sisi kencang (kg) F2 = Tegangan sisi kendor (kg) e = Logaritma natural = Koefisien gesek antara puli dan sabuk = Sudut kontak (rad) 5. Perencanaan Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang di pasang guna untuk menumpu poros yang bergerak rotasi atau bolak-balik, sehingga dapat berlangsung dengan halus, aman, dan memperpanjang komponen lainnya yang mendukung kerja mesin. Bantalan harus cukup kokoh untuk kemungkinan poros serta elemen-elemen mesin yang lainnya bekerja dengan baik, jika bantalan tidak befungsi dengan baik, maka performance dari seluruh komponen atau sistem akan menurun. Bantalan yang digunakan adalah bantalan gelinding bola yang berfungsi sebagai tumpuan poros untuk menahan gaya radial dan aksial, selain itu bantalan berfungsi untuk mengurangi gesekan pada poros oleh sebab itu diperlukan pelumas untuk melindungi bantalan dari gesekan. Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
20
a . Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros 1) Bantalan luncur Pada bantalan terjadi gesekan luncur antara poros dengan bantalan, hal ini terjadi karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan peratara lapisan pelumas. 2) Bantalan gelinding Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang diputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat. b.
Atas dasar arah beban terhadap poros 1) Bantalan radial Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros. 2) Bantalan aksial Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. 3) Bantalan gelinding khusus
Perhitungan bantalan dinyatakan sebagai berikut : Umur suatu bantalan yang menerima suatu beban lain F dapat dituliskan dengan rumus : C L = F
( )
a
........(Joseph E.Shigley dan Larry D. Mitchell. 1994 :
57) Dimana : L C F a
= Umur bantalan (jam) = Beban dasar (N) = Nilai beban radial yang sebenarnya (N) = Tiga (3) untuk bantalan peluru
Dengan menggunakan notasi bawah D untuk menyatakan harga perencanaan (design) atau harga yang dibutuhkan, dan R sebagai harga katalogus atau penilaian (rated), maka dapat dituliskan dengan rumus :
21
CR
= F
1 /a
[( )( )] LD LR
nD nR
Dimana : CR
= Nilai beban dasar (N)
untuk memberi nilai umur yang sesuai dengan setiap umur L yang diiginkan pada keandalan R, maka dapat digunakan rumus sebagai berikut :
CR
=F
[( )( )( )] LD LR
nD nR
1 6,84
1/ a
1/ R ln ¿1 /1,17 a ¿ ¿ 1 ¿
.............(Joseph E.Shigley dan Larry D. Mitchell. 1994 : 57) Dimana : LD
= Umur bantalan (jam)
LR
= Umur nilai dasar (jam)
nD
= Putaran yang direncanakan (rpm)
nR
= Putaran nilai dasar (rpm)
R
= Nilai kehandalan (90%)
Nilai LR nR
= 106
Nilai LD nD
= Sesuai dengan nilai perencanaan
22
