LAPORAN PERANCANGAN KONSTRUKSI MESIN RANCANG BANGUN “MESIN PENGUPAS SABUT KELAPA”
Oleh : Kelompok : 4 ( Empat)
Nama : 1. 2. 3. 4. 5.
Dani Ikhsan Saputra (1207136461) “20%” Hasra Rafika (1207111943) “20%” Hendra Abdul Aziz (1207136394) “20%” Muhammad Alhafiz Hrp (1207136682) “20%” Supriadi (1207136478) “20%”
PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI........................................................................................................................
DAFTAR TABEL................................................................................................................
DAFTAR GAMBAR........................................................................................................... BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang............................................................................................................
1.2 Tujuan.........................................................................................................................
1.3 Rumusan Masalah...................................................................................................... BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sejarah Kelapa............................................................................................................
2.1.1 Tanaman Kelapa.................................................................................................
2.1.2 Bagian-bagian Kelapa........................................................................................
2.2 RANGKAIAN MESIN PENGUPAS SERABUT KULIT KELAPA.........................................................................................................................
2.2.1 pasak..................................................................................................................
2.2.2 poros..................................................................................................................
2.2.3 Roda gigi............................................................................................................
2.2.4 Bantalan............................................................................................................. BAB III METODOLOGI PERANCANGAN
3.1 Konsep Produk...........................................................................................................
3.1.1 Pengembangan Konsep Produk Pertama...........................................................
3.1.2 Pengembangan Konsep Produk Kedua...............................................................
3.2 Evaluasi Konsep Produk.............................................................................................
3.3 Komponen Dan Fungsi Elemen Mesin.......................................................................
DAFTAR PUSTAKA..........................................................................................................
DAFTAR TABEL
Rancang Bangun Mesin Pengupas Serabut Kelapa
Tabel 1 Komposisi kimia daging buah kelapa segar pada 3 tingkatan umur.................................................................................................................................... Tabel 2 Komposisi asam amino essensial protein daging kelapa dibandingkan....................................................................................................................... Tabel 3 Matriks keputusan untuk memilih konsep produk..................................................
DAFTAR GAMB
Rancang Bangun Mesin Pengupas Serabut Kelapa
Gambar 2. 1 Pohon Kelapa................................................................................................. Gambar 2. 2 Kulit Luar....................................................................................................... Gambar 2. 3 Saabut Kelapa................................................................................................. Gambar 2. 4 Tempurung...................................................................................................... Gambar 2. 5 Daging Buah................................................................................................... Gambar 2. 6 Air Kelapa...................................................................................................... Gambar 2. 7 Batang............................................................................................................. Gambar 2. 8 Pembungkus Ketupat...................................................................................... Gambar 2. 9 Es Kelapa Muda............................................................................................. Y Gambar 3. 1 Sketsa Konsep Pertama.....................................................................................22 Gambar 3. 2 Sketsa konsep kedua..........................................................................................23 Gambar 3. 3 Bearing Dan Rumah Bearing.............................................................................26 Gambar 3. 4 Baut...................................................................................................................26 Gambar 3. 5 Roda Gigi..........................................................................................................27 Gambar 3. 6 Penekan.............................................................................................................27 Gambar 3. 7 Pisau Pemotong.................................................................................................28 Gambar 3. 8 Belting...............................................................................................................28 Gambar 3. 9 Poros Dudukan Pully.........................................................................................29
Rancang Bangun Mesin Pengupas Serabut Kelapa
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Sebagai negara kepulauan dan berada di daerah tropis dan kondisi agroklimat yang mendukung, Indonesia merupakan negara penghasil kelapa yang utama di dunia. Pada tahun 2000, luas areal tanaman kelapa di Indonesia mencapai 3,76 juta Ha, dengan total produksi diperkirakan sebanyak 14 milyar butir kelapa, yang sebagian besar (95 persen) merupakan perkebunan rakyat. Kelapa mempunyai nilai dan peran yang penting baik ditinjau dari aspek ekonomi maupun sosial budaya, sabut kelapa merupakan hasil samping, dan merupakan bagian yang terbesar dari buah kelapa, yaitu sekitar 35 persen dari bobot buah kelapa. Dengan demikian, apabila secara rata-rata produksi buah kelapa per tahun adalah sebesar 5,6 juta ton, maka berarti terdapat sekitar 1,7 juta ton sabut kelapa yang dihasilkan. Indonesia merupakan salah satu negara penghasil kelapa terbesar di dunia, kelapa tersebut dapat diolah menjadi berbagai macam produk. Dari proses pengolahan buah kelapa akan menghasilkan limbah berupa serat kelapa yang dapat digunakan sebagai bahan baku industri. Proses pengolahan dari kelapa utuh hingga menghasilkan serat kelapa yaitu dengan pengupasan sabut, penguraian dan pengayakan. Alat yang digunakan dalam proses penguraian dan pengayakan sudah banyak menggunakan mesin, akan tetapi pada proses pengupasan kebanyakan masih dilakukan secara manual sehingga selain menguras tenaga juga berbahaya bagi pekerja. Perancangan mesin pengupas sabut kelapa dilakukan dengan pendekatan ergonomi partisipatori yang terdiri dari para stakeholder. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui desain mesin pengupas sabut kelapa hasil rancangan dan tingkat kepuasan pemakainya. Desain mesin yang dihasilkan terdiri dari empat bagian yaitu pengupas, penggerak, pencekam, dan cover pengarah sabut. Untuk menghemat waktu dan pengupasan kulit kelapa ini, kami merencanakan rancang bangun sebuah mesin pengupas kulit kelapa untuk meningkatkan perekonomian yang nantinya untuk mempermudah pekerjaan terutama masyarakat petani kelapa. Banyaknya perkebunan kelapa di indonesia membuat hasil dari kelapa di indonesia meningkat, khususnya di daerah riau. Akan tetapi dalam proses pengupasan kulit kelapa
masih banyak yang menggunakan cara manual (tradisional). Oleh karena itu kami merancang bangun pengupas kulit kelapa dengan metode pisau bermata seperti duri , serta untuk Meningkatkan perekonomian. Alat pengupas kelapa sebenarnya sudah banyak di pasaran, akan tetapi masih menggunaka penekanan yang manual, sehingga masih dunilai kurang efisien, disini kami merancang bangun mesi pengupas kulit kelapa dengan penekanan otomatis, yang nantinya akan mempermudah dalam proses pengupasan. 1.2 Tujuan Adapun tujuan dari perancangan mesin pengupas kulit kelapa ini antara lain ebagai berikut :
Rancang bangun pengupas kulit kelapa dengan metode pisau bermata banyak
Meningkatkan perekonomian
1.3 Rumusan Masalah Banyaknya perkebunan kelapa di indonesia membuat hasil dari kelapa di indonesia meningkat, khususnya di daerah riau. Akan tetapi dalam proses pengupasan kulit kelapa masih banyak yang menggunakan cara manual (tradisional). Oleh karena itu kami merancang bangun pengupas kulit kelapa dengan metode pisa pisau bergerigi, serta untuk meningkatkan perekonomian masyarakat sekitar. Kelapa sering di gunakan untuk membuat santau atau minyak dari kelapa,yang mana kelapa sangat berguna dalam kehidupan masyarakat. Disini perancang mendesain mesin untuk mengupas kelapa secara berkesinambungan atau otomatis,shingga pengupasan kelapa tidak menunggu kelapa yang didalam mesin selesai.tetapi dapat langsung bekerja sehingga kelapa dapat terkelupas lebih banyak. Sehingga menghasilkan produksi kelapa yang sangat banyak,dan hasil santan akan semakin meningkat. Produksi santan yang meningkat membuat kebutuhan mesin pengupas kulit kelapa sangat di butuhkan oleh petani dalam pengupasan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Sejarah Kelapa Pohon tinggi berjenis palem ini telah di budidayakan sejak jaman dahulu kala, disebarkan secara luas
oleh ras manusia, dan bersamaan dengan itu telah secara alamiah tumbuh di tepi tepi pantai tropis sehingga asal muasal dari tanaman ini menjadi kabur dan hilang ditelan jaman. Beberapa orang sempat percaya (sekarang kepercayaan tersebut telah cemar), bahwa kelapa berasal dari Amerika. Colombus tidak menemukannya, dan beberapa penulis Spanyol dari Dunia Baru sama sekali tidak menyinggung mengenai tanaman ini. Meskipun demikian, beberapa abad setelah Colombus, pohon palem yang berharga ini tiba di Puerto Rico. Joseph de Acosta (1539-1600), seorang misionaris kristen asal Peru, Amerika Latin pada 1571 sampai 1587 menuliskan dalam bukunya yang terkenal Historia Naturaly Moral de las Indias yang di publikasikan pada 1590 setelah kepulangannya ke Spanyol menyatakan bahwa dia menyaksikan pohon kelapa tumbuh di Puerto Rico. Petualang Spanyol lainnya di Puerto Rico pada tahun 1599 menyebutkan bahwa Coconut Milk (santan) digunakan sebagai kosmetik untuk wanita wanita disana. Bagaimanapun, di beberapa daerah Antilles lain (kepulauan Karibia, termasuk Kuba, Jamaika, dan Hispanola), kelapa sama sekali tidak disinggung singgung sampai beberapa abad kemudian. Augustin Pyrame de Candolle, seorang botanis dari Swiss pada bukunya berjudul The Origin of Cultivated Plants (1882 – 1886) menyatakan: “Jelas terlihat bahwa spesies ini bukan berasal dari Afrika maupun dari bagian tropis Amerika sebelah timur. Dengan menyisihkan negara negara tersebut, maka kemungkinannya tinggal bagian tropis Amerika sebelah barat, kepulauan Pasifik, Asia Tenggara (Indian Archipelago) dan daerah Asia Selatan dimana pada daerah daerah tersebut, pohon kelapa terlihat berlimpah, tumbuh secara luas dan telah lama ada.
Penjelajah Inggris, William Dampier (1652 – 1715) dan George Vancouver (1757 – 1798) pada awal abad ke tujuhbelas pada bukunya masing masing menceritakan bahwa mereka menemukan hutan kelapa di sebuah pulau dekat Panama dan di sebuah pulau misterius yang dinamakan Isle of Cocos. Pada saat itu kedua pulau tersebut tidak berpenghuni. Belakangan pohon kelapa ditemukan juga di sepanjang pantai barat, mulai dari Mexico sampai Peru, akan tetapi biasanya para penulis tersebut tidak menyinggung apakah tanaman tersebut liar atau tidak, kecuali Seemann yang menyebutkan bahwa dia menyaksikan tanaman ini berkembang secara alamiah dan di budidayakan di Isthmus of Panama. Menurut Hernandez pada abad ke enambelas orang orang Meksiko menyebutnya Coyolli, sebuah kata yang kedengarannnya bukan kata asli Meksiko.
(Origin
of
Cultivated
Plants,
DeCandolle,
1886)
Di Asia Selatan, terutama di daerah kepulauan, kelapa adalah tanaman yang tumbuh di alam secara natural tapi juga di budidayakan. Semakin kecil dan rendah pulau tersebut sehingga makin mudah terkena terpaan air laut maka pohon kelapa semakin menonjol dan menarik perhatian para petualang. Kemunculan kelapa seiring dengan kondisi kehidupan alam bebas jaman dahulu di Asia dan Amerika bagian Barat semakin tidak jelas (Origin of Cultivated Plants, DeCandolle, 1886). Setelah melakukan diskusi panjang berdasarkan fakta fakta yang ada menunjukkan bahwa pohon kelapa yang dibawa ke Cina berasal dari Asia Tenggara. Kemudian sampai di Sri Lanka dan India sekitar tiga sampai empat ribu tahun yang lalu, yang mana sebelumnya muncul di Amerika dan Afrika. Ahli ahli yang lain sepakat pada pernyataan tersebut 2.1.1
Tanaman Kelapa Kelapa (Cocos nucifera) termasuk jenis tanaman palma yang mempunyai buah berukuran cukup
besar. Batang pohon kelapa umumnya berdiri tegak dan tidak bercabang, dan dapat mencapai 10 - 14 meter lebih. Daunnya berpelepah, panjangnya dapat mencapai 3 - 4 meter lebih dengan sirip-sirip lidi yang menopang tiap helaian. Buahnya terbungkus dengan serabut dan batok yang cukup kuat sehingga untuk memperoleh buah kelapa harus dikuliti terlebih dahulu. Kelapa yang sudah besar dan subur dapat menghasilkan 2 - 10 buah kelapa setiap tangkainya (Palungkun, 2004). Tanaman kelapa banyak terdapat di
daerah beriklim tropis. Kelapa diperkirakan dapat ditemukan di lebih dari 80 negara. Indonesia merupakan negara agraris yang menempati posisi ketiga setelah Filipina dan India, sebagai penghasil kelapa terbesar di dunia (APCC, 2002). Kelapa (Cocos nucifera L) merupakan salah satu hasil pertanian Indonesia yang cukup potensial. Hampir semua bagian dari tanaman tersebut dapat dimanfaatkan. Banyak kegunaan yang dapat diperoleh dari kelapa dan salah satu cara untuk memanfaatkan buah kelapa adalah mengolahnya menjadi minyak makan atau minyak goreng. Produk kelapa yang paling berharga adalah minyak kelapa, yang dapat diperoleh dari daging buah kelapa segar atau dari kopra (Suhardiyono, 1995). Kelapa (coconut) dikenal dengan berbagai sebutan seperti Nux indica, al djanz al kindi, ganzganz, nargil, narle, tenga, temuai dan pohon kehidupan. Buah kelapa (cocos nucifera) termasuk famili palmae dari genus cocos. Pohon kelapa mempunyai tinggi ratarata 12,3 meter dan sejak ditanam sampai berbuah hingga siap dipetik pohon kelapa membutuhkan waktu 12 bulan (Suhardiyono, 1993). Pada dasarnya dikenal dua varietas kelapa, yaitu varietas Nana yang umum disebut kelapa genjah dan varietas Typica yang umum disebut kelapa dalam. Kelapa genjah berdasarkan sifatnya dibagi 5 yaitu : kelapa gading, kelapa raja, kelapa puyuh, kelapa raja malabr, kelapa hias. Kelapa dalam berdasarkan sifatnya dibagi 6 yaitu : kelapa hijau, kelapa merah, kelapa manis, kelapa bali, kelapa kopyor, kelapa lilin (Wahyuni, Mita, Ir., 2000). Pohon kelapa yang disebut juga dengan pohon nyiur biasanya tumbuh pada daerah atau kawasan tepi pantai. Sangat banyak manfaat yang dapat kita peroleh dari pohon kelapa. Mulai dari batang, daun dan buahnya, semua dapat dimanfaatkan. Mungkin karena manfaatnya sangat banyak, pohon kelapa dijadikan logo "Praja Muda Karana" (Pramuka) di Indonesia. Dalam klasifikasi tumbuhan, pohon kelapa termasuk dalam genus : cocos dan species : nucifera. Nah, sekarang mari kita bahas satu persatu bagian dan manfaat dari pohon kelapa.
Gambar 2. 1 Pohon Kelapa
2.1.2
Bagian-bagian Kelapa Buah kelapa memiliki atau terdiri dari bagian-bagian antara lain adalah sebagai berikut: 1. Kulit luar Kulit luar merupakan lapisan tipis (0,14 mm) yang mempunyai permukaan licin dengan warna
bervariasi dari hijau, kuning sampai jingga, tergantung kepada kematangan buah. Jika tidak ada goresan dan robek, kulit luar kedap air.
Gambar 2. 2 Kulit Luar
2. Sabut Kelapa Sabut kelapa merupakan bagian yang cukup besar dari buah kelapa, yaitu 35 % dari berat keseluruhan buah. Sabut kelapa terdiri dari serat dan gabus yang menghubungkan satu serat dengan serat lainnya. Serat adalah bagian yang berharga dari sabut. Setiap butir kelapa mengandung serat 525 gram (75 % dari sabut), dan gabus 175 gram (25 % dari sabut).
Gambar 2. 3 Saabut Kelapa
3. Tempurung Tempurung merupakan lapisan keras yang terdiri dari lignin, selulosa, metoksil dan berbagai mineral. Kandungan bahan-bahan tersebut beragam sesuai dengan jenis kelapanya. Struktur yang keras disebabkan oleh silikat (SiO2) yang cukup tinggi kadarnya pada tempurung. Berat tempurung sekitar 15~19 % dari berat keseluruhan buah kelapa.
Gambar 2. 4 Tempurung
4. Daging Buah Daging buah merupakan lapisan tebal (8~15 mm) berwarna putih. Bagian ini mengandung berbagai zat gizi. Kandungan zat gizi tersebut beragam sesuai dengan tingkat kematangan buah. Daging buah tua merupakan bahan sumber minyak nabati (kandungan minyak 35 %). Pada tabel 2 dapat dilihat komposisi zat gizi daging buah kelapa.
5. Air Kelapa Air kelapa mengandung sedikit karbohidrat, protein, lemak dan beberapa mineral. Kandungan zat gizi ini tergantung kepada umur buah. kelapa dapat digunakan sebagai media pertumbuhan mikroba, Gambar 2. 5Air Daging Buah misalnya Acetobacter xylinum untuk produksi nata de coco.
Gambar 2. 6 Air Kelapa
6. Batang Batang kelapa tua dapat dijadikan bahan bangunan, mebel, jembatan darurat, kerangka perahu dan kayu bakar. Batang yang benar-benar tua dan kering sangat tahan terhadap sengatan rayap. Kayu dari pohon kelapa yang dijadikan mebel dapat diserut sampai permukaannya licin dengan tekstur yang menarik
Gambar 2. 7 Batang
Kelapa merupakan tanaman komoditas bernilai tinggi yang banyak memberikan manfaat bagi sebagian besar penduduk di daerah tropis.Demikian besar manfaat tanaman tersebut sehingga ada yang menamakannya sebagai "pohon kehidupan" (“the tree of life”) atau "pohon surga" (“the heaven tree”; Chan & Elevitch, 2006). Kelapa memiliki peran penting dalam kehidupan sosial dan budaya penduduk tropis khususnya di Indonesia.Daun kelapa muda sering digunakan masyarakat sebagai pembungkus ketupat.
Gambar 2. 8 Pembungkus Ketupat
maupun umbul-umbul dalam upacara pernikahan dan upacara adat lain di Jawa dan Bali. Tidak hanya daun yang muda, daun kelapa yang tua dapat dianyam dan dipergunakan sebagai atap, sedangkan lidinya dapat digunakan sebagai bahan pembuat sapu lidi (Warisno, 1998).Bahkan (Warisno, 1998) menjelaskan akar muda pada pohon kelapa juga sering dimanfaatkan sebagai obat sakit perut. Selain itu akar muda pada tanaman kelapa dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan zat warna alami (Kristina & Syahid, 2007). Kelapa juga memiliki nilai ekonomi cukup tinggi seperti batang kelapa yang sering dimanfaatkan sebagai bahan angunan maupun bahan baku pembuatan mebel. Bagian utama dari tanaman kelapa yang sering dimanfaatkan adalah buah kelapa sehingga buah kelapa memiliki nilai ekonomi yang tinggi. Buah mudanya sering dimanfaatkan sebagai minuman segar seperti es kelapa muda.
Gambar 2. 9 Es Kelapa Muda
Dari sabut buah kelapa yang tua banyak dimanfaatkan untuk bahan tali, anyaman keset, matras dan jok kendaraan sehingga memiliki nilai ekonomi yang tinggi. Selain itu sabut kelapa tua juga sering dimanfaatkan masyarakat Filipina sebagai produk olahan ecomat, ecolog dan twine, yang dapat digunakan dalam mengatasi erosi tanah pada kontruksi jalan dengan topografi miring (Tarigans, 2005). Buah kelapa berbentuk bulat yang terdiri dari 35 % sabut (eksokarp dan mesokarp), 12 % tempurung (endokarp), 28 % daging buah ( endosperm), dan 25 % air. Menurut Ketaren (1989), tebal sabut kelapa kurang lebih 5 cm dan daging buah 1 cm atau lebih (Palungkun, 2004). Buah kelapa yang sudah tua mengandung kalori yang tinggi, sebesar 359 kal per 100 gram; daging kelapa setengah tua mengandung kalori 180 kal per 100 gram 8 dan daging kelapa muda mengandung kalori sebesar 68 kal per 100 gram. Sedang nilai kalori rata-rata yang terdapat pada air kelapa berkisar 17 kalori per 100 gram (Tabel 1). Air kelapa hijau, dibandingkan dengan jenis kelapa lain banyak mengandung tanin atau antidotum (anti racun) yang paling tinggi. Kandungan zat kimia lain yang menonjol yaitu berupa enzim yang mampu mengurai sifat racun. Komposisi kandungan zat kimia yang terdapat pada air kelapa antara lain asam askorbat atau vitamin C, protein, lemak, hidrat arang, kalsium atau potassium. Mineral yang terkandung pada air kelapa ialah zat besi, fosfor dan gula yang terdiri dari glukosa, fruktosa dan sukrosa. Kadar air yang terdapat pada buah kelapa sejumlah 95,5 gram dari setiap 100 gram (Direktorat Gizi Depkes RI, 1981) Tabel 1 Komposisi kimia daging buah kelapa segar pada 3 tingkatan umur
Beberapa peneliti membuktikan bahwa protein kelapa mempunyai mutu yang cukup baik, jika dibandingkan dengan mutu protein dari sumber nabati yang lain. Hasil-hasil penelitian membuktikan, bahwa protein kelapa mempunyai susunan 9 asam amino yang relatif baik dan bernilai gizi tinggi (Lanchance dan Molina, 1974). Hal itu ditunjang pula oleh pendapat anzon dan Velason (1982) yang menyatakan bahwa protein kelapa tidak memiliki senyawa antinutrisi seperti yang terdapat pada protein nabati lainnya terutama pada kacang kacangan serta mempunyai nilai Indeks Glisemik yang rendah baik digunakan untuk serat diet yang tinggi. Tabel 2 Komposisi asam amino essensial protein daging kelapa dibandingkan
2.2
RANGKAIAN MESIN PENGUPAS SERABUT KULIT KELAPA Ada beberapa rangkaian pada mesin pengupas serabut kelapa antara lain adalah sebagai berikut:
2.2.1
pasak Pasak dibagi menjadi beberapa macam, yaitu:
a. Pasak Datar Segi Empat ( Standart Square Key) Tipe pasak ini umumnya yang mempunyai ukuran lebar dan tinggi yang sama. b. Pasak Datar Standart ( Standart Flat Key)
Pasak ini adalah jenis pasak yang sama dengan diatas, hanya disini tinggi pasak tidak sama dengan lebar pasak, tetapi tingginya mempunyai dimensi yang tersendiri. c. Pasak Tirus (Tapered Keys) Pasak jenis ini pemakainya tergantung dari kontak gesekan antara hub dengan porosnya untuk mentransmisikan torsi. Artinya torsi yang medium level dan pasak ini terkunci pada tempatnya secara radial dan aksial diantara hub dan porosnya oleh gaya dari luar yang harus menekan pasak tersebut kearah aksial dari poros. d. Pasak Bidang Lingkaran (Woodruff Keys) Pasak ini adalah salah satu pasak yang dibatasi oleh satu bidang datar pada bagian atas dan bidang bawah merupakan busur lingkaran hampir berupa setengah lingkaran. e. Pasak Bintang Lurus (Sraight Splines) pasak ini adalah pasak bintang yang tertua dibuat. Rumus-rumus yang digunakan pada perhitungan pasak: Tegangan geser : F T /r τ= = A W.L
Dimana
Ss yp=0,58 Syp
W= lebar pasak (m) Tegangan normal
F T /r σ= = A W.L
H= tinggi pasak (m) 2.2.2. poros Poros adalah merupakan bagian/elemen dari mesin yang dalam penggunaanya dapat berfungsi sebagai poros yang meneruskan tenaga, poros penggerak klep (camshaft), poros penghubung dan lain sebagainya. Poros digolongkan atas penggunaanya Rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan poros
32 N D= π
√
KtM 2 3 KtM 2 ⌊ ⌋ + ⌊ ⌋ Sn 4 Sn
]
1/3
Dimana: Do = diameter poros (inch) M = momen bending rata-rata (N.m) T = momen torsi rata-rata (N.m) Kt = konsentrasi tegangan bending S`n = tegangan batas geser material = 0,43 su Sy = yield strenght 2.2.3. Roda gigi σt =
Ft . Ko . P . Ks. Km Kv .b . j
Dimana : Ft = gaya tangensial (N) Ko = factor koreksi beban lebih
P = diameter pith (m) Ks = factor koreksi ukuran,untuk mengatasi sifat material Km = factor distribusi beban Kv = factor dinamis B = lebar gigi (m) J = factor bentuk Persamaan tegangan maksimum yang diijinkan untuk perencanaan yaitu :
Sad =
Sat x K L KT x K R
Dimana : Sad : tegangan ijin material KL
: faktor umur
KT
: faktor temperature
KR
: faktor keamanan
Kemudian hasilnya dibandingkan, jika memenuhi syarat maka perencanaan aman. Pemeriksaan kekuatan roda gigi lurus terhadap keausan dengan persamaan AGMA.
Syarat aman
σ e< S
ad
Persamaan AGMA :
σ c =C p x
√
F t . C o . C s . Cm . C f C v . b .d . I
Diman : Cp = koefisien yang dipengaruhi sifat elastisitas bahan Ft = Gaya tangensial Co = overload factor Cs = Faktor ukuran Cm = Faktor distribusi beban Cf = Faktor kondisi permukaan Cv = Faktor Dinamis b = lebar gigi d = diameter pith pinion I = faktor bentuk Persamaan tegangan maksimum yang diijinkan:
S ad =S ac X
CLx CH CT x C R
Dimana : S ac
= tegangan kontak ijin
C L = faktor umur CH
= faktor perbandingan pergeseran
CT
= faktor temperature
C R = faktro keamanan
Kemudian hasilnya dibandingkan jika memenuhi maka perencanaan aman. 2.2.4. Bantalan Bantalan yang digunakan untuk perencanaan ini adalah bantalan gelinding (rolling bearing), sering juga disebut sebagai bantalan anti gesek,karena bentalan ini dalam beoperasinya mendukung beban sehingga Penampungan / Pengumpulan Bahan. Proses Pengupasan tidak terjadi gesekan ataupun kalau terjadi gasakan akan kecil sekali. Sumber Energi
Energi yang di keluarkan
Proses pengupasan dan Transfer Buah Kelapa Proses Penekanan Pembuangan Sabut kelapa
Penampungan Sabut kelapa Penampungan Buah kelapa
Gerakan
Hasil
Sampah
BAB III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1
Konsep Produk Dari blok fungsi dikembangkan menjadi beberapa sub fungsi, dari beberapa sub fungsi tersebut
didapatkan lah beberapa alternative,dan didapatkan lah dua desain yang berbeda terutama dibagian mata pengupas serabut kelapa.selanjutnya dibagian penekanya yang menggunakan sistem penekan otomatis yaitu menggunakan penekan seperti kincir. 3.1.1 Pengembangan Konsep Produk Pertama Sket konsep pertama dari alat pengupas sabut kelapa dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 3. 1 Sketsa Konsep Pertama
Alat yang dirancang pada konsep pertama ini bekerja menggunakan tenaga motor bensin untuk menggerakan dua buah poros yang saling berdampingan yang dihubungkan dengan roda gigi dan dan
menggunakan mata pisau seperti pisau pemotong, alat ini
masih tebilang semi manual dimana saat
pengupasan sabut kelapa masih membutuhkan bantuan manusia untuk melakukan penekanan agar mata pisau dapat memakan sabut kelapa. Prinsip kerja dari alat ini bisa dibilang sederhana, dimana kita memanfaatkan putaran tenaga dari motor bakar (genset), dengan pemindah daya (putaran) berupa pully dan belting (v-belt) yang dihubungkan dengan dua buah poros yang dilengkapi dengan pisau yang terletak secara horizontal pada permukaan porosnya, dimana putaran dari poros ini arahnya berlawanan.
3.1.2 Pengembangan Konsep Produk Kedua Sket konsep kedua dari alat pengupas sabut kelapa dapat dilihat pada gambar 3.2
Gambar 3. 2 Sketsa konsep kedua
Dari gambar konsep yang kedua ini sebenernya prinsip kerjanya hampir sama dengan konsep yang pertama dimana masih menggunakan motor penggerak yang dihubungkan oleh puli dan daya diteruskan ke roda gigi yang saling berhubungan yang nantinya akan memberikan putaran yang berlawanan arah, untuk konsep yang kedua menggunakan mata pisau yang bergerigi dan menggunakan penekan otomatis seperti yang kita lihat digambar dan yang digerakan oleh motor listrik . 3.2
Evaluasi Konsep Produk Evaluasi konsep produk berdasarkan matriks pengambilan keputusan Dari
beberapa alternatife
konsep produk yang dibuat diatas , harus dipilih salah satunya sebagai konsep produk yang akan dibuat.
Untuk memilih konsep produk yang terbaik yaitu dengan cara menggunakan metode matrik keputusan. Untuk setiap alternatife konsep produk diberikan nilai baik dan konsep produk yang sangat baik Tabel 3.1 matrik keputusan untuk memilih konsep produk alat pengupas sabut kelapa Matriks keputusan untuk memilih konsep produk
No 1 2 3
kriteria Wt Penggunaan energy Kuat dan tahan umur Kemampuan menupas
4
sabut kelapa Pengoprasian
Konsep K1
K2
Keterangan objektif yang dipilih : 1. Penggunaaan energi : diinginkan dalam penggunaan energi/penyerapan energi sebanyak mungkin. 2. Kuat dan tahan umur : diinginkan alat yang dirancang memiliki umur yang panjang. 3. Kemampuan mengupas sabut kelapa: diingikan dalam proses pengupasan kulit kelapa agar sabut bersih. 3.3 Komponen Dan Fungsi Elemen Mesin Komponen-komponen dan fungsi dari mesin pengupas sabut kelapa antara lain adalah sebagai berikut: 1. Motor Bakar Motor bakar ini digunakan sebagai sumber tenaga (putaran) yang nantinya akan di gunakan untuk membuka kuli (sabut) kelapa 2. Bearing dan rumah bearing Bedaring berfungsi sebagai dudukan dari poros, yang digunakan sebagai penopang pisau potong dari mesin pengupas sabut kelapa. Sedangkan rumah bering berfungsi sebagai dudukan dari bering itu sendiri, agar bearing dapat bekerja dengan baik.
Gambar 3. 3 Bearing Dan Rumah Bearing
3. Baut Baut berfunsi sebagai elemen pengikat (pengunci) yang digunakan untuk mengikat atau mengencangkan antara rumah dudukan bering dengan bering, yang di hubungkan ke rangka mesin pengupas kelapa
Gambar 3. 4 Baut
4. Roda Gigi Roda gigi yang di gunakan sebanyak dua buah, roda gigi ini digunakan untuk membuat putaran searah dan berlawanan arah (saling berlawanan arah) dimana roda gigi ini di pasang secara berkesinambungan sehingga roda gigi saling terkait, yang akan menimbulkan putaran yang berlawanan pada dua poros yang berbeda.
Gambar 3. 5 Roda Gigi
5. Penekan Dalam rancang bangun mesin pengupas kelapa ini, menggunakan sistem penekanan otomatis yang akan di pasang di bagian atas, agar dalam proses pengupasan kelapa lebih mudah, penekan ini di buat dengan menggunakan bahan yang elastis seperti karet, agar dapat menekan berbagai bentukdan ukuran kelapa yang berbeda-beda.
Gambar 3. 6 Penekan
6. Pisau pemotong Dalam perancangan mesin pengupas kelapa ini menggunakan mata pisau yang bergerigi, dan penempatan mata pisau ini letaknya secara spiral, yang bertujuan agar kelapa sewaktu di potong dapat berjalan dengan sendirinya kearah luar (tempat kelapa yang sudah bersih dari sabutnya)
Gambar 3. 7 Pisau Pemotong
7. Belting
Belting digunakan sebagai alat pemindah putaran dari motor bakar ke pisau dengan perantara pully yang dipasang pada poros primary yang dipasang pada poros motor bakar dan poros scondary yang terhubung dengan pisau pemotong.
Gambar 3. 8 Belting
8. Poros dudukan pully Poros dudukan pully ini banyaknya dua buah poros pertama di dipasang pada mesin dan yang kedua dipasang pada mata pisau, poros dudukan pully ini berfungsi sebagai dudukan belting.
Gambar 3. 9 Poros Dudukan Pully
Gambar 1.1MetodologiPerancangan
PENGGERAK
Jenis Bearing Yang Akan Digunakan
V-BELT
Belt yang berpenampang trapesium, terbuat daritenunan dan serat-serat yang dibenamkan pada karet kemudian dibungkus dengan anyaman dan karet; digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros yang satu ke poros yang lainnya melalui pulley yang berputar dengan kecepatan sama atau berbeda. Bahan- Bahan V-belt : •
Kulit
•
Anyaman benang
•
Karet
BAGIAN - BAGIANV – BELT :
JENIS-JENIS V-BELT Tipe standar; ditandai huruf A, B, C, D, & E Tipe sempit; ditandai simbol 3V, 5V, & 8V
LANGKAH PEMILIHAN V-BELT
Menghitung efisiensi transmisi V-belt 90-98% daya nominal x faktor pemakaian daya desain faktor koreksi panjang x faktor koreksi sudut kontak
Menghitung daya nominal dan putaran Memilih puli penggerak dan yang digerakkan berdasarkan perbandingan kecepatan & diameter minimum. Menghitung jarak antara sumbu poros (C)
C 3R 1 R 2 atau C 2R 2 R 1 jari jari pulley kecil R 2 jari jari pulley besar
V-belt biasa digunakan untuk menurunkan putaran, perbandingan reduksi i (i> 1)
Dp 1 n1 i n2 dp u n1 = putaran puli penggerak n2 = putaran puli yg digerakkan
(rpm)
dp = diameter puli penggerak
(mm)
Dp = diameter puli yg digerakkan (mm)
(rpm)
v
d p n1 60 1000
Kecepatan Linear V-Belt :
HAL HAL YANG PERLU DI PERHATIKAN
Tarikan belt maks ≤ Tarikan maks yang diijinkan belt
Jika tidak terpenuhi, maka: o Pilih penampang belt yang lebih besar o Gunakan lebih dari satu belt
PENGEMBANGAN DESAIN Spesifikasiumum
SpesifikasiUkuran
Panjang Lebar Tinggi
: 2.5 Meter : 1 Meter : 1.2 Meter
Penggerak : motor bensin 12 HP Muatan kerja :1 buah - selesai Sistemtransmisi : Puly v-belt Beratmesin : 16/17 Kg Sistempenggera kmesin : rodatrolly
Table 1.1PemilihanBahan N O
SUB komponen
1
Profil rangka mesin
1
(pipa)
2
3
ALTERNATIF 2
(profil L)
3
(profil U)
Penggerak
(motor bensin)
(engkol manual)
(puli)
(rodagigi)
Sitem transmisi
(motor listrik)
4
Hopper (prisma)
(kerucut)
(miring)
(lurus)
(kubus)
Saluran keluar
5
Tabel 1.3 Komponen yang dibeli No 1 1q
Komponen Poros Bertingkat
Hargasatuan Rp. 250.000
Jumlah 2
Biaya total Rp. 500.000
Plat 3 mm
Rp. 120.000
1 lbr
Rp. 120.000
2 3
Roda trolly
Rp. 120.000
4 Pcs
Rp. 480.000
4
Garfu Roda
Rp. 50.000
4 Pcs
Rp. 200.000
5
Motor 5 PK
Rp. 1.200.000
1 Unit
Rp. 1.200.000
6
Bearing
Rp. 20.000
2
Rp. 40.000
7
Bearing
Rp. 50.000
2 Pcs
Rp. 100.000
8
v-belt
Rp. 30.000
2 Pcs
Rp. 60.000
9
Pulley
Rp. 40.000
4 Pcs
Rp. 160.000
10
Rumah bearing
Rp. 150.000
2 Pcs
Rp. 300.000
11
Paku keeling 1 in.
Rp. 1500
2 kotak
Rp. 150.000
12
Mur M…
Rp. 10.000
5 Pcs
Rp.
13
Mur dan baut
Rp. 2000
1 seat
Rp. 24.000
14
CAT
Rp. 55.000
3 kaleng
Rp. 165.000
15
Thiner
Rp. 20.000
2 kaleng
Rp. 40.000
16
Kertas Pasir
Rp 10.000
1M
Rp. 10.000
vTOTAL BIAYA
Rp. 3.599.000
Table 1.2PerbandinganTenagaKerjaKonvensionalDenganAlat METODE KONVENSIONAL
ALAT
WAKTU
± 5 - 7 Menit / buah
± 1-2 Menit / buah
TENAGA
membutuhkan tenaga yang besar untuk mengelupas kelapa
tidakmemerluhkantenaga yang besardalampengoperasianmesin
dibutuhkantenagakerja yang banyak,sehinggamenambahbiayaproduksi
hanyamembutuhkan 1 tenagakerjauntukpengoperasian
berbahayakarenajikaterpelestdapatlangsungmen cideraitangan
Tangan operator tidaklangsung contact denganbuahkelapamengurangiresi ko
BIAYA
SAFETY
Table 1.3PemilihanBahan N O
SUB komponen
1
ALTERNATIF 2
3
1
Profil rangka mesin
(pipa)
2
3
4
(profil L)
(profil U)
Penggerak
(motor bensin)
(engkol manual)
(puli)
(rodagigi)
(prisma)
(kerucut)
(motor listrik)
Sitem transmisi
Hopper (kubus)
Saluran keluar
5
(miring)
(lurus)
Tabel 1.3 Komponen yang dibeli No 1
Komponen Kawat las
Harga satuan Rp 85.000
Jumlah 1 kt
Biaya total Rp. 85.000
2
Mata bor 12 mm
Rp .12.000
1 bh
Rp.12.000
3
Roda trolly
Rp. 120.000
4 Pcs
Rp. 480.000
4
Roda gigi
Rp. 300.000
2 bh
Rp 600.000
5
Motor 5 PK
Rp. 1.200.000
1 Unit
6
Bearing
Rp. 20.000
2
Rp. 40.000
7
Bearing
Rp. 50.000
2 Pcs
Rp. 100.000
8
v-belt
Rp. 30.000
2 Pcs
Rp. 60.000
9
Pulley
Rp. 40.000
4 Pcs
Rp. 160.000
10
Rumah bearing
Rp. 150.000
2 Pcs
Rp. 300.000
11
Paku keling 1 in.
Rp. 1500
2 kotak
Rp. 150.000
12
Mur M…
Rp. 100.000
5 Pcs
Rp. 500.000
13
Mur dan baut
Rp. 100.000
1 seat
Rp. 100.000
Rp. 1.200.000
14
CAT
Rp. 55.000
3 kaleng
Rp. 165.000
15
Thiner
Rp. 20.000
2 kaleng
Rp. 40.000
16
Kertas Pasir
Rp 10.000
1M
Rp. 10.000
TOTAL BIAYA
Rp. 4.255.000
Bahan yang dibeli No 1 2 3
Nama bahan Plat 3mm Besi 60mm Besi siku
Jenisbiaya
Biaya proses
Harga satuan Rp 65.000 Rp. 500.000 Rp. 60.000
banyaknya 2 lbr 1bt 2bt
Jenis peminjaman mesin Harga sewa Rp.12.000/H Mesin bubut Mesin milling Rp .12.000/H Mesin CNC Rp. 20.000/H Mesin gerinda Rp. 20.000/H Mesin bor Rp. 12.000/H Total biaya proses
Total jam 72 24 48 12 8
Table 1.4 Perkiraan Proses Yang Akan Digunakan
KETERANGAN UNTUK ONGKOS PRODUKSI
Jumlah Rp. 130.000 Rp. 500.000 Rp. 120.000
Harga total Rp.864.000 Rp. 288.000 Rp. 960.000 Rp.240.000 Rp. 96.000 Rp. 2.448.000
1. ongkos sewa mesin bubut (cf bubut) Disaat diakukan penelitian mesin bubut memiliki umur produktif 10 tahun dengan harga pembelian 70.000.000 Waktu sewa mesin bubut perjam didapat Harga mesin / umur produktif 70.000 .000 Cf = 10 × 365× 24 jam = 799,09 perjam 2. Ongkos sewa mesin milling(cf milling) Disaat diakukan penelitian mesin bubut memiliki umur produktif 10 tahun dengan harga pembelian 80.000.000 Waktu sewa mesin bubut perjam didapat Harga mesin / umur produktif 80.000 .000 Cf = 10 × 365× 24 jam = 913,24 perjam 3. Ongkos sewa mesin CNC bubut(cf CNC bubut) Disaat diakukan penelitian mesin bubut memiliki umur produktif 10 tahun dengan harga pembelian 500.000.000 Waktu sewa mesin bubut perjam didapat Harga mesin / umur produktif 500.000 .000 Cf = 10 × 365× 24 jam = 5,707,76 perjam 4. Upah operator tiap mesin (cd) Berdasarkan upah minimum regional (UMR) dengan jumlah kerja dan jam kerja Untuk mesin milling dan bubut konvesional. Cd= =
UMR jumla h pekerja× jam kerja 1.538 .703 8 ×22
= 8.742,63/ jam Untuk mesin CNC Cd= =
UMR jumla h pekerja× jam kerja 2.500 .000 8 × 22
= 14.204,55/jam Keterangan: Upah operator CNC Bubut berdasarkan hasil wawancara dengan operator di SSML
5. Ongkos daya mesin.
CI = Daya nominal mesin × Harga per KWH
Mesin bubut CI = 2,3 × 961
= 2.210,3 W Mesin milling CI = 1,862 × 961
= 1.789,38 W Mesin cnc bubut CI = 2,5 × 961 = 2.402,5
6. Ongkos operasi Cj Total Ongkos Operasi Mesin CF + CI + CD
Mesin bubut = Rp.799,087 + Rp.8.742,63 + Rp.2210,3 = Rp.11.752,02./jam
Mesin milling = CF + CI + CD =Rp.913,242 + Rp.8.742,63 + Rp.1789,38 = Rp.11.445,25/jam Mesin CNC bubut = CF + CI + CD = Rp.5.707,76 + Rp.14.204,55 + Rp. 2402,5 = Rp.22.314,81/jam
DAFTAR PUSTAKA
www.slideshare.net/mobile/rhizqianacliquers/perancangan-poros-pisau-mesim-pemarut-kelapa-
kelompok -10 www.academia.edu/9071550/kontruksi_mesin_perencanaan Repository.usu.ac.id https://publikasiilmiah.ums.ac.id Harsokoesoemo.H.Darmawan.Pengantar Perancangan Teknik(perancangan produk).Bandung: ITB,2004. Edisi ke-2
LAMPIRAN
ALTERNATIF PERTAMA
ALTERNATIF KEDUA
