RANCANGBANGUN MESIN PENGIRIS TEMPE SISTEM PISAU BERPUTAR HORIZONTAL Rofarsyam JurusanTeknik Mesin Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Sudarto, SH, Tembalang, Kotak Pos 6199/SMS, Semarang 50329 Telp (024) 7473417, 7466420 (Hunting), Fax. 7472396 Abstrak Rancang bangun ini bertujuan bertuju an untuk meningkatkan kapasitas dan kualitas irisan tempe t empe sebagai bahan baku kripik tempe. Mesin yang dihasilkan adalah mesin pengiris dengan sistem pisau berputar horizontal. Mesin pengiris digerakkan oleh motor listrik ¼ HP pada putaran 1400 rpm. Metode yang diterapkan meliputi analisis, desain, dan membangun. Analisis terhadap hasil hasil irisan secara manual adalah adalah 3,25 kg/jam dengan ukuran tidak seragam, sedangkan menggunakan mesin semi otomatis 9,75 kg/jam. Mesin pengiris berhasil dibangun dengan kapasitas 15,6 kg/jam dengan yang seragam 100 x 100 x 1 mm.
Kata kunci : ” irisan tempe”, “sistem pisau berputar horizontal”
1. Pendahuluan
Proses pengirisan tempe pada industri rumah tangga sebagian besar masih dilakukan secara manual, dan sebagian kecil telah menggunakan mesin semi otomatis. Proses pengirisan cara manual, yaitu tempe diiris dengan pisau, seperti tampak pada Gambar 1. Mesin semi otomatis sistem pisau berputar tampak pada Gambar 2, penggerak motor listrik ¼ HP dengan putaran 1450 rpm. Kapasitas pengirisan cara manual hanya mencapai 500 irisan/jam (3,25 kg/jam), dengan tebal irisan yang tidak seragam antara 1 s/d 3,5 mm serta keamanan tangan tidak terjamin. Kapasitas pengirisan dengan mesin semi otomatis baru mencapai 1500 irisan/jam (9,75 kg/jam) pada ketebalan 1 s/d 2,5 mm, hal ini dikarenakan pengumpanan pengirisan masih dilakukan dengan cara manual, yaitu didorong dengan tangan (www.indonetwork.co.id ). ).
Gambar 1. Proses pengirisan tempe secara manual
57
Gambar 2. Proses pengirisan tempe semi otomatis (www.indonetwork.co.id ). ).
Untuk dapat labih meningkatkan kapasitas produksi pengirisan tempe bagi industri rumah tangga yang bergerak dalam produksi kripik tempe sesuai kemampuan mereka, maka perlu dilakukan rancangbangun mesin pengiris yang sesuai dengan kemampuan investasi dan biaya operasional industri rumah tangga tersebut. Haris Ari Mukti dan kawan-kawan telah berhasil membuat mesin yang dimaksud. Rancang bangun yang dilakukan merupakan tugas akhir untuk memenuhi syarat kelulusan D III Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang tahun 2010 – 2011. Langkah yang mereka lakukan adalah studi ekspolarasi industri rumah tangga produksi kripik tempe di desa Tegal Karang Klaten dan di Kudus. Data yang diakuisisi meliputi alat dan peralatan yang digunakan pada proses pengirisan tempe, kapasitas dan kualitas keseragaman hasil irisan. Selanjutnya data
diolah dan dikomparasikan dengan hasil studi literatur, guna memperoleh hasil desain yang sesuai dengan keadaan/kebutuhan industri rumah tangga. Kemudian membangun mesin sesuai hasil desain dan menguji mesin. Haris (2011) rancang bangun mesin pengiris tempe sistem pisau piringan putar horizontal, mampu menyelesaikan masalah-masalah sebagai berikut : a. Hasil pengirisan tempe mempunyai tebal yang seragam karena dilengkapi stopper pengatur ketebalan irisan. b. Tebal irisan dapat diatur antara 1 s/d 2,5 mm sesuai dengan tebal yang diinginkan. c. Keamanan operator terjamin karena tempe yang akan diiris hanya diletakkan pada hoper dan secara otomatis tempe dibawa oleh ban berjalan menuju stoper pengirisan. d. Kapasitas pengirisan mencapai 2400 irisan/jam atau 15,6 kg/jam. e. Penggerak menggunakan motor listrik ¼ HP dengan putaran 1400 rpm yang dapat dioperasikan pada industri rumah tangga yang memiliki daya listrik 450 Watt. f. Spesifikasi tempe sebagai bahan baku mesin pengiris 100 mm x 100 mm x 2,5 mm dengan umur 1 hari. 2. Metode Rancang Bangun
Untuk menghasilkan mesin pengiris tempe yang sesuai dengan industri rumah tangga, maka langkah yang dilakukan adalah : 1) Studi ekspolarasi industri rumah tangga produksi pengirisan tempe di desa Tegal Karang Klaten dan di Kudus. Data yang diambil meliputi alat dan peralatan yang digunakan pada proses pengirisan tempe, kapasitas dan kualitas keseragaman hasil irisan. Pemasaran dan konsumen produk yang dihasilkan. 2) Pengolahan data hasil studi ekspolarasi dan mengkomparasikannya dengan hasil studi literatur, sehingga dapat mendesain mesin yang cocok dengan keadaan industri rumah tangga. Hanafi (2005) menyimpulkan bahwa industri rumah tangga rata-rata tidak
mempunyai kemampuan untuk investasi pada alat dan peralatan yang mahal serta bermodal kecil dalam operasional produksi. Tidak mampu membayar tenaga kerja, sehingga tidak memperhitungkan tenaga sendiri dan keluarga dalam berproduksi. 3) Melakukan pengukuran atau pengujian gaya iris tempe dengan pisau yang lazim digunakan oleh para pengrajin kripik tempe. Pengukuran gaya iris dilakukan di laboratorium Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang. 4) Kemudian membangun mesin sesuai hasil desain. Diameter pisau D = 300 mm dari bahan Stainless steel. Pembuatan mesin dilakukan di bengkel Sari Agung Semarang. Daya motor penggerak dihitung menggunakan rumus P = P 1 . f k (Umar, 1998). P1 daya hasil hitung P 1 = F . V, f k faktor koreksi 1,4 (Umar, 1998), F adalah gaya tangensial yang sama besar dengan gaya iris, sedangkan V merupakan kecepatan pisau. V = π D n , n merupakan kecepatan putar pisau. 5) Pengujian mesin dilakukan dengan menetapkan waktu pengirisan sebagai variabel dependen, sehingga waktu proses pengirisan merupakan data utama pengujian. Pengujian mesin proses pengirisan pada tempe berukuran 100 mm x 100 mm x 2,5 mm dengan umur 1 hari. 6) Tolok ukur keberhasilan adalah kapasitas mesin yang dihasilkan lebih besar dari 9,75 kg/jam dengan hasil irisan seragam pada tebal sesuai pilihan, yaitu antara 1 s/d 2,5 mm. 3. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan pertimbangan keamanan alat dan peralatan agar bebas dari karat dan unsur kimia yang berpengaruh pada kesehatan manusia maka bahan utama dipilih plat stainless steel untuk pisau pengiris. Anindia (2003) alat dan peralatan pada proses produksi mengolah bahan makanan yang digunakan haruslah higine dari unsur kimia termasuk karat dan
58
kotoran.. Herman (1996) penggunaan motor listrik dengan unit sabuk puli untuk transmisi putaran cocok untuk transmisi beban ringan, sedangkan untuk beban berat menggunakan transmisi rantai dan sprocket. Mempertimbangkan gaya iris tempe relatip kecil maka motor listrik yang digunakan ¼ HP puturan 1400 rpm dengan transmis sabuk puli. 3.1. Hasil pengujian gaya iris tempe
Suhendra (2010) telah melakukan pengujian gaya kupas lada dengan metode yang sama dan melaporkan gaya kupas lada adalah 0,5 grf. Rofarsyam (2005) melakukan pengujian gaya rajang pada empon-empon terutama temulawak sebesar 9,5 grf. Yusron (2008) telah berhasil melakukan pengujian gaya belah dan gaya kupas biji kedelai bahan baku tempe menggunakan metode pengukuran dinamometer dengan hasil gaya sebesar 0,7 grf. Pengukuran gaya iris tempe dilakukan pada tempe siap diiris pada ukuran nata yang lazim 100 mm x 100 mm x 2,5 mm. Tebal ukuran hasil irisan tempe 1 mm. Pengujian gaya iris dilakukan berdasarkan gerak pengirisan yang lazim dilakukan oleh pengrajin tempe produksi kripik, yaitu pisau dihubungkan dengan dinamometer pegas. Pisau ditarik dengan tangan melakukan pengirisa pada tempe, maka dinamometer pegas akan menunjukkan angka dalam skala satuan Newton (N). Pengirisan dilakukan berulang-ulang, sehingga data gaya iris tempe di analisis dan dirata-rata menghasilkan kesimpulan besar gaya iris tempe adalah 6 – 7 N. Sketsa mekanisme pengujian gaya rajang nata seperti pada Gambar 3. Dynamometer gaya pegas
3.2. Daya motor listrik (Ptot) dan putaran (n)
Langkah analisis daya motor dan putaran dimulai dari penentuan dimensi pisau yang menyesuaikan kapasitas iris yang diinginkan. Langkah tersebut sabgai berikut : a. Torsi pada pisau piringan ( T ) :
T = F . r = 6,5 [N] . 150 [mm] = 975 [Nmm] = 0,975 [Nm] F = gaya iris tempe dan r = jari-jari pisau b. Kecepatan sudut pada pisau piringan ( ):
2 . π .187 = 19,58 [rad/det] 60 n2 = kecepatan pengirisan yang direncanakan
=
c. Daya yang dibutuhkan untuk memutar pisau P1 :
P1 = T. = 0,975 [Nm] . 19,58 [rad/det] = 19,0905 [Watt] = 2,599 . 10 -2 [Hp] d. Perhitungan Daya Kotak Tempe
untuk Mekanisme
Massa keseluruhan dari kotak penempatan tempe didapatkan dari penjumlahan massa tempe (0,9 kg), massa penekan (4 kg), dan massa kotak tempe (0,5 kg), sehingga massa total dari kotak penempat tempe adalah 5,4 [kg]. Gambar 4 menerangkan tentang resultan gaya yang terjadi pada kotak penempat tempe.
Pisau pengiris
Gambar 4. Resultan gaya Arah pengirisan Tempe Landasan tempe
Gambar 3. Sketsa mekanisme pengujian gaya iris tempe
59
- Gaya normal pada kotak tempe : Fn= m.g = 5,4 [kg] .9,81 [m/s2] = 52,974 [N]
- Gaya gesek pada poros sliding : Fs = µ. Fn = 0,25 . 52,974 [N] = 13,2435 [N]
Gaya normal pada kotak tempe dan gaya gesek pada poros sliding telah dihitung, maka besar gaya searah sumbu x (F x), gaya searah sumbu y (Fy), dan resultan gaya (F r) adalah :
- Panjang langkah pisau untuk memotong (S 4) S4 = S3 / jumlah langkah kotak tempe = 942,5 [mm] / 2 = 471,25 [mm] - Jumlah irisan tiap satu putaran pisau (z) = 2,14
Fy = Fn = 52,974 [N], Fx = Fs = 13,2435 [N] = 54,604 [N] Keterangan : Fn = Gaya normal [N], Fs = Gaya gesek pada poros sliding [N], Fx = Gaya searah sumbu x [N], Fy = Gaya searah sumbu y [N], Fr = Resultan gaya [N] - Torsi pada kotak penempatan tempe ( T T ) TT = Fr.rr = 54,604 [N].60 [mm] = 3276,24 [Nmm] = 3,28 [Nm]
- Kecepatan sudut pada engkol kotak tempe ( ω e ) ω e
=
2 π n 2 60
=
2 . π . 187 = 19,58 [rad/det] 60
- Daya motor yang dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme penggerak kotak tempe adalah : P2 = 3,28 [Nm].19,58 [rad/det] = 8,608.10 -2 [Hp] Daya total (P tot) = ( P 1 + P 2 ) . F c = (2,599 . 10-2 -2
[Hp] + 8,608 . 10 [Hp] ) . 1,3 = 0,145 [Hp]
Satu kali pisau berputar terjadi 2,14 kali proses pengirisan - Putaran pisau tiap detik (Y) Y = n2 / 60 = 187 / 60 = 3,11 [putaran/detik] Dari perhitungan jumlah irisan tiap satu putaran pisau dan putaran pisau tiap detik, maka kapasitas pengirisan tiap detik dapat dihitung. - Kapasitas irisan tiap detik (q p) = 2,14 [irisan/putaran] / 3,11 [putaran/detik] = 0,68[ irisan / detik ] - Kapasitas irisan tiap jam (Q p) Qp = qp.3600 = 0,68.3600 = 2448 [irisan / jam] Kapasitas pengirisan tiap jam ini menggunakan asumsi bahwa pengirisan terjadi secara terusmenerus dalam satu jam. Berat rata-rata tiap satu irisan tempe yang didapat dari percobaan adalah 6,4 irisan/irisan. Jadi, kapasitas irisan per jam adalah 15,67 [kg/jam]. 3.4. Proses Pembuatan Mesin
Dengan menyesuaikan motor listrik yang ada di pasaran, maka motor listrik yang digunakan adalah motor listrik dengan daya 0,25 [Hp].
Proses pembutan dimulai setelah desain, keudian membuat bagian utama mesin dan dilanjutkan dengan perakitan. Langkah tersebut adalah sebagai berikut :
3.3. Perhitungan Kapasitas Irisan
a. Pembuatan Pisau
Diameter pisau [D] = 300 [mm] , Putaran pisau [n2] = 187 [rpm] , Panjang langkah engkol [S 1] = 120 [mm], Panjang tempe [S 2] = 100 [mm] - Perhitungan satu kali langkah putaran pisau [S3] S3 = π .D = π . 300 [mm] = 942,5 [mm] Setiap melakukan satu kali pengirisan, terdapat dua langkah kotak tempe dengan jarak yang sama. Sehingga panjang langkah pisau yang digunakan untuk memotong dalam satu kali putaran dapat ditentukan.
Bahan : Stainless steel Ukuran : Diameter Pisau D = 300 mm dari bahan Stainless steel
Gambar 5. Pisau
60
b. Pembuatan Penempat Pisau
e. Pembuatan Penutup Pisau
Bahan : ST 37, Ukuran : Ø 21,5mm x 125,5 mm
Jumlah : 1, Bahan : Plat galvanis
Gambar 9. Penutup pisau f. Pembuatan Tempat Hasil Irisan Tempe
Jumlah : 1, Bahan : Plat galvanis
Gambar 6. Penempat pisau c. Pembuatan Rangka Mesin
Bahan : Profil L, Plat galvanis, Ukuran : 500 x 600 x 1050 [mm]
Gambar 10. Tempat hasil irisan tempe g. Pembuatan Kotak Tempe
Jumlah : 1, Bahan : Plat galvanis
Gambar 7. Rangka mesin
Gambar 11. Kotak tempat tempe sebagai bahan baku irisan
d. Pembuatan Poros Sliding
h. Pembuatan Stopper
Bahan : Pipa Stainless steel , Jumlah : 2
Jumlah : 1, Bahan : ST 60
Gambar 8. Poros sliding Gambar 12 Stopper
61
3.5. Cara Kerja Mesin
4. Kesimpulan
Tempe dimasukkan kedalam kotak pengarah, kemudian ditekan oleh pemberat hingga tempe menyentuh stopper. Ketebalan pengirisan tempe ditentukan oleh jarak antara stopper dengan pisau pemotong. Untuk memulai pengirisan, dengan menekan tombol ON pada saklar maka pisau berputar dan kotak pengarah tempe bergerak melintang secara otomatis dan tempe ditekan oleh pemberat sehingga tempe mengenai stopper. Pada saat kotak pengarah tempe bergerak melintang melewati pisau tempe akan teriris dengan ketebalan sesuai jarak pisau dengan stopper.
Dari analisis dan pembahasan pada hasil pengujian dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: a. Mesin dapat digunakan untuk mengiris tempe berkapasitas 2400 irisan/jam. b. Mesin dapat digunakan pada rumah tangga yang hanya memiliki daya listrik 450 Watt, karena penggerak motor listrik ¼ HP. c. Tebal irisan dapat diatur sesuai yang diinginkan antara 1 s/d 2,5 mm. Keseragaman tebal dapat terjamin, demikian pula tebal yang sama disetiap titik pada satu irasan. d. Kapasitas irisan dipengaruhi oleh jumlah pengirisan tempe dan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan proses pengirisan. e. Dengan adanya penutup pisau keamanan mesin dapat ditingkatkan. f. Spedsifikasi mesin yang dibuat memiliki dimensi 500 x 600 x 1050 mm, relatip kecil sehingga dapat dipindahkan oleh 2 orang. e. Pengoperasian dan perawatan mesin relatip mudah
3.6. Pengujian Mesin
Pengujian ini digunakan untuk menentukan kapasitas mesin dan kelayakan hasil pengirisan dengan kriteria hasil pengirisan yang layak adalah tebal yang seragam yang dapat dipilih antara 1 s/d 2,5 mm, teriris dengan bentuk sempurna (untuk satu irisan tebalnya sama disetiap titik). Hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Pengujian Jumlah Irisan Pengujian
Jumlah irisan
Waktu
1 2 3 4 5 Rata-rata
41 40 39 39 41 40
60 detik 60 detik 60 detik 60 detik 60 detik 60 detik
Rusak
% rusak
Layak
% layak
5 4 2 2 3 3,2
12,1 10 5,1 5,1 7,3 7,92
36 36 37 37 38 36,8
97,9 90 94,9 94,9 92,7 92,08
Dari pengujian tersebut maka kapasitas pengirisan tempe tiap satu menit berdasarkan hasil pengujian dapat ditentukan. Kapasitas pengirisan tempe tiap satu menit (q p)
qp = 40 [irisan/menit] = 2400 [irisan/jam] = 15,6 kg/jam
Saran
Berdasarkan hasil pengujian dan analisa yang telah dibuat, mesin ini masih memerlukan penyempurnaan antara lain : a. Memperbaiki sistem stopper dengan melengkapi mistar ukur agar dapat menentukan ketebalan pengirisan secara tepat. b. Perlu pengembangan lebih lanjut untuk memodifikasi mesin agar dapat berproduksi lebih optimal dan efektif, misalnya dengan menambah kapasitas produksi dengan cara menambah satu kotak pengumpan (Hopper) untuk mengiris tempe.
62
5. Daftar Pustaka •
•
•
Anindia Rahayu, 2005. Proses pembuatan Natadekoko, Majalah Trubus, Edisi September, Vol. I No. 4, Jakarta. Bayu Putranto, 2003. Petunjuk Desain Alat Tepat Guna, Bengkel Sari Agung Semarang Herman, 1996. Petunjuk Sederhana Merancang dan Membuat Mesin Tepat Guna, Modul Pelatihan
•
Lembaga Pelatihan Keterampilan Karya Mandiri Semarang. Hanafi, 2005. Proses Pembuatan
•
Pengujian Alat Pengupas Lada (Piper Nigrum L) Tipe Silinder Putaran Vertikal , Program Pasca
•
•
•
Mesin Pengiris Tempe Menggunakan Pisau Piringan . Laporan Tugas Akhir
•
63
DIII Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang. Semarang Rofarsyam, 2002. Pembuatan Alat Perjang Laporan Empon-emponManual. Program Pengabdian Kepada
Sarjana Universitas Gadjah Mada Yogyakarta Umar Sukrisno, 1998. Bagian-Bagian Mesin Dan Merencana , Penerbit Erlangga (Anggota IKAPI) Jakarta Yusron Muhammad, 2008. Pengujian Gaya Pengupas Kulit Ari dan Gaya Pembelahan Biji Kedelai Bahan Baku Produksi Tempe. Laporan Tugas
Natadekoko Bagi Industri Rumah Dalam Berkarya Tangga, Ragam
Mandiri Peluang Bisnis, Yogyakarta Haris Ari Mukti, Indra Maulana, Muh Zamrud Badai Samudra, Prasetyo Dwi Saputro, 2011. Rancangbangun
Masyarakat Politeknik Negeri Semarang. Suhendra, 2010. Rancang Bangun Dan
•
Akhir DIII Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang. Semarang ….. 2010. Mesin Pengiris Tempe. http//:www.indonetwork.co.id. [diakses Juni 2011]
