BAB III METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan tempat
Penelitian ini dari bulan Juni-Oktober 2011. Penelitian awal mengenai sifat fisik mekanik bahan komoditas asam dilakukan di Laboratorium Teknologi
Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB. Penelitian perancangan gambar teknik dan uji kinerja model mesin dilakukan di Laboratorium Ergonomika, Fakultas
Teknologi Pertanian IPB.
3.2. Bahan dan alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian berupa: buah asam timor dan produk asam jawa yang ada di pasaran. Alat-alat yang digunakan di dalam
penelitian ini adalah mesin uji lentur statis Universal Testing Machine UTM: AMSLER Tipe 120, Machine Nr 381, Kom Nr 1798, 1973, Universal Testing
Machine UTM Instron 3369 yang langsung terhubung dengan komputer PC dan didapatkan data grafik deformasi bahan uji. Alat-alat bantu lain seperti
penggaris, mistar sorong, kamera digital, timbangan digital, alat sayat berupa jarum dan pisau, serta software CAD, software solid works. Personal computer
untuk mengolah data dan menyimpan data hasil pengukuran, clamp meter pengukur arus i dan tegangan v, tacho meter pengukur putaran mesin.
3.3. Tahapan penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap seperti disajikan pada Gambar 8.
Gambar 8. Diagram alir penelitian
Mulai
Pengambilan bahan di lapangan Pengukuran sifat fisik mekanik
Sesuai Pembuatan model prototipe
awal mesin pengupas biji asam Analisis mekanisme dan perancangan alat mesin
Sesuai
Selesai
Analisis data pengukuran sifat fisik mekanik bahan
Ya Tidak
Ya Analisis data pengujian
Pengujian model prototipe percobaan mesin
Sifat fisik mekanik buah asam Mekanisme
pemisahan Biji buah asam Tidak
3.3.1. Analisis pengukuran sifat fisik dan mekanik buah asam
Pengukuran karekteristik fisik-mekanik buah asam yang dilakukan terdiri dari ukuran buah polong, biji asam, daging dan plasenta serta serat pengikat buah
asam seperti yang disajikan pada Tabel 2 dan Gambar 9. Data-data pengukuran tersebut sangat penting dalam menganalisis desain unit pengupas dari mesin
pengupas biji buah asam.
a. Pengukuran tebal biji asam, b. uji kekerasan biji, c. Uji tarik plasenta, d. Uji tarik serat pengikat buah asam
Gambar 9. Pengukuran sifat fisik dan mekanik dari buah asam. .
Analisis pengujian sifat fisik-mekanik buah asam dilakukan pendekatan pada bagian buah asam yang dapat berpeluang menjadi fokus pengupasan yaitu
plasenta dan biji buah asam dengan mengacu pada metode pengukuran yang disajikan pada Tabel 2.
a b
d c
Tabel 2. Metode Pengukuran sifat fisik dan mekanik buah asam. Bagian buah asam
Ukuran Metode pengukuran
Buah polong Panjang buah
Jangka sorong Lebar buah
Jangka sorong Tebal buah
Jangka sorong Biji
Panjang biji Jangka sorong
Lebar biji Jangka sorong
Tebal biji Jangka sorong
Tebal kulit biji Jangka sorong
Kekerasan biji UTM Amsler
Daging buah Tebal daging buah asam
Jangka sorong Berat Buah asam
Timbangan digital Serat asamjaring
daging buah Panjang serat utama
Jangka sorong Panjang serat cabang
Jangka sorong Jumlah serat cabang
Manual Kuat tarik serat
UTM Instron Kulit polong
Tebal kulit Jangka sorong
buah asam Kuat tekan kulit
UTM Instron Plasenta biji
Kuat robek tarik UTM Instron
3.3.2. Analisis mekanisme dan perancangan alat mesin.
Analisis pengupasan dilakukan pada tiga mekanisme kerja yaitu : mekanisme penyayat, mekanisme pengupas serta poros pemisah biji asam dengan
melaksanakan pendekatan pada bagian mekanisme alat pengupas yang menjadi referensi dalam mendesain mesin. Metode analisis disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Metode analisis mekanisme pengupas biji asam
MEKANISME METODE ANALISA
BAGIAN ANALISA Analisa hitung
Panjang busur Penyayatan
Analisa hitung Sudut putar pisau
Analisa hitung Asam pada area sayatan
Pengujian model alat Daya
Pengujian model alat Torsi
Pengujianhitung Kebutuhan gaya sayatan
Pengujian model alat Kapasitas sayatan
Pengujian model alat Efisiensi sayatan
Analisa hitung Gaya gesek
Analia hitung Gaya normal
Pengupas Analisa hitung
Panjang kontak silinder Analisa hitung
Luas bidang kontak Pengujian model alat
Daya Pengujian model alat
Torsi Pengujian Hitung
Gaya pengupas Pengujian model alat
Kapasitas pengupas Pengujian model alat
Efisiensi Pemisah
Analisa hitung Kecepatan translasi biji asam
Biji asam Analisa hitung
Luas daerah alir biji asam Analisa hitung
Kapasitas
a. Analisis mekanisme penyayatan
Jumlah titik sayat setiap saat J
TP
dari mekanisme penyayatan buah asam diperoleh melalui pisau ulir yang dibentangkan pada Gambar 10 dan 11, pada
saat x = 0,titik potong T
P
dari ulir A,A-1 dan A-2 adalah T
P
A = 0,0 T
P
A-1 = 0,P
Y
T
P
A-2 = 0,2P
Y
Pada saat X=X titik potong T
TP
dari ulir A, A-1, A-2 adalah : T
P
A = tanα
X X,
T
P
A-1 = tanα
X Y
P X,
T
P
A-2 = tanα
X Y
X,2P Jika :
J
TP
= 3 maka tanα
X Y
2P +
L dan X P
X
J
TP
= 2 maka tanα
X Y
2P +
L dan X P
X
Mekanisme penyayatan buah asam diperoleh melalui pisau ulir yang dipasang melintang pada Gambar 10 menunjukkan jarak pisau Px dan jarak
sayatan arah sejajar poros ulir Py dapat dihitung dengan persamaan :
k πd
x P
= sedangkan
tanα p
P
x Y
= dengan demikian pada saat J
TP
= 3 maka x dapat dihitung sebagai berikut:
2PY+ tanα
X L L
tanα X
y 2P
= +
y
2P L
tanα X
− =
X = L-2P
y
tanα X= Ltanα-2P
y
, Karena Px = k
πd maka :
X = Ltanα-2 k
πd ………………………………………………………….5
Gambar 10. Desain mekanisme penyayatan buah asam
pisau ulir.1 pisau ulir.2
L
α
C
r1
C
r2 V
P2
V
P2
1 ,5cm
5
d
•
Sudut putar pisau
o x360
πd X
θ =
……………………….……………………………………6
x360 πd
k d
2π Ltan α
x θ
− =
………………..…..……..…….……….....…7
jika J
TP
: jumlah titik sayatan setiap saat k : jumlah pisau
P
X
: jarak antar pisau cm L : panjang pisau cm
X : panjang busur cm θ : sudut putar pisau
α : sudut sayat pisau d : diameter ulir Ø
P
Y
: jarak titik sayatan arah sejajar poros cm
Gambar 11. Proses aliran buah asam pada unit penyayat •
Kecepatan titik sayatan searah poros ulir V
PY
tan α BK
V Py
V =
mdetik………………..………………...…..…………..…8
Py V
BK V
tan β =
,
Pa V
PY V
cos β =
ω ω
•
Kecepatan titik-titik sayat aktual V
pa
β cos
PY V
Pa V
=
mdetik…………………...…….….……………..…9 jika
V
BK
: kecepatan linier pisau ulir mdetik R : Jari-jari ulir cm
ω : kecepatan sudut raddetik α : sudut sayat pisau
V
PY
: kecepatan titik sayatan searah poros ulir mdetik β
: sudut yang dibentuk titik-titik sayatan aktual terhadap pisau ulir V
BK
: kecepatan linier pisau ulir mdetik V
pa
: kecepatan titik - titik sayat aktual mdetik •
Luas bidang lintasan titik sayatan L
ltp
L
ltp
= V
PY x
t
x
C
R
cmdetik……………………………......……..…10 •
Jumlah asam pada luas area sayatan J
B
J
B
: V
PY x
t
x
C
R x
K
r
gram………………….……………......….…11 jika
C
R
: jarak yang ditempuh oleh satu titik sayatan pada satu ulir ke ulir berikut cm
2
t : waktu detik J
B
: jumlah asam pada luas area sayatan gram •
K
r
: Kerapatan densitas buah asam gram
Kr =
3 grams.m
sayatan ruang
volume Kapasitas
•
Gaya yang diperlukan untuk penyayatan buah asam F
P
adalah :
F
P
= V
py x
t
x
C
R x
K
r x
d
x
J
TP x
F
pt
….…….………………….12 •
Gaya puncak sayatan spesifik arah tangensial terhadap mata pisau F
pt
TP xdxJ
r xK
r xC
py V
dt p
dF pt
F =
= ………………….…..……13
Jika F
P
: gaya penyayatan buah asam Newton J
TP
: jumlah titik sayatan setiap saat F
pt
: gaya puncak penyayatan spesifik arah tangensial terhadap mata pisau
Newton
b. Analisis mekanisme pengupasan
Kategori