Modifikasi Desain dan Uji Kinerja Sistem Kontrol Input Mesin Pengupas Kulit Biji Kakao Tipe Piringan Tunggal

MODIFIKASI DESAIN DAN UJI KINERJA KONTROL
SISTEM INPUT MESIN PENGUPAS KULIT BIJI
KAKAO TIPE PIRINGAN TUNGGAL

MUHAMMAD FACHRI HASYIM

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifikasi Desain Dan
Uji Kinerja Kontrol Sistem Input Mesin Pengupas Kulit Biji Kakao Tipe Piringan
Tunggal adalah benar karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2015
Muhammad Fachri Hasyim
NIM F14100062

ABSTRAK
MUHAMMAD FACHRI HASYIM. Modifikasi Desain Dan Uji Kinerja Kontrol
Sistem Input Mesin Pengupas Kulit Biji Kakao Tipe Piringan Tunggal. Dibimbing
oleh MAD YAMIN dan AGUS SUTEJO.
Proses pengupasan kulit biji kakao dapat menggunakan mesin pengupas
(desheller) tipe piringan tunggal. Tujuan penelitian ini adalah memodifikasi sistem
kontrol input pada mesin pengupas tipe piringan agar kapasitas kerja dari mesin
dapat meningkat, serta kualitas pengupasan biji tetap terjaga. Metering device yang
digunakan untuk mengontrol jumlah biji kakao yang masuk adalah auger. Dimensi
auger memiliki diameter dalam sebesar 2 cm dan diameter luar 3.5 cm, dengan 2
tipe jarak pitch. Desain 1 dan 2 memiliki jarak pitch sebesar 1.5 dan 2 cm. Pengujian
dilakukan dengan menggunakan 3 rpm yang berbeda. Efisiensi dari auger tipe 1 dan
2 pada rpm 600; 750; 900 sebesar 98.50%; 96.85%; 94.12%, dan 96.36%; 90.55%;
89.30%. Presentase kualitas hasil pegupasan mesin sebelum modifikasi pada rpm

600; 750; 900, biji tidak terkupas sebesar 2.16%; 1.98%; 1.95%; biji tidak terkupas
sempurna sebesar 1.67%; 1.33%; 1.175, serta rendemen sebesar 83.63%; 85.93%;
84.97%, dengan menggunakan auger 1 dan 2 berturut-turut biji tidak terkupas
sebesar: 3.44%; 2.43%; 2.32% dan 4.48%; 2.85%; 2.47%, biji tidak terkupas
sempurna sebesar 2.15%; 1.75%; 1.50% dan 2.58%; 1.81%; 1.61%, dan besar
rendemen 83.77%; 82.83%; 82.23% dan 83.17; 82.53%; 82.50%.
Kata kunci: auger, biji, desheller, kakao, pengupasan

ABSTRACT
MUHAMMAD FACHRI HASYIM. Design Modification and Performance Test of
Input System Control of Single Disc Type Desheller. Supervised by MAD YAMIN
and AGUS SUTEJO.
Cocoa nutshell peeling procces can use desheller single disc type. The
purpose of this study is to modify the input control system of the disc type crusher
in order to increasing the work capacity of the machine and maintaning the quality
of cocoa nutshell. Auger was used as a metering device to control the amount of
cocoa beans that peeled by machine. Auger has 2 cm of inside diameter and 3.5 cm
of outside diameter, with 2 types of pitch distance. Design 1 and 2 have a pitch
distance of 1.5 and 2 cm, respectively. Performance test was conducted by using 3
kinds of rpm. As the result, the efficiency of the auger type 1 and 2 at 600 rpm; 750

rpm; 900 rpm were; 98.50%; 96.85%; 94.12%, and 96.36%; 90.55%; 89.30%,
respectively. The percentages of cocoa beans before modification that didn’t peeled
at 600 rpm; 750 rpm; 900 rpm, were 2.16%; 1.98%; 1.95%, and for imperfect peeled
at 600 rpm; 750 rpm; 900 rpm were 1.67%; 1.33%; 1.175, and by using auger 1 and
2 the seeds that didn’t peeled, were respectively: 3.44%; 2.43%; 2.32 and 4.48%;
2.85%; 2.47%, and for the seeds that imperfect peeled from auger 1 and 2 were
respectively: 2.15%, 1.75%, 1.50% and 2.58%, 1.81%, 1.61%, the yield from auger
1 and 2 were respectively: 83.77%, 82.83%, 82.23% and 83.17%, 82.53%, 82.50%.
Keywords: auger, bean, desheller, cocoa, peeling

MODIFIKASI DESAIN DAN UJI KINERJA KONTROL
SISTEM INPUT MESIN PENGUPAS KULIT BIJI KAKAO
TIPE PIRINGAN TUNGGAL

MUHAMMAD FACHRI HASYIM
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Judul pada
penelitian ini adalah Modifikasi Desain dan Uji Kinerja Kontrol Sistem Input Mesin
Pengupas Kulit Biji Kakao (Desheller) Tipe Piringan Tunggal yang dilaksanakan
sejak bulan Maret sampai Agustus 2014.
Dengan telah selesainya karya ilmiah ini, penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ahmad Musyafa’ Hasyim, Ibu Purwanti Sri Lestari, serta saudara M.
Fahmi Hasyim, terimakasih atas doa, dukungan dan semangat positifnya untuk
penulis selama pembuatan karya ilmiah ini.
2. Ir. Mad Yamin, MT selaku pembimbing utama dan Ir. Agus Sutejo, M.Si selaku
pembimbing II terimakasih atas bimbingannya serta saran dan kritik bagi

penulis.
3. Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan
kritik dan saran yang membangun bagi penulis.
4. Bapak Ujang serta rekan-rekan di bengkel Daud Teknik terima kasih atas
bantuannya selama penelitian berlangsung.
5. Teman-teman Amri, Imam, Rifqi, Erlin, Dian, Rosma, Ambar, Pepi, Ryan,
Bollank, Santos, Eki, Aa’, Putri RY, Herwin, Qoni, Kun, Ucup, Asep, Aswin,
Arya, Khoe, Icha, Aki, Hari, Mamat, Khusnul, Dani, Ucu’, Fidzal, Gema, serta
keluarga besar Antares 47, terima kasih atas kebersamaan dan bantuannya
selama penelitian berlangsung.
6. Rekan-rekan Gursapala dan teman-teman omda Formala terima kasih atas
kebersamaan, bantuan dan semangatnya bagi penulis.
7. Semua pihak yang secara langsung dan tidak langsung telah membantu penulis
selama penelitian.
Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi
nyata terhadap ilmu pengetahuan.

Bogor, Maret 2015
Muhammad Fachri Hasyim

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

ix

DAFTAR GAMBAR

xi

DAFTAR LAMPIRAN

xi

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

2

Tujuan Penelitian

2

Manfaat Penelitian

2

Ruang Lingkup Penelitian

2

TINJAUAN PUSTAKA

3

Kakao

3

Proses Pasca Panen Kakao

3

Pengupasan Biji Kakao

5

Mesin Pengupas Biji Kakao

6

Kontrol

7

Penjatah Input Biji Kakao

7

METODE

9

Waktu dan Tempat Penelitian

9

Bahan Penelitian

9

Alat

9

Prosedur Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN

10
15

Identifikasi Masalah dan Penelitian Pendahuluan

15

Perumusan Konsep Desain Auger

21

Perancangan Desain Fungsional dan Struktural Auger

21

Analisis Teknik

24

Gambar Teknik

26

Pembuatan Prototipe

27

Uji Fungsional Mesin

27

Uji Kinerja Mesin

29

SIMPULAN DAN SARAN

32

Simpulan

32

Saran

33

DAFTAR PUSTAKA

33

RIWAYAT HIDUP

51

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7

Konsumsi kakao dalam negeri
Dimensi biji kakao hasil pengukuran
Kapasitas kerja mesin sebelum dimodifikasi
Komponen utama perancangan auger
Ukuran pulley yang digunakan pada setiap rpm
Dimensi rencana desain auger
Efisiensi penyaluran putaran dari motor ke poros penggerak

1
17
21
22
23
24
28

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

Tahapan proses pengolahan hulu biji kakao (Mulato 2005)
Tahapan proses pengolahan hilir biji kakao (Mulato 2005)
Bagian biji kakao (Mulato 2005)
(A) Fraksi nib (B) Fraksi kulit biji kakao (Mulato 2005)
Mesin pengupas dan pemisah biji kakao pasca sangrai (desheller)
Alat pengupas (A) tipe piringan tunggal (B) tipe piringan ganda
Penjatah tipe ulir rapat (Srivastava et al. 1996)
Biji kakao utuh pasca sangrai
Mesin pengupas biji kakao tipe piringan tunggal
Diagram alir prosedur penelitian
Diagram alir prosedur uji kinerja mesin
Diagram alir prosedur pengukuran dimensi biji kakao (Bart-Plang dan
Baryeh 2003)
Bentuk dan dimensi biji kakao
Diagram alir prosedur pengukuran densitas biji kakao (Bart-Plang dan
Baryeh 2003)
Mekanisme pengupasan kulit dengan rol karet (Patiwiri 2006)
Plat pengait biji kakao sebelum modifikasi
Diagram skematik penyempitan diameter screw housing
Gambar teknik auger (A) desain 1 (B) desain 2
Prototipe auger (A) desain 1 (B) desain 2
Peningkatan kapasitas kerja terhadap rpm.
Efisiensi auger pada tingkat RPM yang berbeda.
Presentase biji kakao tidak terkupas pada rpm yang berbeda.
Presentase biji kakao tidak terkupas sempurna pada rpm yang berbeda.
Rendemen pengupasan biji kakao.

4
5
5
6
6
7
8
9
10
11
13
16
16
17
20
20
23
27
27
29
30
31
31
32

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Daftar alat-alat yang digunakan dalam proses penelitian
Dimensi biji kakao
Data densitas dan perhitungan koefisien gesek biji kakao
Data tahanan gesek biji kakao pasca sangrai
Perhitungan reduksi kecepatan putar dan volume hopper
Data uji kinerja mesin
Kualitas pengupasan hasil sortasi biji tidak terkupas
Kualitas pengupasan hasil sortasi biji tidak terkupas sempurna
Rendemen pengupasan biji kakao
Gambar biji kakao hasil pengujian
Gambar teknik

35
36
38
39
40
42
43
44
45
46
47

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Buah kakao termasuk salah satu buah yang banyak tumbuh di Indonesia.
Permintaan pasar terhadap produksi kakao semakin bertambah di setiap tahunnya.
hal ini dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Konsumsi kakao dalam negeri
Tahun
2007
2008
2009
2010
2011
2012

Konsumsi (ton)
150 000
150 000
150 000
200 000
240 000
280 000

Sumber: Direktorat Jendral Perkebunan Departemen Pertanian 2013

Seiring dengan bertambahnya permintaan pasar, tentunya teknologi dalam
bidang proses pengolahan kakao juga harus dikembangkan, baik teknologi pra
panen maupun pasca panen. Teknologi yang sudah banyak berkembang salah
satunya adalah mesin-mesin pasca panen kakao. Salah satu proses yang banyak
diamati adalah proses pengupasan biji kakao pasca sangrai yang menghasilkan nib
biji kakao. Nib biji kakao adalah bagian dari buah kakao yang dapat dikonsumsi.
Nib dapat diperoleh dengan cara mengupas biji kakao dengan menggunakan mesin
desheller. Mesin ini dapat mengupas biji kakao dan kemudian memisahkan nib
yang sudah pecah dengan kulit biji. Nib tersebut nantinya akan diolah menjadi
produk jadi berupa permen, bubuk, dan lemak kakao.
Pengoperasian desheller dilakukan secara manual oleh operator dengan cara
membuka dan menutup katup pemasukan pada hopper. Pengoperasian secara
manual oleh operator dapat menimbulkan pengeluaran lebih oleh perusahaan
mengingat saat ini biaya untuk tenaga kerja sudah tergolong tinggi. Selain itu
tingginya resiko kerja yang dapat dialami oleh operator juga perlu diperhatikan.
Kecelakaan pekerja sering terjadi dikarenakan kelelahan maupun kejemuan para
pekerja yang berakibat pada turunnya konsentrasi pekerja. Menurut Suma’mur
(1991) kejemuan terjadi bila pekerjaan kurang mendatangkan perhatian, motivasi
terlalu sedikit, pekerjaan tidak mensyaratkan keterampilan, dan lingkungan kerja
monoton. Menurut Aidil Rahman (2010) faktor yang istimewa ialah lelah atau
bosan, gejala ini datang kalau lingkungannya tidak menerima rangsang luar atau
kalaupun ada hanya lemah sekali. Ia akan menghasilkan rasa hambar, capai dan
dapat cepat meningkat sampai mengantuk. Akibatnya akan mengurangi kesigapan
yang membuahkan kesalahan atau kecelakaan.
Tingkat konsentrasi yang tinggi serta aktivitas yang berulang-ulang dapat
mengakibatkan kelelahan pada pekerja. Kelelahan dapat disebabkan oleh turunnya
motivasi kerja, kewaspadaan tinggi, skill pekerja yang lemah, serta tuntutan kerja.
Kelelahan tersebut dapat menyebabkan kecelakaan dan cedera pada pekerja. Selain
itu, kelelahan juga dapat terjadi karena waktu bekerja yang terlalu lama serta
penjadwalan kerja yang tidak teratur (Fang et al. 2014). Selain itu, kurang sigapnya

2
operator juga dapat menurunkan kapasitas kerja mesin. Misalnya operator lalai dan
tidak membuka hopper, ataupun operator membuka hooper terlalu lebar, hal
tersebut daapat menurunkan kapasitas kerja mesin serta menurunkan kualitas
produk yang dihasilkan. Oleh karena itu, kesalahan dalam pengoperasian dapat
diminimalisir dengan memodifikasi sistem kontrol input pada mesin pengupas biji
kakao, sehingga input pada mesin selalu memberikan jumlah biji kakao yang sama
dan kapasitas kerja mesin dapat dikontrol sesuai dengan yang diharapkan.
Perumusan Masalah
Kecenderungan meningkatnya biaya tenaga kerja serta tuntutan produksi
yang tinggi, menjadi acuan untuk meningkatkan teknologi baru yang dapat
mengontrol kapasitas kerja dari mesin dengan menggunakan teknologi otomasi.
Oleh karena itu, penulis akan mengembangkan suatu mekanisme kontrol input
sederhana yang diaplikasikan pada pengumpan (hopper) mesin pengupas biji
(desheller) sehingga pengoperasian desheller akan berjalan secara otomatis.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah memodifikasi sistem kontrol input pada hopper
mesin desheller dengan menambahkan auger untuk mengontrol jumlah kakao yang
masuk pada ruang pengupas sehingga proses pengupasan akan berjalan dengan
lebih efektif dan efisien. Selain itu, penelitian bertujuan untuk menguji mesin hasil
modifikasi dan membandingkannya dengan data hasil pengujian mesin sebelum
dimodifikasi.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini memiliki manfaat sebagai solusi untuk pengoperasian mesin
pengupas biji kakao dalam mengontrol kapasitas kerja serta kualitas nib yang
dihasilkan, sehingga proses pengupasan akan berjalan optimal.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian mencakup proses modifikasi mesin pengupas biji kakao tipe
piringan tunggal. Pengujian dari mesin yang telah dimodifikasi terbatas pada
kapasitas kerja serta kualitas hasil dari pengupasan. Kualitas pengupasan dilakukan
dengan meninjau presentase biji kakao tidak terkupas dan biji kakao tidak terkupas
sempurna.

3

TINJAUAN PUSTAKA
Kakao
Theobroma cacao L. adalah nama biologis yang diberikan pada pohon kakao
oleh Linnaeus pada tahun 1753. Tempat alamiah dari genus Theobroma adalah di
bagian hutan tropis dengan banyak curah hujan, tingkat kelembaban tinggi, dan
teduh. Dalam kondisi seperti ini Theobroma cacao jarang berbuah dan hanya
sedikit menghasilkan biji (Spillane 1995).
Menurut Susanto (1994), jenis yang paling banyak ditanam untuk produksi
cokelat hanya 3 jenis, yaitu:
1. Jenis Criollo
Jenis criollo terdiri dari criollo Amerika Tengah dan criollo Amerika
Selatan. Jenis ini menghasilkan biji cokelat yang mutunya sangat baik dan
dikenal sebagai cokelat mulia. Buahnya berwarna merah atau hijau, kulit
buahnya tipis dan berbintil-bintil kasar dan lunak. Biji buahnya berbentuk bulat
telur dan berukuran besar dengan kotiledon berwarna putih pada waktu basah.
2. Jenis Forastero
Jenis ini menghasilkan biji cokelat yang memiliki mutu sedang atau
dikenal juga sebagai ordinary cocoa. Buahnya berwarna hijau, kulitnya tebal,
biji buahnya tipis atau gepeng dan kotiledon berwarna ungu pada waktu basah.
3. Jenis Trinitario
Merupakan campuran dari jenis criollo dengan jenis forastero. Cokelat
trinitario menghasilkan biji yang termasuk fine flavour cocoa dan ada yang
termasuk bulk cocoa. Buahnya berwarna hijau atau merah dan bentuknya
bermacam-macam. Biji buahnya juga bermacam-macam dengan kotiledon
berwarna ungu muda sampai ungu tua pada waktu basah.
Proses Pasca Panen Kakao
Pengolahan Hulu Biji Kakao
Basis usaha kakao rakyat umumnya terdiri atas kebun-kebun kecil dengan
luas areal rata-rata per petani antara 0.5 sampai 2 hektar. Dengan jumlah buah per
panen yang relatif kecil, yaitu antara 100 – 200 kg biji kakao basah, maka sebaiknya
pengolahan hasil panen dilakukan secara kelompok. Tahapan proses pengolahan
hulu biji kakao dapat dilihat pada Gambar 1. Pengolahan dimulai dari panen,
dilanjutkan dengan pengupasan buah yang dapat dilakukan secara manual dengan
menggunakan golok, selain itu juga dapat menggunakan mesin yang meiliki
kpasitas kerja lebih tinggi. Pengolahan dilanjutkan dengan fermentasi yang
bertujuan untuk membentuk cita-rasa khas cokelat serta mengurangi rasa pahit dan
sepat yang ada di dalam biji kakao. Proses selanjutnya berupa pengeringan yang
bertujuan untuk menguapkan air yang masih tertinggal di dalam biji pasca
fermentasi yang semula 50-55 % menjadi 7% agar biji kakao aman disimpan
sebelum dipasarkan atau diangkut lanjut ke konsumen (Mulato 2005)

4
Mulai

Panen buah
masak

Sortasi buah

Pengupasan

Fermentasi

Penjemuran

Sortasi

Penggudangan

Selesai

Gambar 1 Tahapan proses pengolahan hulu biji kakao (Mulato 2005)
Pengolahan Hilir Biji Kakao
Secara skematis tahapan proses konversi biji kakao menjadi produk setengah
jadi (pasta, lemak dan bubuk cokelat) disajikan pada Gambar 2 dan terdiri atas
beberapa bagian pokok, yaitu penyiapan bahan baku, penyangraian yang bertujuan
untuk membentuk aroma dan cita rasa khas cokelat dari biji kakao dengan perlakuan
panas dan menurunkan kadar air hingga 2.5-2.9 %, pengupasan kulit yang
bertujuan untuk mendapatkan daging biji (nib) biji kakao, dan pemastaan yang
bertujuan merubah biji kakao padat menjadi pasta dengan kehalusan butiran > 40
mμ dengan menggunakan mesin silinder.

5
Mulai

Penyangraian

Pengupasan kulit
biji

Pemastaan

Selesai

Gambar 2 Tahapan proses pengolahan hilir biji kakao (Mulato 2005)
Pengupasan Biji Kakao
Komponen biji kakao yang berguna untuk bahan pangan adalah daging biji
(nib), sedangkan kulit biji merupakan limbah yang saat ini banyak dimanfaatkan
sebagai campuran pakan ternak, sebab adanya shell atau kulit yang terikat dalam
produk kakao akan memberikan flavour inferior. Oleh karena itu kulit biji perlu
dikupas sehingga terpisah antara kulit dengan nib kakao (Mulato 2005). Bagian dari
biji kakao dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3 Bagian biji kakao (Mulato 2005)
Kadar Kulit merupakan limbah bagi pembeli. Kadar kulit yang diinginkan
pembeli adalah yang paling minim, akan tetapi cukup kuat untuk melindungi biji
dari kondisi lingkungan yang kurang menguntungkan, serangan hama, maupun
jamur. Kadar kulit terendah yaitu sekitar 11% dianggap cukup kuat (Wahyudi et al.
2008).
Pengupasan akan menghasilkan fraksi nib dan fraksi kulit (Gambar 4) dengan
ukuran dan sifat fisik yang berbeda secara bersamaan. Saat membentur silinder
pengupas yang berputar, nib akan pecah dengan ukuran yang relatif besar dan
seragam karena nib mempunyai sifat elastis (Mulato 2005)

6

(A)

(B)

Gambar 4 (A) Fraksi nib (B) Fraksi kulit biji kakao (Mulato 2005)
Mesin Pengupas Biji Kakao
Tujuan dari proses pengupasan adalah untuk memisahkan kulit biji (shell)
serta kotoran dan untuk untuk mengupas biji kakao menjadi nutiran butiran atau nib.
Biji kakao pasca sangrai memiliki sekitar 10-15% kadar kulit biji dan 1% kotoran.
Pemisahan kulit biji dan kotoran dapat dilakukan secara terpisah atau bersamaan,
tergantung dari pemilihan jenis tanaman (Nair dan Prabhakaran 2007).
Mesin Pengupas Tipe Silinder Berputar
Mesin pengupas biji kakao (desheller) (Gambar 5) ini akan menghasilkan
fraksi nib dan fraksi kulit dengan ukuran dan sifat fisik yang berbeda secara
bersamaan. Saat membentur silinder pengupas yang berputar, nib akan pecah
dengan ukuran yang relatif besar dan seragam karena nib mempunyai sifat elastis.
Sebaliknya, kulit biji karena sifatnya rapuh terpecah menjadi partikel-partikel yang
halus dan mudah dipisahkan dari butiran nib dengan cara hisapan (pneumatik)
(Mulato 2005).

Gambar 5 Mesin pengupas dan pemisah biji kakao pasca sangrai (desheller)
Mesin Pengupas Tipe Piringan
Mesin pengupas tipe piringan (Gambar 6) bekerja berdasarkan gesekan dua
buah piringan. Jenis pembebanannya adalah beban tekan. Jika hanya satu
permukaan saja yang bergerak, disebut tipe piringan tunggal, sedangkan jika kedua
permukaannya bergerak dalam arah yang berlawanan disebut tipe piringan ganda
(Potter 1971).

7
Bagian – bagian disc mill terdiri dari corong pemasukan, lubang pemasukan,
screen filter, disc penggiling dinamis, corong pengeluaran, motor, pengunci, dan
disc penggiling statis. Prinsip kerja disc mill adalah berdasarkan gaya robek dan
gaya pukul. Bahan yang akan dihancurkan berada diantara dinding penutup dan
cakram berputar. Bahan akan mengalami gaya gesek karena adanya lekukan–
lekukan pada cakram dan dinding alat. Gaya pukul terbentuk karena ada logam–
logam yang dipasang pada posisi yang bersesuaian (Sumariana 2008).

(A)

(B)

Gambar 6 Alat pengupas (A) tipe piringan tunggal (B) tipe piringan ganda
Kontrol
Sistem kendali atau sistem kontrol (control sistem) adalah suatu alat
(kumpulan alat) untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari
suatu sistem. Dalam industri, sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang
meliputi pengontrolan variabel-variabel seperti temperatur (temperature), tekanan
(pressure), aliran (flow), level, dan kecepatan (speed). Untuk mengimplentasikan
teknik sistem kontrol (Sistem Control Engineering) dalam industri diperlukan
banyak keahlian atau keilmuan seperti dibidang: teknologi mekanik (mechanical
engineering), teknik elektrik (electrical engineering), elektronik (electronics) dan
sistem pneumatik (pneumatic sistems) (Hordeski 1994).
Penjatah Input Biji Kakao
Menurut Owen dan Cleary (2009) screw conveyor secara luas digunakan
untuk mengangkut atau mengangkat partikel pada tingkat yang terkendali dan stabil.
Screw conveyor digunakan dalam berbagai aplikasi bahan industri mulai dari bahan
mineral, komoditi pertanian (biji-bijian), obat-obatan, bahan kimia, pigmen, plastik,
semen, pasir, garam dan pengolahan makanan. Screw conveyor juga digunakan
sebagai metering device (mengatur laju aliran) dari tempat penyimpanan dan juga
digunakan sebagai suatu sistem kontrol sederhana. Desain utama dari screw
conveyor terdiri drari tiga bagian:

8
1. Pengumpan (hopper)
2. Rangka auger (screw housing)
3. screw yang berputar (auger)
Ulir (Auger)
Penjatah tipe ulir dibagi menjadi dua, yaitu penjatah tipe ulir rapat dan ulir
longgar. Gambar 7 menunjukkan bentuk auger dengan tabung yang rapat dengan
ulirnya dan ulir tersebut memiliki displacement yang cukup besar tiap putarannya.

Gambar 7 Penjatah tipe ulir rapat (Srivastava et al. 1996)
Kapasitas volumetrik teoritis sebuah auger dinyatakan pada persamaan (1)
(Srivastava et al. 1996)
Q t=

π
4

(D2o - D2i ) lp n ............................................................................................ (1)

Dimana:
Qt
= kapasitas volumetrik teoritis (m3/s)
Do
= diameter luar auger (m)
Di
= diameter poros auger (m)
lp
= panjang pitch (m)
n
= kecepatan putar auger (rps)
Srivastava et al. (1996) mengatakan bahwa kebutuhan daya untuk
menggerakkan screw conveyor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2)
dan (3). Persamaan tersebut dapat digunakan pada berbagai macam screw conveyor
dengan tingkat keakuratan yang cukup tinggi.
P' =
'

P⁄L

Qa ) ρb �

....................................................................................................... (2)
Ip

0.14

P = 3.54{2πn √ g )

(

Do -10.12 Ii 0.11
Ip

)

( )
Ip

[f θ ](μ2 )2.05 } ......................................... (3)

Dimana:
P'
= Daya Spesifik (W.s/kg-m)
P/L
= Daya yang dibutuhkan per satuan meter (W/m)
ρb
= Bulk densitas bahan (kg/m3 )
g
= Gaya gravitasi (m/s2
Ii
= Pitch intake (m)
�
= Sudut auger
μ2
= Koefisien gesek bahan
f θ
= Dapat dicari dengan persamaan (4):

f θ = 6.94 (1.3-cos2 θ) ......................................................................................... (4)

9

METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Bengkel Daud Teknik Cibereum, dan
Laboratorium Siswadhi Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor mulai dari bulan MeiAgustus 2014.
Bahan Penelitian
. Bahan yang digunakan untuk membuat auger adalah plat stainless steel yang
aman digunakan untuk bahan pangan. Bahan pengujian yang akan digunakan
adalah biji kakao jenis forastero (Gambar 8) sebanyak 40 kg yang telah di sangrai
terlebih dahulu dengan menggunakan mesin sangrai biji kakao tipe silinder pada
kisaran suhu 120-130 °C selama 25-30 menit sampai diperoleh tingkat kematangan
yang relatif seragam yaitu pada kisaran kadar air 2.5-2.9 %. Biji kakao tersebut
diperoleh dari Pusat Penelitian Kopi dan Kakao Indonesia yang berlokasi di daerah
Jember, Jawa Timur.

Gambar 8 Biji kakao utuh pasca sangrai
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat komputer untuk
proses perancangan dan simulasi, Software Solidworks Premium 2010. Pembuatan
alat ini juga dibantu dengan menggunakan beberapa peralatan guna mempermudah
proses pengambilan data dan pabrikasi. Alat-alat yang digunakan yaitu: jangka
sorong, penggaris, palu, kunci pas, obeng, dan peralatan bengkel lainnya.
Sedangkan pada proses pengujian diperlukan beberapa alat untuk mengukur dan
mencatat data yang dibutuhkan. Peralatan (Lampiran 1) dapat berupa stopwatch,
timbangan digital, laptop, kamera.
Alat yang akan dimodifikasi berupa mesin pengupas tipe piringan tunggal
(Gambar 9) dengan spesifikasi:
Nama : Echo Grinding Machine
Model : EC-6
RPM : 980

10
Motor : Motor listrik/Bensin
Motor listrik yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Merk : Modern
Tipe : JY2A-4
Jenis : Motor 1 phase
Daya : 0.75 hp
RPM : 1400

Gambar 9 Mesin pengupas biji kakao tipe piringan tunggal
Prosedur Penelitian
Penelitian modifikasi mesin pengupas biji kakao mengikuti metode
perancangan secara umum dan dilanjutkan sampai pada proses pabrikasi. Prosedur
penelitian dapat dilihat pada Gambar 10.

11
Mulai
Data dan
informasi
penunjang

Identifikasi masalah dan penelitian
pendahuluan
Perumusan dan konsep desain
auger
Perancangan desain fungsional
dan struktural
Analisis teknik atau perhitungan
perancangan desain mesin
Gambar teknik

Pembuatan prototipe

Uji fungsional mesin

Modifikasi

Tidak

Berhasil
Ya
Uji kinerja mesin

Modifikasi

Tidak

Berhasil
Ya
Selesai

Gambar 10 Diagram alir prosedur penelitian
Identifikasi Masalah dan Penelitian Pendahuluan
Identifikasi masalah bertujuan untuk menemukan permasalahan dalam proses
pengoperasian mesin pengupas biji kakao. Permasalahan tersebut sebagai bahan
acuan untuk proses modifikasi dari mesin pengupas biji kakao. Identifikasi masalah
juga meliputi pengambilan data awal atau penelitan pendahuluan berupa dimensi
mesin pengupas biji kakao serta karakteristik fisik dari biji kakao.

12
Perumusan Konsep Desain Auger
Perumusan konsep desain disesuaikan dengan data identifikasi mesin
sebelum dimodifikasi. Hal ini bertujuan agar desain auger dapat diaplikasikan pada
mesin dan dapat berjalan dengan semestinya.
Perancangan Desain Fungsional dan Struktural
Dalam perumusan ide suatu rancangan mesin, rancangan fungsional
sangatlah penting untuk dipertimbangkan. Dalam perancangan kontrol sistem input
kali ini, perlu diperhatikan fungsi penjatah yang nantinya akan menjatah berapa
banyak biji kakao yamng jatuh pada ruang pengupas. Perancangan kontrol input
pada mesin pengupas biji kakao ini perlu diperhatikan dalam aspek rancangan
struktural. Bagaimana rancangan ini dapat bekerja dengan optimal maka perlu
dipertimbangkan dalam pemilihan dimensi dan desain konstruksi mesin dan
pemilihan bahan pembentuknya
Analisis Teknik
Proses analisis teknik bertujuan untuk memperoleh hasil rancangan yang
tepat dan sesuai dengan kebutuhan pengoperasian mesin pengupas biji kakao.
Kebutuhan tersebut dapat berupa perhitungan kapasitas kerja teoritis dari auger,
serta kebutuhan daya yang diperlukan untuk mengoperasikan auger.
Gambar Teknik
Konsep desain auger yang telah dikembangkan, akan divisualisasikan dalam
bentuk gambar. Hal ini bertujuan untuk mempermudah kegiatan proses analisis
desain serta pabrikasi.
Pembuatan Prototipe
Pabrikasi dilakukan untuk menghasilkan suatu prototipe auger. Prototipe
merupakan bentuk jadi dari desain yang telah dikembangkan. Prototipe dibuat
sesuai desain, dan harus siap uji.
Uji Fungsional Mesin
Uji fungsional mesin merupakan tahap dimana mesin yang telah dimodifikasi
diuji. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk melihat apakah auger yang telah
didesain mampu berjalan sesuai dengan keinginan atau tidak.
Uji Kinerja Mesin
Faktor utama dalam uji kinerja pada penelitian ini adalan perlakuan kecepatan
putar pada piringan pengupas biji kakao. Putaran dari piringan juga disalurkan
untuk menggerakkan auger dengan menggunakan transmisi langsung. Hasil dari
perlakuan tersebut berupa kapasits kerja mesin serta efisiensi kinerja auger yang
telah dibuat. Prosedur pengujian dapat dilihat pada Gambar 11.

13
Mulai

Persiapan sampel biji kakao pasca
sangrai 1 kg sebanyak 27 sampel

Memasang penjatah

Sebelum
modifikasi

waktu kerja,
kapasitas kerja

Auger 1

Auger 2

Dilakukan dengan 3
rpm yang berbeda
(600, 750, 900).
Masing-masing rpm
diberlakukan 3 kali
ulangan

Sortasi

-Presentase biji tidak
terkupas –Presentase
biji tidak terkupas
sempurna -Rendemen

Selesai

Gambar 11 Diagram alir prosedur uji kinerja mesin
1) Persiapan Uji Kinerja
Persiapan uji kinerja berupa menimbang biji kakao seberat 1 kg dan
memasukkannya ke dalam kantong plastik, hingga diperoleh 27 plastik.
Menyiapkan stopwatch, pena, dan buku catatan untuk menghitung waktu serta

14
mencatat waktu kinerja dari mesin. Mengatur rpm mesin sesuai dengan yang
diinginkan yaitu 600, 750, dan 900 rpm (Widyotomo et al. 2005). Pengaturan
rpm dilakukan dengan cara mengganti pulley sesuai dengan ukuran. Auger yang
telah didesain, dipasang sesuai pada tempatnya dan dipastikan terpasang dengan
kuat.
2) Pelaksanaan Uji Kinerja
Uji kinerja dilakukan dengan mengukur waktu yang dibutuhkan mesin
pengupas biji kakao yang telah dipasangi auger untuk mengupas 1 kg biji kakao.
Setiap desain auger diberi perlakuan sebanyak 3 rpm yang berbeda yaitu 600,
750, dan 900, hal ini bertujuan untuk mengetahui kapasitas kerja serta efisiensi
auger pada tiap-tiap rpm. Pengujian tiap rpm dilakukan sebanyak tiga kali
ulangan. Waktu yang telah diukur kemudian diolah meggunakan persamaan (5)
sehingga dapat diperoleh nilai kapasitas kerja mesin.
Sa =

w
t

X 3600 ................................................................................................. (5)

Sa = Kapasitas kerja mesin (kg/jam)
w = Berat kakao yang diumpankan (kg)
t
= Waktu pengoperasian (detik)
Nilai dari kapasitas kerja mesin, dibandingkan dengan kapasitas kerja
teoritis auger dengan menggunakan persamaan (6) sehingga diperoleh efisiensi
dari auger (Ibrahim et al. 2008).
S

μ = Sa X 100% ................................................................................................. (6)
t

µ = Efisiensi auger (%)
Sa = Kapasitas kerja aktual (kg/detik)
St = Kapasitas kerja teoritis (kg/detik)
3) Sortasi
Faktor lain yang dilihat juga meliputi hasil dari pengupasan biji kakao,
antara lain presentase biji yang terkupas, presentase biji tidak terkupas, serta
presentase biji tidak terkupas sempurna. Presentase biji yang tidak terkupas
maupun tidak terkupas sempurna dapat dihitung dengan persamaan (7).
w

t
Wt = 1000
X 100% ........................................................................................... (7)

wt = Berat biji yang tidak terkupas dan tidak terkupas sempurna (gram)
Wt = Presentase biji yang tidak terkupas dan tidak terkupas sempurna (%)

15

HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Masalah dan Penelitian Pendahuluan
Proses pengupasan biji kakao menggunakan mesin pengupas (desheller) biji
kakao. Mesin pengupas biji kakao dapat berupa tipe silinder berputar maupun tipe
disc mill atau piringan. Kedua mesin tersebut memiliki fungsi yang sama yaitu
menghasilkan nib kakao dari biji kakao pasca sangrai. Kesamaan lainnya terdapat
pada cara pengoperasian dari kedua mesin tersebut.
Pengoperasian mesin pengupas biji kakao, dilakukan dengan cara membuka
dan menutup pintu hopper. Pintu hopper juga berfungsi sebagai pengontrol input
biji kakao yang masuk ke dalam ruang pengupas. Operator mesin pengupas biji
kakao dituntut agar berhati-hati saat mengoperasikan pintu hopper agar biji kakao
yang masuk tidak terlalu banyak karena dapat menyumbat saluran pemasukan pada
ruang pengupas. Apabila operator terlalu berhati-hati dan membuka pintu hopper
tidak terlalu lebar, maka biji kakao yang masuk ruang pengupas akan sedikit, dan
hal ini dapat mengurangi kapasitas kerja dari mesin tersebut.
Tingkat pengoperasian yang membutuhkan konsentrasi yang tinggi tentunya
dapat diatasi dengan cara mengembangkan suatu kontrol input sederhana yang
dapat menjatah berapa banyak biji kakao yang masuk ke dalam ruang pengupas.
Penjatah tersebut dapat berupa auger (screw conveyor). Pengembangan desain
auger untuk mesin pengupas biji kakao memerlukan beberapa data penunjang
sebagai materi awal untuk mendesain auger. Data penunjang berupa karakteristik
fisik biji kakao, kebutuhan daya mesin, serta penentuan jarak antar piringan
pengupas. Data tersebut diperoleh melalui penelitian pendahuluan yang dilakukan
dengan cara studi pustaka maupun pengamatan secara langsung.
Karakteristik Fisik Biji Kakao
Pengamatan karakteristik fisik biji kakao terfokus pada tiga hal, diantaranya
adalah dimensi dan ukuran biji kakao, densitas biji kakao, serta koefisien gesek biji
kakao.
1) Dimensi dan Ukuran Biji Kakao
Penentuan dimensi biji kakao dilakukan dengan cara mengukur sepuluh
biji yang dipilih secara acak dari sepuluh sampel, pada tiap sampel berisi 100
biji kakao pasca sangrai. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan jangka
sorong dengan tingkat ketelitian 0.01 mm. Pengukuran mengacu pada metode
Bart-Plange dan Baryeh (2003) (Gambar 12).

16
Mulai

Persiapan bahan baku

Pemilihan 10 sampel
100 gram biji kakao

Pemilihan secara acak 10 biji kakao
dari masing-masing sampel sampel

Pengukuran dengan
jangka sorong

Selesai

Gambar 12 Diagram alir prosedur pengukuran dimensi biji kakao (Bart-Plang
dan Baryeh 2003)
Pada umumnya bagian bagian biji kakao yang diukur terbagi menjadi tiga
bagian. Gambar 13 menunjukkan bagian-bagian dari biji kakao yang diukur.

Gambar 13 Bentuk dan dimensi biji kakao
Data yang diperoleh dari pengukuran tersebut (Lampiran 2) adalah lebar
(L), ketebalan (T), dan panjang (P). Data dapat dilihat pada Tabel 2.

17
Tabel 2 Dimensi biji kakao hasil pengukuran
Dimensi
Rata-rata
95
5

Lebar (cm)
2.44
2.71
2.08

Ketebalan (cm)
0.89
1.14
0.63

Panjang (cm)
1.34
1.53
1.19

2) Densitas Biji Kakao
Penentuan densitas biji kakao dilakukan dengan cara mengukur berat biji
kakao per 940 ml. Biji kakao dimasukkan ke dalam gelas ukur hingga mencapai
940 ml, permukaan biji diusahakan agar merata, kemudian berat biji ditimbang.
Metode ini mengacu pada metode pengukuran Bart-Plange dan Baryeh (2003)
(Gambar 14). Hasil dari pengukuran diperoleh densitas biji kakao sebesar 528.72
kg/m3 (Lampiran 3).
Mulai

Persiapan bahan baku
Menyiapkan gelas ukur 1 liter

Memasukkan biji kakao ke dalam
gelas ukur hingga penuh 940 liter

Mengukur berat biji
kakao

Menghitung densitas
biji

Selesai

Gambar 14 Diagram alir prosedur pengukuran densitas biji kakao (Bart-Plang
dan Baryeh 2003)
3) Koefisien Gesek Biji Kakao
Penentuan koefisien gesek dilakukan melalui studi pustaka. Menurut BartPlange dan Baryeh (2003), variasi koefisen gesek biji kakao dengan tiga material
berbeda (Plywood, baja, dan karet), koefisien gesek meningkat secara linier
terhadap kadar air. Persamaan (8)(9)(10) digunakan untuk menentukan koefisien
gesek biji kakao.

18
µplywood = 0.0117 M+0.4598

R2 = 0.99 .................................................... (8)

= 0.0132 M+0.3773

R2 = 0.96 .................................................... (9)

µkaret

= 0.0041 M+0.1841

R2 = 0.94 .................................................. (10)

µbaja

Dimana:
µ ��
= Koefisien gesek biji kakao terhadap plywood
µ
= Koefisien gesek biji kakao terhadap baja
µ ��
= Koefisien gesek biji kakao terhadap karet
M
= Kadar air biji kakao (%)
Koefisen gesek yang dicari adalah koefisien gesek biji kakao dengan baja
(steel). Koefisien gesek dapat dicari dengan persamaan (9). Koefisien gesek
dengan kadar air 2.7% sebesar 0.41 (Lampiran 3).
4) Daya Pengupasan Kulit Biji
Selain menghitung dimensi, densitas, serta koefisien gesek biji kakao, juga
perlu menghitung daya untuk mengupas biji kakao (Lampiran 4).
Diket:
F (UTM) = 0.22(kgf/cm2 )
A
= 2.44 (cm2 )
V
= 10 mm/menit = 0.000167 m/s (kecepatan maju UTM)
Jawab :
F
= (0.22)(2.44)
= 0.54 kgf
0.54 kgf = (0.54) (9.807)
= 5.33 N
6.57 N
= (5.33) (0.000167)
= 0.0089 watt
= 0.0000011904 hp
Daya yang dibutuhkan untuk mengupas satu biji kakao sebesar 0.0089 watt atau
setara dengan 0.0000011904 hp.
Kebutuhan Daya Mesin
Kebutuhan daya dihtung guna untuk mengetahui berapa daya motor yang
digunakan untuk menggerakkan mesin. Daya yang diperoleh digunakan sebagai
acuan apakah motor memiliki daya dukung jika dimanfaatkan untuk dua jenis kerja
yaitu pengupasan dan meggerakkan auger. Perhitungan daya motor menggunakan
persamaan (11)(12) dan (13).
P = T ω ............................................................................................................... (11)
ω=

n 2π
60

............................................................................................................... (12)

T = m g r ............................................................................................................ (13)
Dimana:
P
= Daya (watt)
ω
= Kecepatan sudut (rad/s)

19
T
= Torsi (N.m)
n
= Kecepatan putar piringan (rpm)
m
= Massa piringan (kg)
g
= Grafitasi (m⁄s2 )
r
= Jari – jari piringan (m)
Diketahui kondisi mesin pengupas biji kakao sebelum modifikasi
n
= 900
m
= 1.23 kg
r
= 0.075 m
Eff
= 0.98 (penyaluran daya pulley)
Diasumsikan penyaluran daya dari pulley menuju piringan 100%.
Maka:
Menghitung kecepatan sudut piringan dengan persamaan (12):
ω

=
=

900

2
60

.

. rad/s

Menghitung torsi piringan dengan persamaan (13):
T

= (1.23)(9.81)(0.075)

T

= 0.9 N.m

Menghitung daya untuk memutar piringan dengan persamaan (11):
P

= (0.9) (94.2)
= 85.25 Watt

Menghitung daya motor dengan persamaan (14):
D2
D1

P

= P1 .................................................................................................................. (14)
2

Dimana:
P1
= Daya pada motor (watt)
P
= Daya pada piringan (watt)
D1
= Diameter pulley motor (m)
D2
= Diameter pulley poros piringan (m)
Diketahui:
D1
= 2 inch = 5.08 cm
D2
=11.5 cm
Maka:
(85.25)(11.5)

P1

=

P1

= 128.66 watt = 0.13 kw

P

= (0.13) (0.98)

P

= 0.13 kw = 0.16 hp

(5.08)

Jika diasumsikan ada 300 biji kakao yang masuk, maka daya yang dibutuhkan untuk
mengupasnya sebesar:
F
= (0.0000011904)(300)

20
= 0.0004 hp
Kebutuhan daya untuk memutar mesin dengan diameter pulley pada mesin 2;
2.5; 3 inch dengan efisiensi penyaluran daya putar sebesar 0.98%; 99%; dan 97%
berturut-turut sebesar 128.64; 128.65; 128.66 watt atau 0.1714; 0.1734; dan 0.1744
hp. Maka sesuai dengan spesifikasi dari mesin, digunakan motor listrik dengan daya
0.75 hp.
Penentuan Jarak Antar Piringan
Penentuan jarak antar piringan mengacu pada hasil dari pengukuran dimensi
dari biji kakao. Jarak antar piringan disesuaikan dengan ukuran dimensi terkecil
dari biji kakao. Hal ini berarti jarak antar piringan mengacu pada ukuran persentil
5 dari ukuran ketebalan (T) biji kakao, yaitu sebesar 0.62 cm.
Perbedaan antara mesin piringan tunggal untuk mengupas biji kakao dengan
mesin penggiling gabah (husker) terdapat pada bahan dasar penggiling serta posisi
dari piringan atau rol. Bahan material penggiling gabah terbuat dari karet. Bahan
dasar karet dipilih agar kerusakan (pecah atau patah) yang terjadi pada gabah ketika
digiling dapat diminimalkan. Mesin penggiling memecah sekam dengan dua buah rol
karet yang dipasang berdekatan (Gambar 15). Kedua rol karet diputar dengan
kecepatan yang berbeda dan arah yang berlawanan. Rol yang berputar dengan
kecepatan tinggi (1050 rpm) dinamai rol utama sedangkan yang lainnya dinamai rol
pembantu dengan kecepatan lebih rendah yaitu 800 rpm. (Patiwiri 2006).

Gambar 15 Mekanisme pengupasan kulit dengan rol karet (Patiwiri 2006)
Penjatah Sebelum Modifikasi
Mesin pengupas biji kakao tipe piringan tunggal sebelum modifikasi,
memiliki penjatah berupa pintu hopper dan plat pengait (Gambar 16). Pintu hopper
digunakan untuk mengontrol berapa banyak biji yang masuk ke dalam saluran
pemasukan biji kakao. Biji yang masuk ke dalam saluran pemasukan, kemudian
ditarik oleh plat pengait. Plat pengait berupa dua buah plat besi yang di las pada
mur, kemudian dipasang pada poros penggerak piringan.

Gambar 16 Plat pengait biji kakao sebelum modifikasi

21
Uji Kinerja Mesin Sebelum Modifikasi
Pengujian mesin sebelum modifikasi dilakukan untuk mengetahui kapasitas
kerja mesin sebelum modifikasi. Pengujian dilakukan dengan menggunakan tiga
rpm yang berbeda (600; 750; 900), dan setiap rpm diberlakukan tiga kali ulangan.
Parameter yang dilihat adalah biji tidak terkupas dan biji tidak terkupas sempurna.
Hasil pengujian ini digunakan untuk merumuskan konsep desain auger yang akan
dibuat. Hasil dari pengujian dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Kapasitas kerja mesin sebelum dimodifikasi
RPM
600
750
900

Kapasitas Kerja
(kg/jam)
94.55
111.55
115.94

Biji tidak
terkupas (%)
2.16
1.98
1.95

Biji tidak terkupas
sempurna (%)
1.67
1.33
1.17

Perumusan Konsep Desain Auger
Diameter dalam dan luar auger dirancang agar memiliki kapasitas kerja
teoritis yang lebih besar dari kapasitas kerja mesin sebelum modifikasi. Penentuan
diameter dalam dan luar auger disesuaikan dengan dimensi dari mesin pengupas
biji kakao tipe piringan tunggal. Dimensi yang dijadikan acuan adalah dimensi dari
saluran pemasukan biji kakao dan poros penggerak piringan yang dijadikan sebagai
screw housing dan transmisi untuk menggerakkan auger. Diameter luar auger
dirancang lebih kecil dari diameter screw housing, hal ini bertujuan agar tidak
terjadi gesekan ketika auger sedang berputar.
Jarak pitch auger didesain agar setidaknya ada satu biji yang masuk ke dalam
auger ketika biji jatuh dari hopper. Oleh karena itu dibutuhkan dimensi biji kakao
yang telah diukur sebagai bahan pertimbangan.
Perancangan Desain Fungsional dan Struktural Auger
Rancangan Fungsional
Setiap alat atau mesin yang dibuat, pasti memiliki bagian-bagian penting
dimana jika bagian tersebut tidak ada, maka alat atau mesin tersebut tidak akan
bekerja sesuai keinginan. Oleh karena itu diperlukan analisis fungsional yang
bertujuan untuk mengetahui komponen-komponen dari alat atau mesin apa sajakah
yang perlu dibuat. Komponen-komponen tersebut disajikan pada Tabel 4.

22
Tabel 4 Komponen utama perancangan auger
No
1

Nama bagian
Auger

2

Motor penggerak

3

Penyaluran daya

4

Pengencang auger

5

Hopper

6

Screw housing

Fungsi
Berfungsi untuk mengangkut biji kakao dari hopper
menuju ke ruang pengupasan
Menggerakkan auger, motor penggerak harus
memiliki daya yang cukup untuk menggerakkan
auger.
Sistem transmisi berguna untuk menyalurkan daya
dari motor menuju auger. Sistem transmisi harus
dirancang agar auger tidak slip ataupun lepas
Berfungsi untuk merekatkan auger dengan
poros penggerak agar auger tidak lepas dan
terlempar saat bekerja
Penampung biji kakao yang akan diumpankan ke
dalam ruang pengupas
Rangka tempat untuk menampung auger

Rancangan Struktural
1) Motor penggerak
Motor yang digunakan adalah motor yang juga menggerakkan piringan
pemutar. Daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan piringan dan untuk
mengupas sebesar 0.169 hp. Motor dengan daya 0.5 hp dinilai cukup untuk
menggerakkan mesin, akan tetapi dikarenakan motor juga akan digunakan untuk
menggerakkan auger, maka untuk faktor keamanan agar tidak terjadi slip atau
macet saat pengoperasian, dipilih motor dengan tenaga 0.75 hp dengan 1400
rpm.
2) Penyaluran daya
Sistem transmisi yang digunakan untuk menggerakkan piringan adalah
transmisi pulley dan sabuk. Pulley pada mesin pengupas sudah tidak dapat
dirubah ukurannya. Ukuran pulley pada mesin pengupas memiliki diameter 11.5
cm, sehingga untuk membuat variasi kecepatan putar piringan, ukuran pulley
pada motor harus disesuaikan. Penggunaan pulley dalam setiap rpm dapat dilihat
pada Tabel 5. Kecepatan putar yang dihasilkan kurang sesuai dengan yang
diinginkan. Hal ini dikarenakan pemilihan ukuran pulley disesuaikan dengan
pulley yang tersedia di pasaran (Lampiran 5). Perhitungan pemilihan ukuran
pulley mengggunakan persamaan (15) (Sularso et al. 1978).
n1
n2

=

Dp
dp

........................................................................................................... (15)

Dimana:
n1 = Putaran pulley penggerak (rpm)
n2 = Putaran pulley yang digerakkan (rpm)
Dp = Diameter pulley yang digerakkan (cm)
dp = Diameter pulley penggerak (cm)

23
Tabel 5 Ukuran pulley yang digunakan pada setiap rpm
rpm
600
750
900

Diameter ukuran
pulley (inch)
2.00
2.50
3.00

Kecepatan putar
teoritis (rpm)
618.43
763.04
927.65

Kecepatan putar motor listrik 1400 rpm

Sistem transmisi yang digunakan untuk memutar auger adalah sistem
transmisi langsung dengan poros penggerak piringan. Poros pemutar piringan
berfungsi juga sebagai pemutar auger. Oleh karena itu, kecepatan putar auger
sama dengan kecepatan putar dari piringan pengupas.
3) Pengencang auger
Mekanisme pengencangan dibuat dengan cara membuat ulir dalam pada
poros auger dan menyesuaikannya ulir luar pada poros yang sudah ada.
Mekanisme pengencangan ulir dipilih karena memiliki kemudahan dalam proses
bongkar pasang. Lubang ulir memiliki diameter 1.7 cm dan kedalaman 1.5 cm.
4) Hopper
Hopper yang digunakan adalah bak plastik dengan volume 4939.22 cm3 .
Ukuran tersebut mampu menampung sebanyak 2.86 kg biji kakao (Lampiran 5).
5) Screw housing
Screw housing yang digunakan merupakan saluran pemasukan biji kakao
yang sudah ada. Dimensi dari screw housing memiliki panjang 7 cm, dan
diameter 6 cm. Pada jarak 4.5 cm dari bagian dalam screw housing, terjadi
penyempitan sebesar 1 cm, sehingga diameter menyempit menjadi 5 cm
(Gambar 17). Ukuran auger disesuaikan dengan dimensi tersebut.

Gambar 17 Diagram skematik penyempitan diameter screw housing
6) Auger
Bagian utama dari auger adalah desain diameter dalam dan luar auger,
jarak antar pitch, serta bahan pembuat auger. Perancangan diameter dalam dan
luar dan jarak antar pitch disesuaikan dengan dimensi screw housing dan dimensi
dari biji kakao, selain itu harus dibuat dengan bahan yang aman.
Bahan yang dipilih adalah stainless steel. Stainless steel dipilih karena
bahan mudah dibentuk serta tahan karat. Selain itu stainless steel juga aman
terhadap bahan pangan.

24
Berdasarkan hasil dari pengukuran dimensi screw housing dan poros
penggerak, diperoleh desain auger dengan ukuran seperti pada Tabel 6. Auger
dengan dimensi tersebut, diperkirakan tidak akan terjadi gesekan antara diameter
luar auger dengan screw housing pada waktu pengoperasian. Selain itu, lebar
pitch juga diperkirakan mampu paling tidak ada satu biji kakao atau lebih yang
terbawa oleh auger.
Tabel 6 Dimensi rencana desain auger
Auger
1
2

Do (cm)
3.5
3.5

Di (cm)
2
2

Pitch (cm)
1.5
2

Keterangan: (Do) Diameter luar, (Di) Diameter dalam

Dimensi diameter luar dan pitch auger digunakan untuk menentukan sudut
kemiringan dari ulir auger. Sudut kemiringan dihitung dengan menggunakan
persamaan (16).

Do
α
Ip
Do

α = arc tan Pitch ............................................................................................... (16)
Dimana:
Do = Diameter luar (cm)
Ip
= Jarak antar pitch (cm)
α
= Sudut kemiringan ulir
Maka untuk auger desain 1 sudut kemiringan ulir sebesar:
3.5
α
= arc tan
1.5

= 66.8°
Sedangkan untuk auger desain 2 sebesar:
3.5
α
= arc tan
= 60.26°

2

Analisis Teknik
Analisis teknik dilakukan guna untuk mengetahui kemampuan kerja teoritis
dari auger. Analisis yang dilakukan berupa perhitingan kapasitas kerja teoritis dari
setiap desain pada tingkat rpm yang berbeda serta kebutuhan daya untuk memutar
auger.
Perhitungan Kapasitas Kerja Teoritis
Berdasarkan persamaan (1), dapat diketahui kapasitas kerja teoritis dari
sebuah auger.

25
1) Auger desain 1
Diket:
Do = 3.5 cm = 0.035 m
Di = 2 cm = 0.002 m
I = 1.5 cm = 0.015 m
n = 618.43; 763.04; 927.65 rpm = 10.3; 12.71; 15.46 rps
Maka, masukkan ke persamaan (1):
3.14
(0.0352 -0.022 )(0.015 10.3
4
Qt = 0.0001 m3 /s
Qt =

Debit output pada rpm 600; 750; 900 berturut-turut 0.0001; 0.000124; 0.00015
m3 /s
Kapasitas kerja teoritis, dihitung berdasarkan pesamaan (17)
S

= Qt ρb ................................................................................................... (17)

Dimana:
S = Kapasitas Kerja (kg/jam)
Qt = Debit auger (m3 /s)
ρb = Bulk density (kg/m3 )
Maka kapasitas kerja teoritis dari auger sebesar:
S = 0.0001)(528.72
S = 190.58 kg/jam
Kapasitas kerja teoritis pada rpm 618.43; 763.04; 927.65 berturut-turut sebesar
190.58; 235.17; 285.87 kg/jam.
2) Auger desain 2
Perbedaan dari auger desain 1 dan 2 ada pada panjang pitch (I), sehingga
debit output dihitung dengan persamaan (1) sebesar:
3.14
)(0.0352 -0.022 )(0.02)(10.3
4
= 0.0001 m3 /s

Qt =
Qt

Debit output pada rpm 618.43; 763.04; 927.65 berturut-turut 0.00013; 0.00017;
0.0002 m3 /s
Sedangkan untuk kapasitas kerja teoritis dihitung berdasarkan persamaan (9)
sebesar:
S
S

= 0.0001 (528.72
= 25 . kg/jam

Kapasitas kerja teoritis pada rpm 618.43; 763.04; 927.65 berturut-turut sebesar
254.11; 313.53; 381.17 kg/jam.
Analisis Daya Pengangkutan
Perhitungan kebutuhan daya untuk mengangkut biji kakao mengikuti
persamaan (2) dan (3). Persamaan tersebut akan menunjukkan berapa besar daya
yang dibutuhkan untuk mengangkut biji kakao (P).
Diketahui auger desain 1 dengan kecepatan putar 618.43 rpm memiliki:

26
S
= 208.91 kg/jam
Qt
= 0.0001 m3 /s
Lc
= 0.045 m
Dimana:
P'
= Daya Spesifik (W.s/kg-m)
P/L
= Daya yang dibutuhkan per satuan meter (W/m)
L
= 0.045 m
ρb
= 528.72 (kg/m3 )
g
= 9.81 (m/s2
Ip
= 0.015 (m)
Ii
= 0.015 (m)
�
=0
n
= 618.43 rpm= 10.3 rps
μ2
= 0.413
f θ
= 6.94 (1.3-cos2 θ) = 2.08
Maka dengan persamaan (3) diperoleh:
0.14

.
)
P = 3.54{2(3.14)(10.3)(√
9.81
'

P' = .

W.s/kg-m

0.035 -10.12 0.015 0.11
(
)
(
) (2.08)(0.413)2.05 }
0.015
0.015

Subtitusikan ke persamaan (2)

P/
P/L
P

= 0.00258)(0.0001)(528.72)(9.81)
= 0.0015 watt/m (0.0045 m)
= 0.00006 watt

Jadi, kebutuhan daya untuk memuta