Rancang Bangun Mesin Pencuci Kentang Tipe Silinder
RANCANG BANGUN MESIN PENCUCI KENTANG TIPE
SILINDER
FRIANDOST YUFAN MADAKARAH
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 Rancang Bangun Mesin
Pencuci Kentang Tipe Silinder adalah benar karya saya dengan arahan dari Dosen
Pembimbing Akademik 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, Februari 2015
Friandost Yufan Madakarah
NIM F14100091
ABSTRAK
FRIANDOST YUFAN MADAKARAH. Rancang Bangun Mesin Pencuci Kentang
Tipe Silinder. Dibimbing oleh DESRIAL.
Tanaman kentang (Solanum tubersosum L.) merupakan salah satu jenis
tanaman hortikultura dan umbinya adalah bagian yang dikonsumsi. Pendayagunaan
kentang saat ini semakin luas. Kentang selain digunakan sebagai bahan pangan,
juga digunakan sebagai bahan baku industri, pakan dan berpotensi untuk
biofarmaka. Prospek kentang di Indonesia cukup baik untuk dikembangkan, tetapi
produktivitas kentang di Indonesia masih tergolong rendah. Tujuan penelitian ini
adalah untuk meningkatkan kinerja mesin pencuci kentang dengan cara mendesain
silinder pencuci kentang dengan menambah sikat yang memiliki tekstur halus pada
permukaan dalam silinder pencuci kentang, dengan cara mengelilingi permukaan
dalam silinder pencuci kentang dan mendesain bak penampung air menjadi
berbentuk silinder mengikuti bentuk silinder pencuci kentang. Parameter yang
diukur adalah tingkat kebersihan dan tingkat kerusakan permukaan kulit kentang
terhadap kecepatan putar (rpm) poros silnder, kecepatan putar poros silinder yang
digunakan dalam pengujian adalah 84, 140, 168, 196, dan 224 rpm. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa tingkat kebersihan dan tingkat kerusakan yang terbaik adalah
pada 196 rpm.
Kata kunci: kentang, kecepatan putar (rpm), tingkat kebersihan, tingkat kerusakan
ABSTRACT
FRIANDOST YUFAN MADAKARAH. Design of Cylindrical Type Potato
Washing Machine. Supervised by DESRIAL.
Potato plants ( Solanum tubersosum L. ) are a variety of horticulture plant,
which it’s tuber are consumed. These days potatoes are wildly utilized in many
ways. Potatoes, besides used as staple food, it is also used as raw materials for
industrial production, feedstock and potentially for bio pharmacy. Potatoes have a
good prospect being developed in Indonesia, but unfortunately the productivity of
potatoes in Indonesia is still classified as low. The aim of this research is to improve
the performance of the potato washing machine, by way of designing the cylinder
of the potato washing machine by adding brushes that has a smooth texture on the
inner surface of a cylinder and designing the water reservoir of the potato washing
machine into a cylindrical form. The parameters that are measured are the level of
cleanness and the level of injury to the surface of the skin of potatoes against
rotational speed (rpm) of the cylindrical shaft. The rotational speed of the
cylindrical shaft that are used in this research are 84, 140, 168, 196, and 224 rpm.
The results of tests shows that the level of the cleanness and injury is best at 196
rpm.
Keywords: potato, rotational speed (rpm), cleanness, injury
RANCANG BANGUN MESIN PENCUCI KENTANG TIPE
SILINDER
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
RIZKIA INDI
NOVITASARI
2015
Judul Skripsi : Rancang Bangun Mesin Pencuci Kentang Tipe Silinder
Nama
: Friandost Yufan Madakarah
NIM
: F14100091
Disetujui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur atas karunia Allah SWT berkat rahmat dan nikmatnya kepada
penulis, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Judul pada penelitian ini
adalah Rancang Bangun Mesin Pencuci Kentang Tipe Silinder yang dilaksanakan
di Laboratorium Siswadhi Soepharjo sejak bulan Maret sampai Agustus 2014.
Dengan telah selesainya karya ilmiah ini, penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak, Ibu, adik-adik serta sanak saudara terimakasih atas doa, dukungan dan
semangat positifnya untuk penulis selama pembuatan karya ilmiah ini.
2. Dr. Ir. Desrial, M.Eng selaku pembimbing terimakasih atas bimbingannya serta
saran dan kritik bagi penulis.
3. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr dan Dr. Ir. I Wayan Astika, M.Si
selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun
bagi penulis.
4. Pak Firman, Pak Pharma, dan Pak Darma terima kasih atas bantuannya selama
penelitian berlangsung.
5. Teman-teman Aulya Abrar, Erlin Cahya Putri, Rosma Zumantini Wardhani,
Wenny Sulistyowati, Dima Abdillah, Fachri Hasyim, Yahya Al Mahdi, Arditya
Ilhamsyah, Dian Andriani, Devi Phina, Rifan Bachtiar, Rizky Tri Rubbi, Santos
Adinusa Dhiko Andanu Pratama, Dwi Budi Aswin, Abdullah Taufiq Kharisma,
Ruli Adi Rizkia Indi Novitasari, Asep Andi dan Rhizky Ramadhani terima kasih
atas kebersamaan dan bantuannya selama penelitian berlangsung.
6. Kakak TMB 46: Hafiyyan Naufal terima kasih atas bimbingannya dalam
pelaksanaan penelitian dan penyelesaian skripsi.
7. Febriyana Dwirani, S.P dan teman-teman seperjuangan TMB 47 terima kasih
atas kebersamaan, bantuan dan semangatnya bagi penulis.
8. Semua pihak yang secara langsung dan tidak langsung telah membantu penulis
selama penelitian.
Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan
kontribusi nyata terhadap ilmu pengetahuan.
Bogor, Februari 2015
Friandost Yufan Madakarah
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Kentang
2
Pembersihan dan Pencucian
2
Mesin Pencuci (Washing Machine)
3
METODE PENELITIAN
4
Waktu dan Tempat Penelitian
4
Bahan Penelitian
4
Alat Penelitian
4
Tahapan Penelitian
5
ANALISIS RANCANGAN
7
Kriterian Rancangan
7
Rancangan Fungsional
7
Rancangan Struktural
9
Prosedur Pengujian
HASIL DAN PEMBAHASAN
16
17
Struktur Bagian-bagian Mesin Pencuci Kentang
18
Uji Tingkat Kebersihan
19
Uji Tingkat Kerusakan
22
SIMPULAN DAN SARAN
25
Simpulan
25
Saran
25
DAFTAR PUSTAKA
25
LAMPIRAN
27
DAFTAR TABEL
1 Material rangka dan bak penampung
2 Tingkat kebersihan
3 Tingkat kerusakan
15
21
24
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
25
Mesin pencuci tipe drum logam
Mesin pencuci tipe tangki logam
Tahapan penelitian
Perhitungan panjang keliling sabuk
Reaksi gaya pada rangka
Von Mises Stress
Displacement
Desain rancangan mesin pencuci kentang tipe silinder
Mesin pencuci kentang tipe silinder
Rangka dan bak penampung air
Motor listrik
Inverter
Kondisi tingkat kebersihan pada kecepatan putar 84 rpm
Kondisi tingkat kebersihan pada kecepatan putar 196 rpm
Kondisi tingkat kerusakan pada kecepatan putar 84 rpm
Kondisi tingkat kerusakan pada kecepatan putar 224 rpm
Pembebanan poros dengan gaya
Diagram momen lentur
Skema potongan gaya pembebanan rangka bagian depan
Skema gaya pembebanan rangka bagian depan
Gambar reaksi gaya dalam untuk potongan (X-X) batang A-B
Diagram NFD pada batang A-B
Diagram SFD pada batang A-B
Skema diagram BMD pada batang A-B
Skema bentuk rangka
3
4
5
12
13
15
15
17
17
18
19
19
20
22
23
24
28
29
32
33
33
34
34
34
35
DAFTAR LAMPIRAN
1 Perhitungan dragforce mesin pencuci kentang
2 Perhitungan daya mesin
3 Perhitungan poros silinder
4 Perhitungan puli
5 Perhitungan sabuk
6 Perhitungan rangka
7 Perhitungan kekuatan bahan
8 Perhitungan bak penampung
9 Gambar teknik
27
27
28
30
30
32
36
36
38
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Karbohidrat merupakan sumber bahan bakar yang penting bagi kelangsungan
sistem biologis manusia. Di Indonesia, sumber utama karbohidrat diperoleh dari
beras. Menurut data dari Departemen Pertanian (2013), konsumsi beras per kapita
di Indonesia tahun 2013 adalah 85.514 kg per tahun dan merupakan yang tertinggi
di Asia. Untuk mengurangi konsumsi beras yang terus meningkat dan mencapai
ketahanan pangan, pemerintah melakukan sosialisasi program diversifikasi pangan
dengan memberikan beberapa alternatif sumber karbohidrat lain seperti umbiumbian, jagung, dsb.
Kentang merupakan sumber karbohidrat yang banyak dikonsumsi di dunia
dengan posisi di peringkat ke-4 setelah beras, gandum, dan jagung. Menurut data
dari BPS (2013), produksi kentang tahun 2013 yaitu 1,124,282 ton dengan
produktivitas 16.02 ton per hektar, tetapi konsumsi kentang per kapita di Indonesia
hanya sekitar 2,028 kg per tahun dikarenakan masyarakat Indonesia belum
menjadikan kentang sebagai makanan pokok. Kentang memiliki kandungan gizi
sedikit lebih tinggi dibanding nasi dengan protein dan mineral yang lebih beragam
pula. Mengkonsumsi kentang tanpa membuang kulitnya dapat membantu
mencegah penyakit jantung dan stroke.
Sebelum mengalami sortasi dan grading terlebih dahulu dilakukan proses
pencucian. Umbi kentang yang telah dipanen, dibersihkan dengan cara
memasukkannya kedalam bak air. Pencucian bertujuan untuk menghilangkan
kotoran, residu pestisida, dan sumber-sumber kontaminasi. Biasanya ditambahkan
suatu bahan kimia yaitu klorin kedalam air pencucian yang bertujuan untuk
mengendalikan mikroorganisme. Klorin efektif bila larutan dijaga pada pH netral.
Perlakuan klorin dengan konsentrasi 100-150 ppm dapat membantu mengendalikan
patogen selama proses lebih lanjut. Setelah itu, bahan dikeringkan dengan cara
meniriskan dan memberikan udara (Muchtadi et al. 1996).
Proses pencucian dilakukan untuk membersihkan ubi jalar dari kotoran
seperti tanah yang masih menempel. Pencucian dilakukan di bawah pancuran air
kran, atau dengan merendamnya dalam suatu wadah selama beberapa waktu.
Apabila kotoran menempel dengan kuat, maka pencucian dapat dikombinasikan
dengan penyikatan dan penyemprotan air (Winarno 1981)
Mesin yang akan dirancang berfungsi untuk menghilangkan kotoran (tanah
dan debu) pada kulit kentang sehingga kentang dapat diolah dengan lebih mudah
ataupun dikonsumsi tanpa membuang kulitnya. Media yang digunakan untuk
membersihkan yaitu air dengan wadah silinder terbuka serta suatu silinder sebagai
wadah kentang dan menerapkan teori gaya sentrifugal. Mesin ini dapat
mempercepat pada proses pembersihan, waktu yang dibutuhkan untuk pembersihan
pun menjadi lebih singkat karena dengan kapasitas yang cukup besar. Oleh karena
itu, mesin ini penting dalam membantu para petani dalam proses pembersihan
kentang tersebut. Masalah yang mendasari pembuatan mesin ini yaitu selain untuk
proses pembersihan, manfaat lainnya agar kentang hasil pembersihan tidak cepat
2
membusuk saat proses penyimpanan yang dikarenakan kotoran yang melekat pada
kentang.
Perumusan Masalah
Mesin pertanian merupakan salah satu indikator yang mempengaruhi
produktivitas pertanian kentang. Selama ini proses pencucian kentang masih
menggunakan cara manual sehingga memerlukan waktu yang sangat lama dan
tenaga kerja yang banyak pula. Oleh karena itu perlu dibuat mesin yang dapat
mengatasi permasalahan tersebut. Diharapkan peralatan tersebut dapat terjangkau
oleh petani, baik dari harga dan operasionalnya.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk meningkatkan kinerja mesin pencuci
kentang dengan cara:
1. Mendesain silinder pencuci kentang dengan menambah sikat yang memiliki
tekstur halus pada permukaan dalam silinder pencuci kentang dengan cara
mengelilingi permukaan dalam silinder pencuci kentang.
2. Mendesain bak penampung air menjadi berbentuk silinder mengikuti bentuk
silinder pencuci kentang.
3. Menguji tingkat kebersihan dan tingkat kerusakan kentang.
TINJAUAN PUSTAKA
Kentang
Kentang (Solanum tuberosum L.) merupakan tanaman pangan utama dunia
setelah padi, gandum, dan jagung yang mendapatkan prioritas dalam
pengembangannya di Indonesia. Sebagai salah satu bahan pangan yang
mengandung karbohidrat, mineral dan vitamin yang cukup tinggi, kentang dapat
menggantikan bahan pangan karbohidrat yang berasal dari beras, gandum, atau
jagung tersebut untuk memenuhi kebutuhan pangan masyarakat (Samanhudi 2001).
Pembersihan dan Pencucian
Pembersihan adalah proses menghilangkan kotoran yang menempel pada
umbi. Tujuannya untuk menghilangkan kotoran yang masih menempel pada umbi
supaya umbi terlihat menarik. Selama pembersihan, usahakan umbi kentang bebas
dari segala kotoran yang menempel pada umbi seperti tanah, sisa tanaman atau akar
tanaman dengan cara dipangkas, setelah itu dicuci dengan air bersih secara hati-hati.
Untuk mencucinya dapat dilakukan dengan cara memasukkan umbi ke dalam bak
air atau disemprot dengan air bersih.Umbi-umbi yang sudah dibersihkan tersebut
ditaruh pada terpal atau bahan lain untuk dikering anginkan. Dalam pengeringan
3
umbi yang baru dicuci itu jangan dikeringkan langsung pada sinar matahari karena
akan merusak permukaan kulit kentang (Rachmat 2006).
Pencucian (washing) dilakukan pada ubi jalar yang tumbuh dekat tanah untuk
membersihkan kotoran yang menempel dan memberi kesegaran. Selain itu dengan
pencucian juga dapat mengurangi residu pestisida dan hama penyakit yang terbawa.
Pencucian disarankan menggunakan air yang bersih, penggunaan desinfektan pada
air pencuci sangat dianjurkan. Kentang dan ubi jalar disarankan untuk dicuci (Hong
2006).
Cara membersihkan kotoran dan batang tanaman yang terbawa umbi sebagai
berikut:
1. Potong bagian tanaman hingga sampai umbinya saja.
2. Umbi yang telah dipisahkan kemudian dibersihkan menggunakan kain.
Pembersihan umbi harus dilakukan dengan hati-hati agar tidak terjadi
kerusakan fisik pada kulit umbi. Umbi yang lecet akan mudah terinfeksi
oleh pantogen di penyimpanan.
3. Umbi yang telah dibersihkan dari segala kotoran segera dikumpulkan di
tempat penampungan hasil.
Umbi yang bersih dari segala kotoran dapat menghilangkan jasad-jasad renik
yang menempel pada umbi, dengan demikian umbi tidak mudah terserang patogen
di penyimpanan hingga sampai di konsumen. Di samping itu, penampilan umbi
akan lebih menarik sehingga mendorong konsumen untuk membelinya. Kotoran
adalah benda-benda asing bukan umbi seperti tanah, pasir dan benda lainnya yang
menempel pada umbi (Dede 2007).
Mesin Pencuci (Washing Machine)
Menurut Grierson (1987), drum logam dapat digunakan untuk tempat
pencucian sederhana. Drum dipotong sebagian, diberi lobang penyaluran air, dan
semua pinggiran ditutup dengan karet atau selang plastik yang dipecah. Drum
kemudian ditempatkan pada meja kayu miring. Pada bagian meja atas diberi
susunan kayu-kayu tipis (reng) dan digunakan sebagai rak pengering sebelum
dilakukan pengemasan. Karena drum baja biasanya digunakan untuk menyimpan
minyak atau bahan kimia, untuk itu dibersihkan menyeluruh sebelum digunakan
sebagai tempat pencucian. Mesin pencuci tipe drum logam tersebut ditunjukkan
seperti pada Gambar 1.
Gambar 1 Mesin pencuci tipe drum logam (Grierson 1987)
4
Menurut FAO (1989), tangki untuk mencuci produk berikut ini terbuat dari
logam galvanis lembaran. Penyekat terbuat dari logam lembaran terperforasi atau
berlubang ditempatkan dekat pipa pengeluaran air dan membantu mensirkulasikan
air melalui produk. Air segar ditambahkan dengan tekanan melalui pipa terperforasi,
membantu menggerakkan produk yang mengambang ke arah pengeluaran air dari
tangki untuk selanjutnya diangkat setelah bersih. Penyempurnaan rancangan di
bawah ini dapat dilakukan dengan menambahkan jaring kotoran di muka penyekat,
dan suatu sistem re-sirkulasi untuk air pencucian (dengan penambahan klorin).
Mesin pencuci tipe tangki logam tersebut ditunjukkan seperti pada Gambar 2.
Gambar 2 Mesin pencuci tipe tangki logam (FAO 1989)
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret – Agustus 2014 di Laboratorium
Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan Penelitian
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah kentang yang
didapatkan dari petani di daerah Penggalengan, Bandung. Banyaknya kentang yang
digunakan yaitu 45 kg untuk mengukur tingkat kebersihan dan 45 kg untuk
mengukur tingkat kerusakan. Bahan yang digunakan untuk konstruksi mesin
pencuci adalah stainless steel untuk konstruksi silinder drum pencuci, besi pejal
untuk konstruksi poros as silinder, plat besi untuk bak penampung, besi hollow
untuk konstruksi rangka, serta bearing untuk memutar poros silinder.
5
Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan las dan bengkel
untuk pabrikasi, tachometer, inverter, timbangan digital untuk mengukur berat
kentang, stopwatch untuk mengetahui waktu kerja, software Solidworks Premium
2011, dan software Microsoft Office 2010.
Tahapan Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode perancangan
secara umum dan dilanjutkan sampai pada proses pabrikasi. Beberapa pendekatan
yang digunakan dalam perancangan adalah pendekatan rancangan fungsional
dan pendekatan rancangan struktural. Tahapan dari penelitian ini disajikan dalam
Gambar 3.
Mulai
Identifikasi Masalah
Pengembangan dan
Perumusan Ide Desain
Penetapan Mekanisme
Konseptual Gambar
Analisis Rancangan
Tidak
Gambar Teknik
Pembuatan Model Fisik
Pengujian Fungsional dan Kinerja
Berhasil
Ya
Selesai
Gambar 3 Langkah-langkah penelitian
6
Menurut Harsokoesoemo (1999), tahapan penelitian mengacu pada fase
pembangkitan konkuren (concurrent design) dengan mengacu pada sembilan dasar
perancangan konkuren, yaitu:
1. Menggunakan produk atau unit konstruksi yang sudah ada.
2. Menentukan bahan dan metodologi perakitan
3. Menentukan keterbatasan dimensi desain
4. Mengidentifikasi subsistem yang membangun keseluruhan sistem
5. Mengembangkan hubungan berupa konstruksi dudukan dan chasis
6. Merakit dan menggabungkan interface dan komponen – komponen
fungsional sistem
7. Melakukan evaluasi desain
8. Penghalusan bahan dan perakitan
9. Penghalusan bentuk akhir sistem (finishing)
Pengembangan dan Perumusan Ide Desain
Melakukan analisis dari permasalahan yang ada dan pengumpulan ide-ide
pemecahan masalah dengan mempertimbangkan berbagai aspek yang terkait.
Tahapan ini menghasilkan beberapa desain fungsional dan desain struktural. Dalam
tahapan ini mekanisme, bentuk dan posisi dari berbagai komponen direncanakan
dengan batasan permasalahan yang akan dipecahkan.
Penetapan Mekanisme
Dalam tahapan ini dipilih konsep desain terbaik sesuai dengan kondisi
permasalahan yang akan dipecahkan untuk kemudian dilanjutkan pada tahapan
analisis desain dan pembuatan gambar kerja.
Konseptual Gambar
Dalam proses ini ide desain yang telah dikembangkan akan dikonsepkan
dalam bentuk gambar.
Analisis Rancangan
Dalam tahapan ini dilakukan perhitungan teknik sehingga didapatkan
dimensi komponen, daya penggerak, analisis berat dan titik berat dari
komponen/bagian mesin. Beberapa analisis rancangan mengacu pada:
1) Analisis kekuatan bahan
Analisis kekuatan bahan dilakukan untuk mempertimbangkan kemampuan
maksimum dari komponen yang dirancang. Beberapa analisis kekuatan bahan
diantaranya tekanan dan tarikan, lenturan dan tegangan geser.
2) Analisis daya dan tenaga
Analisis daya dilakukan untuk mengetahui kemampuan mesin pencuci
kentang dalam daya putar untuk memutarkan silinder pencuci kentang.
3) Analisis gaya
Analisis ini dilakukan untuk menentukan gaya yang bekerja pada mesin yang
dirancang seperti yang bekerja pada chasis, gaya yang bekerja pada bak penampung
air, dan gaya yang diterima bak penampung air saat silnder pencuci kentang
berputar. Analisis gaya ini menggunakan persamaan kesetimbangan gaya.
7
Gambar Teknik
Setelah dilakukan analisis rancangan dan didapatkan dimensi atau ukuran dari
tiap komponen struktur maka dilakukan proses gambar teknik. Gambar konseptual
yang telah dibuat dikembangkan menjadi gambar yang telah disesuaikan ukurannya
menurut perhitungan analisis teknik/rancangan. Gambar teknik juga dapat
digunakan untuk proses manufaktur pada tahapan yang lebih lanjut.
ANALISIS RANCANGAN
Kriteria Rancangan
Mesin pencuci umbi-umbian yang ada saat ini menggunakan sikat sebagai
pembersih ditempelkan pada bagian porosnya saja dan memiliki kapasitas 500
kg/jam. Pada proses rancang bangun ini dilakukan pemberian dan penambahan
sikat pada permukaan dalam silinder pencuci kentang untuk meningkatkan tingkat
kebersihan pada kulit kentang. Mesin pencuci kentang difungsikan sebagai
pembersih kulit kentang yang masih menempel tanah pada kulit kentang dari proses
pascapanen, sehingga kentang yang kulitnya sudah bersih dapat dijual ke pasar
seperti fresh market dan dapat juga dijadikan benih kembali dengan menjualnya ke
Balai Pembenihan Kentang. Silinder pencuci membersihkan kentang dengan
kecepatan putar poros silinder yang optimal dan tidak merusak kulit kentang atau
membuat kulit kentang terluka. Desain silinder wadah pencuci kentang disesuaikan
dengan tekstur kentang yang berbentuk bulat agar tidak rusak saat silinder berputar
dengan menambahkan sikat pada permukaan dalam dari silinder pencuci kentang
tersebut.
Pengembangan dan Penyempurnaan Ide Desain
Pengembangan ide desain merupakan tahapan dalam proses desain.
Perubahan yang terjadi pada rancangan dimaksudkan agar desain yang dihasilkan
memiliki mekanisme yang sederhana dan dapat diaplikasikan dengan mudah.
Dalam proses pengembangan desain terjadi beberapa perubahan dan mekanisme
pada mesin pencuci kentang yang dirancang, perubahan ini dipengaruhi kekuatan
bahan dan ketersedian bahan yang ada dipasaran serta penyesuaian pola kegiatan
pencucian. Rancangan yang dilakukan pada mesin pencuci kentang terletak pada
bagian silinder tempat pencuci dan loading kentang, bentuk dan ukuran sikat, dan
rangka bak penampung air.
Rancangan Fungsional
Fungsi utama dari mesin yang dirancang adalah untuk menggantikan fungsi
petani dalam mencuci kentang yang masih mengunakan metode manual dalam
pencucian kentang dengan direndam di dalam bak penampung air dan tanpa
menggunakan sikat. Mesin pencuci umbi-umbian adalah suatu mesin yang
8
digunakan untuk mencuci khususnya dari jenis umbi-umbian yaitu singkong, wortel
dan ubi jalar. Cara kerja mesin ini adalah menggunakan alat penyikat yang berputar
dan menggunakan air untuk membasahi umbi-umbian selama proses pencucian.
Mesin ini berguna sebagai pencucian awal sebelum umbi-umbian tersebut diolah
menjadi produk lain ataupun langsung dijual ke konsumen. Seperti telah diketahui
bahwa jenis umbi-umbian ini buahnya terdapat di dalam tanah sehingga hasil
panennya memerlukan pencucian awal sebelum diolah atau diproses lanjut.
Pencucian yang dimaksud yaitu memisahkan sisa-sisa tanah, daun-daun kering,
ataupun kotoran lain yang menempel pada kulit luar dari umbi-umbian.
Mesin yang dirancang akan diaplikasikan pada proses pencucian dan
pembersihan tanah yang menempel pada bagian kulit kentang. Oleh karena itu
mesin yang dirancang harus memiliki kemampuan untuk membersihkan permukaan
kulit kentang dari tanah yang menempel. Untuk memenuhi kriteria kebersihan
kentang dilakukan dengan menentukan kecepatan putar pada poros motor listrik
yang mempengaruhi kecepatan putaran poros silinder yang optimal agar kentang
dapat bersih dan tidak mengalami kerusakan seperti terkelupas pada bagian kulitnya.
Kapasitas dari mesin yang dirancang dapat diupayakan menampung kentang
dengan jumlah besar. Sehingga perlu didesain bak penampung yang memiliki
kapasitas besar. Untuk mendukung tercapainya fungsi utama tersebut maka
diperlukan fungsi-fungsi turunannya antara lain: fungsi penggerak, fungsi
penampung kentang, fungsi pengatur frekuensi listrik, dan fungsi saluran air
sebagai tempat pembuangan kotoran setelah proses pencucian.
Rangka dirancang agar mampu menahan sebagian besar beban yang ada
dalam mesin pencuci kentang yang dirancang. Fungsi utama rangka adalah
memberikan bentuk dari suatu alat atau mesin dan sebagai tempat terpasangnya
bagian/komponen yang lain. Selain itu rangka juga menentukan dimensi mesin
pencuci kentang yang dirancang. Sehingga lebar dan panjang rangka harus
disesuaikan dengan parameter desain yang ada.
Bak penampung air berfungsi sebagai penampung air untuk melakukan
pencucian kentang, bak penampung ini berbentuk silinder agar tidak terjadi
hempasan air yang berlebihan pada saat silinder pencuci kentang berputar. Silinder
pencuci kentang berfungsi sebagai tempat unloading dan loading kentang sebelum
dan sesudah dicuci, dan tempat menempelnya sikat-sikat pencuci kentang.
Sikat pencuci kentang berfungsi untuk menyikat kulit kentang yang masih
tertempel tanah agar tanah yang menempel tersebut dapat bersih secara menyeluruh
pada saat silinder pencuci kentang berputar, sikat ditempelkan pada permukaan
silinder pencuci kentang. Inverter berfungsi sebagai pengatur frekuensi listrik untuk
menurunkan dan menaikan kecepatan putar dari poros motor listrik. Dengan sistem
terdapat tombol pengaturan menaikkan dan menurunkan nilai frekuensinya pada
layar digital dari inverter tersebut.
Pemilihan motor penggerak didasarkan pada kebutuhan daya yang akan
ditransmisikan. Motor penggerak yang dipilih harus mampu menjaga mesin
pencuci kentang tetap berada dalam performa yang baik agar kegiatan pencucian
kentang berjalan lancar.
Saluran pembuangan air berfungsi sebagai tempat pembuangan kotoran
setelah proses pencucian berupa air bercampur tanah. Saluran pembuangan didesain
untuk mudah dibuka tutup agar memudahkan proses pengeluaran kotoran dan
dirancang agar tidak mengalami kebocoran.
9
Mesin pencuci kentang diaplikasikan untuk mencuci dan membersihkan
kentang untuk petani kentang yang akan menjualnya ke fresh market dan dapat juga
difungsikan untuk pembersihan pada benih kentang dikelola oleh Balai Pembenihan
Kentang yang nantinya akan dijual kembali ke petani kentang.
Rancangan Struktural
Perhitungan Dragforce
Menurut Batchelor (1967), untuk menghitung dragforce pada Lampiran 1 yang
diformulasikan pada Persamaan (1) sebagai berikut:
Fd =
×
Keterangan:
×
×
�
× A ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
kg⁄
m
m
= Kecepatan
⁄s
� = Koefisien dragforce
A = Luas penampang m
= Densitas air
Perhitungan Daya Mesin
Menurut Mott (2009), untuk menghitung daya mesin terlebih dahulu dihitung
torsinya yang diformulasikan pada Persamaan (2) sebagai berikut:
� =
× � ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
Keterangan:
F = Gaya putar (N)
R = Jari-jari lingkaran (mm)
Mesin pencuci kentang ini dirancang dengan beban maksimum 50 kg kentang,
kapasitas mesin ini disesuaikan dengan kebutuhan. Nilai torsi yaitu 19.44 Nm, yang
didapatkan dari perhitungan yang disajikan pada Lampiran 2.
Daya mesin menurut Achmad (1999) yang diformulasikan pada Persamaan (3), (4),
dan (5) sebagai berikut:
�=
ω=
�
�
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
Pd = � ×
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
Dimana :
T = Torsi (Nm)
n = Putaran poros (rpm)
fc = Faktor koreksi daya
Pd = Daya rencana (Watt)
P = Daya nominal (Watt)
10
ω = Kecepatan sudut (rad/s)
Berdasarkan hasil perhitungan pada Lampiran 2, maka dapat diketahui daya
yang dibutuhkan untuk melakukan pencucian, adalah sebesar 1.5 Hp. Melihat daya
motor yang ada di pasaran maka digunakan motor listrik dengan daya 1.5 Hp.
Perhitungan Poros
Perhitungan yang digunakan dalam perencanaan poros pencuci disajikan pada
Lampiran 3 dan diformulasikan antara lain:
a. Gaya tarik v-belt pada pembebanan poros dapat dilihat pada Persamaan (6) yang
diformulasikan oleh Sularso dan Suga (2004) sebagai berikut:
T
T − T = ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
R
Keterangan :
T = Torsi motor listrik (kg.mm)
R = Jari-jari puli pada poros (rpm)
b. Tegangan geser ijin menurut Sularso dan Suga (2004) yang diformulasikan pada
Persamaan (7) sebagai berikut:
�
� =
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
×
Keterangan:
� = Tegangan geser ijin kg⁄mm
� = Kekuatan tarik bahan kg⁄mm
= Faktor koreksi
×
c. Diameter poros menurut Sularso dan Suga (2004) yang diformulasikan pada
Persamaan (8) sebagai berikut:
≥ [(
.
)√
�
.
+
∙� ]
⁄
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
Keterangan :
= Diameter poros (mm)
� = Tegangan geser yang diijinkan kg⁄mm
= Faktor koreksi
= Momen lentur (kg.mm)
= Faktor koreksi
� = Momen puntir (kg.mm)
d. Tegangan maksimal menurut Sularso dan Suga (2004) yang diformulasikan pada
Persamaan (9) sebagai berikut:
�
=
∙
√
.
+
∙�
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
11
Jika �
SILINDER
FRIANDOST YUFAN MADAKARAH
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 Rancang Bangun Mesin
Pencuci Kentang Tipe Silinder adalah benar karya saya dengan arahan dari Dosen
Pembimbing Akademik 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, Februari 2015
Friandost Yufan Madakarah
NIM F14100091
ABSTRAK
FRIANDOST YUFAN MADAKARAH. Rancang Bangun Mesin Pencuci Kentang
Tipe Silinder. Dibimbing oleh DESRIAL.
Tanaman kentang (Solanum tubersosum L.) merupakan salah satu jenis
tanaman hortikultura dan umbinya adalah bagian yang dikonsumsi. Pendayagunaan
kentang saat ini semakin luas. Kentang selain digunakan sebagai bahan pangan,
juga digunakan sebagai bahan baku industri, pakan dan berpotensi untuk
biofarmaka. Prospek kentang di Indonesia cukup baik untuk dikembangkan, tetapi
produktivitas kentang di Indonesia masih tergolong rendah. Tujuan penelitian ini
adalah untuk meningkatkan kinerja mesin pencuci kentang dengan cara mendesain
silinder pencuci kentang dengan menambah sikat yang memiliki tekstur halus pada
permukaan dalam silinder pencuci kentang, dengan cara mengelilingi permukaan
dalam silinder pencuci kentang dan mendesain bak penampung air menjadi
berbentuk silinder mengikuti bentuk silinder pencuci kentang. Parameter yang
diukur adalah tingkat kebersihan dan tingkat kerusakan permukaan kulit kentang
terhadap kecepatan putar (rpm) poros silnder, kecepatan putar poros silinder yang
digunakan dalam pengujian adalah 84, 140, 168, 196, dan 224 rpm. Hasil pengujian
menunjukkan bahwa tingkat kebersihan dan tingkat kerusakan yang terbaik adalah
pada 196 rpm.
Kata kunci: kentang, kecepatan putar (rpm), tingkat kebersihan, tingkat kerusakan
ABSTRACT
FRIANDOST YUFAN MADAKARAH. Design of Cylindrical Type Potato
Washing Machine. Supervised by DESRIAL.
Potato plants ( Solanum tubersosum L. ) are a variety of horticulture plant,
which it’s tuber are consumed. These days potatoes are wildly utilized in many
ways. Potatoes, besides used as staple food, it is also used as raw materials for
industrial production, feedstock and potentially for bio pharmacy. Potatoes have a
good prospect being developed in Indonesia, but unfortunately the productivity of
potatoes in Indonesia is still classified as low. The aim of this research is to improve
the performance of the potato washing machine, by way of designing the cylinder
of the potato washing machine by adding brushes that has a smooth texture on the
inner surface of a cylinder and designing the water reservoir of the potato washing
machine into a cylindrical form. The parameters that are measured are the level of
cleanness and the level of injury to the surface of the skin of potatoes against
rotational speed (rpm) of the cylindrical shaft. The rotational speed of the
cylindrical shaft that are used in this research are 84, 140, 168, 196, and 224 rpm.
The results of tests shows that the level of the cleanness and injury is best at 196
rpm.
Keywords: potato, rotational speed (rpm), cleanness, injury
RANCANG BANGUN MESIN PENCUCI KENTANG TIPE
SILINDER
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
RIZKIA INDI
NOVITASARI
2015
Judul Skripsi : Rancang Bangun Mesin Pencuci Kentang Tipe Silinder
Nama
: Friandost Yufan Madakarah
NIM
: F14100091
Disetujui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur atas karunia Allah SWT berkat rahmat dan nikmatnya kepada
penulis, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Judul pada penelitian ini
adalah Rancang Bangun Mesin Pencuci Kentang Tipe Silinder yang dilaksanakan
di Laboratorium Siswadhi Soepharjo sejak bulan Maret sampai Agustus 2014.
Dengan telah selesainya karya ilmiah ini, penulis ingin menyampaikan
ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak, Ibu, adik-adik serta sanak saudara terimakasih atas doa, dukungan dan
semangat positifnya untuk penulis selama pembuatan karya ilmiah ini.
2. Dr. Ir. Desrial, M.Eng selaku pembimbing terimakasih atas bimbingannya serta
saran dan kritik bagi penulis.
3. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr dan Dr. Ir. I Wayan Astika, M.Si
selaku dosen penguji yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun
bagi penulis.
4. Pak Firman, Pak Pharma, dan Pak Darma terima kasih atas bantuannya selama
penelitian berlangsung.
5. Teman-teman Aulya Abrar, Erlin Cahya Putri, Rosma Zumantini Wardhani,
Wenny Sulistyowati, Dima Abdillah, Fachri Hasyim, Yahya Al Mahdi, Arditya
Ilhamsyah, Dian Andriani, Devi Phina, Rifan Bachtiar, Rizky Tri Rubbi, Santos
Adinusa Dhiko Andanu Pratama, Dwi Budi Aswin, Abdullah Taufiq Kharisma,
Ruli Adi Rizkia Indi Novitasari, Asep Andi dan Rhizky Ramadhani terima kasih
atas kebersamaan dan bantuannya selama penelitian berlangsung.
6. Kakak TMB 46: Hafiyyan Naufal terima kasih atas bimbingannya dalam
pelaksanaan penelitian dan penyelesaian skripsi.
7. Febriyana Dwirani, S.P dan teman-teman seperjuangan TMB 47 terima kasih
atas kebersamaan, bantuan dan semangatnya bagi penulis.
8. Semua pihak yang secara langsung dan tidak langsung telah membantu penulis
selama penelitian.
Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan
kontribusi nyata terhadap ilmu pengetahuan.
Bogor, Februari 2015
Friandost Yufan Madakarah
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Kentang
2
Pembersihan dan Pencucian
2
Mesin Pencuci (Washing Machine)
3
METODE PENELITIAN
4
Waktu dan Tempat Penelitian
4
Bahan Penelitian
4
Alat Penelitian
4
Tahapan Penelitian
5
ANALISIS RANCANGAN
7
Kriterian Rancangan
7
Rancangan Fungsional
7
Rancangan Struktural
9
Prosedur Pengujian
HASIL DAN PEMBAHASAN
16
17
Struktur Bagian-bagian Mesin Pencuci Kentang
18
Uji Tingkat Kebersihan
19
Uji Tingkat Kerusakan
22
SIMPULAN DAN SARAN
25
Simpulan
25
Saran
25
DAFTAR PUSTAKA
25
LAMPIRAN
27
DAFTAR TABEL
1 Material rangka dan bak penampung
2 Tingkat kebersihan
3 Tingkat kerusakan
15
21
24
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
25
Mesin pencuci tipe drum logam
Mesin pencuci tipe tangki logam
Tahapan penelitian
Perhitungan panjang keliling sabuk
Reaksi gaya pada rangka
Von Mises Stress
Displacement
Desain rancangan mesin pencuci kentang tipe silinder
Mesin pencuci kentang tipe silinder
Rangka dan bak penampung air
Motor listrik
Inverter
Kondisi tingkat kebersihan pada kecepatan putar 84 rpm
Kondisi tingkat kebersihan pada kecepatan putar 196 rpm
Kondisi tingkat kerusakan pada kecepatan putar 84 rpm
Kondisi tingkat kerusakan pada kecepatan putar 224 rpm
Pembebanan poros dengan gaya
Diagram momen lentur
Skema potongan gaya pembebanan rangka bagian depan
Skema gaya pembebanan rangka bagian depan
Gambar reaksi gaya dalam untuk potongan (X-X) batang A-B
Diagram NFD pada batang A-B
Diagram SFD pada batang A-B
Skema diagram BMD pada batang A-B
Skema bentuk rangka
3
4
5
12
13
15
15
17
17
18
19
19
20
22
23
24
28
29
32
33
33
34
34
34
35
DAFTAR LAMPIRAN
1 Perhitungan dragforce mesin pencuci kentang
2 Perhitungan daya mesin
3 Perhitungan poros silinder
4 Perhitungan puli
5 Perhitungan sabuk
6 Perhitungan rangka
7 Perhitungan kekuatan bahan
8 Perhitungan bak penampung
9 Gambar teknik
27
27
28
30
30
32
36
36
38
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Karbohidrat merupakan sumber bahan bakar yang penting bagi kelangsungan
sistem biologis manusia. Di Indonesia, sumber utama karbohidrat diperoleh dari
beras. Menurut data dari Departemen Pertanian (2013), konsumsi beras per kapita
di Indonesia tahun 2013 adalah 85.514 kg per tahun dan merupakan yang tertinggi
di Asia. Untuk mengurangi konsumsi beras yang terus meningkat dan mencapai
ketahanan pangan, pemerintah melakukan sosialisasi program diversifikasi pangan
dengan memberikan beberapa alternatif sumber karbohidrat lain seperti umbiumbian, jagung, dsb.
Kentang merupakan sumber karbohidrat yang banyak dikonsumsi di dunia
dengan posisi di peringkat ke-4 setelah beras, gandum, dan jagung. Menurut data
dari BPS (2013), produksi kentang tahun 2013 yaitu 1,124,282 ton dengan
produktivitas 16.02 ton per hektar, tetapi konsumsi kentang per kapita di Indonesia
hanya sekitar 2,028 kg per tahun dikarenakan masyarakat Indonesia belum
menjadikan kentang sebagai makanan pokok. Kentang memiliki kandungan gizi
sedikit lebih tinggi dibanding nasi dengan protein dan mineral yang lebih beragam
pula. Mengkonsumsi kentang tanpa membuang kulitnya dapat membantu
mencegah penyakit jantung dan stroke.
Sebelum mengalami sortasi dan grading terlebih dahulu dilakukan proses
pencucian. Umbi kentang yang telah dipanen, dibersihkan dengan cara
memasukkannya kedalam bak air. Pencucian bertujuan untuk menghilangkan
kotoran, residu pestisida, dan sumber-sumber kontaminasi. Biasanya ditambahkan
suatu bahan kimia yaitu klorin kedalam air pencucian yang bertujuan untuk
mengendalikan mikroorganisme. Klorin efektif bila larutan dijaga pada pH netral.
Perlakuan klorin dengan konsentrasi 100-150 ppm dapat membantu mengendalikan
patogen selama proses lebih lanjut. Setelah itu, bahan dikeringkan dengan cara
meniriskan dan memberikan udara (Muchtadi et al. 1996).
Proses pencucian dilakukan untuk membersihkan ubi jalar dari kotoran
seperti tanah yang masih menempel. Pencucian dilakukan di bawah pancuran air
kran, atau dengan merendamnya dalam suatu wadah selama beberapa waktu.
Apabila kotoran menempel dengan kuat, maka pencucian dapat dikombinasikan
dengan penyikatan dan penyemprotan air (Winarno 1981)
Mesin yang akan dirancang berfungsi untuk menghilangkan kotoran (tanah
dan debu) pada kulit kentang sehingga kentang dapat diolah dengan lebih mudah
ataupun dikonsumsi tanpa membuang kulitnya. Media yang digunakan untuk
membersihkan yaitu air dengan wadah silinder terbuka serta suatu silinder sebagai
wadah kentang dan menerapkan teori gaya sentrifugal. Mesin ini dapat
mempercepat pada proses pembersihan, waktu yang dibutuhkan untuk pembersihan
pun menjadi lebih singkat karena dengan kapasitas yang cukup besar. Oleh karena
itu, mesin ini penting dalam membantu para petani dalam proses pembersihan
kentang tersebut. Masalah yang mendasari pembuatan mesin ini yaitu selain untuk
proses pembersihan, manfaat lainnya agar kentang hasil pembersihan tidak cepat
2
membusuk saat proses penyimpanan yang dikarenakan kotoran yang melekat pada
kentang.
Perumusan Masalah
Mesin pertanian merupakan salah satu indikator yang mempengaruhi
produktivitas pertanian kentang. Selama ini proses pencucian kentang masih
menggunakan cara manual sehingga memerlukan waktu yang sangat lama dan
tenaga kerja yang banyak pula. Oleh karena itu perlu dibuat mesin yang dapat
mengatasi permasalahan tersebut. Diharapkan peralatan tersebut dapat terjangkau
oleh petani, baik dari harga dan operasionalnya.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk meningkatkan kinerja mesin pencuci
kentang dengan cara:
1. Mendesain silinder pencuci kentang dengan menambah sikat yang memiliki
tekstur halus pada permukaan dalam silinder pencuci kentang dengan cara
mengelilingi permukaan dalam silinder pencuci kentang.
2. Mendesain bak penampung air menjadi berbentuk silinder mengikuti bentuk
silinder pencuci kentang.
3. Menguji tingkat kebersihan dan tingkat kerusakan kentang.
TINJAUAN PUSTAKA
Kentang
Kentang (Solanum tuberosum L.) merupakan tanaman pangan utama dunia
setelah padi, gandum, dan jagung yang mendapatkan prioritas dalam
pengembangannya di Indonesia. Sebagai salah satu bahan pangan yang
mengandung karbohidrat, mineral dan vitamin yang cukup tinggi, kentang dapat
menggantikan bahan pangan karbohidrat yang berasal dari beras, gandum, atau
jagung tersebut untuk memenuhi kebutuhan pangan masyarakat (Samanhudi 2001).
Pembersihan dan Pencucian
Pembersihan adalah proses menghilangkan kotoran yang menempel pada
umbi. Tujuannya untuk menghilangkan kotoran yang masih menempel pada umbi
supaya umbi terlihat menarik. Selama pembersihan, usahakan umbi kentang bebas
dari segala kotoran yang menempel pada umbi seperti tanah, sisa tanaman atau akar
tanaman dengan cara dipangkas, setelah itu dicuci dengan air bersih secara hati-hati.
Untuk mencucinya dapat dilakukan dengan cara memasukkan umbi ke dalam bak
air atau disemprot dengan air bersih.Umbi-umbi yang sudah dibersihkan tersebut
ditaruh pada terpal atau bahan lain untuk dikering anginkan. Dalam pengeringan
3
umbi yang baru dicuci itu jangan dikeringkan langsung pada sinar matahari karena
akan merusak permukaan kulit kentang (Rachmat 2006).
Pencucian (washing) dilakukan pada ubi jalar yang tumbuh dekat tanah untuk
membersihkan kotoran yang menempel dan memberi kesegaran. Selain itu dengan
pencucian juga dapat mengurangi residu pestisida dan hama penyakit yang terbawa.
Pencucian disarankan menggunakan air yang bersih, penggunaan desinfektan pada
air pencuci sangat dianjurkan. Kentang dan ubi jalar disarankan untuk dicuci (Hong
2006).
Cara membersihkan kotoran dan batang tanaman yang terbawa umbi sebagai
berikut:
1. Potong bagian tanaman hingga sampai umbinya saja.
2. Umbi yang telah dipisahkan kemudian dibersihkan menggunakan kain.
Pembersihan umbi harus dilakukan dengan hati-hati agar tidak terjadi
kerusakan fisik pada kulit umbi. Umbi yang lecet akan mudah terinfeksi
oleh pantogen di penyimpanan.
3. Umbi yang telah dibersihkan dari segala kotoran segera dikumpulkan di
tempat penampungan hasil.
Umbi yang bersih dari segala kotoran dapat menghilangkan jasad-jasad renik
yang menempel pada umbi, dengan demikian umbi tidak mudah terserang patogen
di penyimpanan hingga sampai di konsumen. Di samping itu, penampilan umbi
akan lebih menarik sehingga mendorong konsumen untuk membelinya. Kotoran
adalah benda-benda asing bukan umbi seperti tanah, pasir dan benda lainnya yang
menempel pada umbi (Dede 2007).
Mesin Pencuci (Washing Machine)
Menurut Grierson (1987), drum logam dapat digunakan untuk tempat
pencucian sederhana. Drum dipotong sebagian, diberi lobang penyaluran air, dan
semua pinggiran ditutup dengan karet atau selang plastik yang dipecah. Drum
kemudian ditempatkan pada meja kayu miring. Pada bagian meja atas diberi
susunan kayu-kayu tipis (reng) dan digunakan sebagai rak pengering sebelum
dilakukan pengemasan. Karena drum baja biasanya digunakan untuk menyimpan
minyak atau bahan kimia, untuk itu dibersihkan menyeluruh sebelum digunakan
sebagai tempat pencucian. Mesin pencuci tipe drum logam tersebut ditunjukkan
seperti pada Gambar 1.
Gambar 1 Mesin pencuci tipe drum logam (Grierson 1987)
4
Menurut FAO (1989), tangki untuk mencuci produk berikut ini terbuat dari
logam galvanis lembaran. Penyekat terbuat dari logam lembaran terperforasi atau
berlubang ditempatkan dekat pipa pengeluaran air dan membantu mensirkulasikan
air melalui produk. Air segar ditambahkan dengan tekanan melalui pipa terperforasi,
membantu menggerakkan produk yang mengambang ke arah pengeluaran air dari
tangki untuk selanjutnya diangkat setelah bersih. Penyempurnaan rancangan di
bawah ini dapat dilakukan dengan menambahkan jaring kotoran di muka penyekat,
dan suatu sistem re-sirkulasi untuk air pencucian (dengan penambahan klorin).
Mesin pencuci tipe tangki logam tersebut ditunjukkan seperti pada Gambar 2.
Gambar 2 Mesin pencuci tipe tangki logam (FAO 1989)
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Maret – Agustus 2014 di Laboratorium
Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Bahan Penelitian
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah kentang yang
didapatkan dari petani di daerah Penggalengan, Bandung. Banyaknya kentang yang
digunakan yaitu 45 kg untuk mengukur tingkat kebersihan dan 45 kg untuk
mengukur tingkat kerusakan. Bahan yang digunakan untuk konstruksi mesin
pencuci adalah stainless steel untuk konstruksi silinder drum pencuci, besi pejal
untuk konstruksi poros as silinder, plat besi untuk bak penampung, besi hollow
untuk konstruksi rangka, serta bearing untuk memutar poros silinder.
5
Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan las dan bengkel
untuk pabrikasi, tachometer, inverter, timbangan digital untuk mengukur berat
kentang, stopwatch untuk mengetahui waktu kerja, software Solidworks Premium
2011, dan software Microsoft Office 2010.
Tahapan Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode perancangan
secara umum dan dilanjutkan sampai pada proses pabrikasi. Beberapa pendekatan
yang digunakan dalam perancangan adalah pendekatan rancangan fungsional
dan pendekatan rancangan struktural. Tahapan dari penelitian ini disajikan dalam
Gambar 3.
Mulai
Identifikasi Masalah
Pengembangan dan
Perumusan Ide Desain
Penetapan Mekanisme
Konseptual Gambar
Analisis Rancangan
Tidak
Gambar Teknik
Pembuatan Model Fisik
Pengujian Fungsional dan Kinerja
Berhasil
Ya
Selesai
Gambar 3 Langkah-langkah penelitian
6
Menurut Harsokoesoemo (1999), tahapan penelitian mengacu pada fase
pembangkitan konkuren (concurrent design) dengan mengacu pada sembilan dasar
perancangan konkuren, yaitu:
1. Menggunakan produk atau unit konstruksi yang sudah ada.
2. Menentukan bahan dan metodologi perakitan
3. Menentukan keterbatasan dimensi desain
4. Mengidentifikasi subsistem yang membangun keseluruhan sistem
5. Mengembangkan hubungan berupa konstruksi dudukan dan chasis
6. Merakit dan menggabungkan interface dan komponen – komponen
fungsional sistem
7. Melakukan evaluasi desain
8. Penghalusan bahan dan perakitan
9. Penghalusan bentuk akhir sistem (finishing)
Pengembangan dan Perumusan Ide Desain
Melakukan analisis dari permasalahan yang ada dan pengumpulan ide-ide
pemecahan masalah dengan mempertimbangkan berbagai aspek yang terkait.
Tahapan ini menghasilkan beberapa desain fungsional dan desain struktural. Dalam
tahapan ini mekanisme, bentuk dan posisi dari berbagai komponen direncanakan
dengan batasan permasalahan yang akan dipecahkan.
Penetapan Mekanisme
Dalam tahapan ini dipilih konsep desain terbaik sesuai dengan kondisi
permasalahan yang akan dipecahkan untuk kemudian dilanjutkan pada tahapan
analisis desain dan pembuatan gambar kerja.
Konseptual Gambar
Dalam proses ini ide desain yang telah dikembangkan akan dikonsepkan
dalam bentuk gambar.
Analisis Rancangan
Dalam tahapan ini dilakukan perhitungan teknik sehingga didapatkan
dimensi komponen, daya penggerak, analisis berat dan titik berat dari
komponen/bagian mesin. Beberapa analisis rancangan mengacu pada:
1) Analisis kekuatan bahan
Analisis kekuatan bahan dilakukan untuk mempertimbangkan kemampuan
maksimum dari komponen yang dirancang. Beberapa analisis kekuatan bahan
diantaranya tekanan dan tarikan, lenturan dan tegangan geser.
2) Analisis daya dan tenaga
Analisis daya dilakukan untuk mengetahui kemampuan mesin pencuci
kentang dalam daya putar untuk memutarkan silinder pencuci kentang.
3) Analisis gaya
Analisis ini dilakukan untuk menentukan gaya yang bekerja pada mesin yang
dirancang seperti yang bekerja pada chasis, gaya yang bekerja pada bak penampung
air, dan gaya yang diterima bak penampung air saat silnder pencuci kentang
berputar. Analisis gaya ini menggunakan persamaan kesetimbangan gaya.
7
Gambar Teknik
Setelah dilakukan analisis rancangan dan didapatkan dimensi atau ukuran dari
tiap komponen struktur maka dilakukan proses gambar teknik. Gambar konseptual
yang telah dibuat dikembangkan menjadi gambar yang telah disesuaikan ukurannya
menurut perhitungan analisis teknik/rancangan. Gambar teknik juga dapat
digunakan untuk proses manufaktur pada tahapan yang lebih lanjut.
ANALISIS RANCANGAN
Kriteria Rancangan
Mesin pencuci umbi-umbian yang ada saat ini menggunakan sikat sebagai
pembersih ditempelkan pada bagian porosnya saja dan memiliki kapasitas 500
kg/jam. Pada proses rancang bangun ini dilakukan pemberian dan penambahan
sikat pada permukaan dalam silinder pencuci kentang untuk meningkatkan tingkat
kebersihan pada kulit kentang. Mesin pencuci kentang difungsikan sebagai
pembersih kulit kentang yang masih menempel tanah pada kulit kentang dari proses
pascapanen, sehingga kentang yang kulitnya sudah bersih dapat dijual ke pasar
seperti fresh market dan dapat juga dijadikan benih kembali dengan menjualnya ke
Balai Pembenihan Kentang. Silinder pencuci membersihkan kentang dengan
kecepatan putar poros silinder yang optimal dan tidak merusak kulit kentang atau
membuat kulit kentang terluka. Desain silinder wadah pencuci kentang disesuaikan
dengan tekstur kentang yang berbentuk bulat agar tidak rusak saat silinder berputar
dengan menambahkan sikat pada permukaan dalam dari silinder pencuci kentang
tersebut.
Pengembangan dan Penyempurnaan Ide Desain
Pengembangan ide desain merupakan tahapan dalam proses desain.
Perubahan yang terjadi pada rancangan dimaksudkan agar desain yang dihasilkan
memiliki mekanisme yang sederhana dan dapat diaplikasikan dengan mudah.
Dalam proses pengembangan desain terjadi beberapa perubahan dan mekanisme
pada mesin pencuci kentang yang dirancang, perubahan ini dipengaruhi kekuatan
bahan dan ketersedian bahan yang ada dipasaran serta penyesuaian pola kegiatan
pencucian. Rancangan yang dilakukan pada mesin pencuci kentang terletak pada
bagian silinder tempat pencuci dan loading kentang, bentuk dan ukuran sikat, dan
rangka bak penampung air.
Rancangan Fungsional
Fungsi utama dari mesin yang dirancang adalah untuk menggantikan fungsi
petani dalam mencuci kentang yang masih mengunakan metode manual dalam
pencucian kentang dengan direndam di dalam bak penampung air dan tanpa
menggunakan sikat. Mesin pencuci umbi-umbian adalah suatu mesin yang
8
digunakan untuk mencuci khususnya dari jenis umbi-umbian yaitu singkong, wortel
dan ubi jalar. Cara kerja mesin ini adalah menggunakan alat penyikat yang berputar
dan menggunakan air untuk membasahi umbi-umbian selama proses pencucian.
Mesin ini berguna sebagai pencucian awal sebelum umbi-umbian tersebut diolah
menjadi produk lain ataupun langsung dijual ke konsumen. Seperti telah diketahui
bahwa jenis umbi-umbian ini buahnya terdapat di dalam tanah sehingga hasil
panennya memerlukan pencucian awal sebelum diolah atau diproses lanjut.
Pencucian yang dimaksud yaitu memisahkan sisa-sisa tanah, daun-daun kering,
ataupun kotoran lain yang menempel pada kulit luar dari umbi-umbian.
Mesin yang dirancang akan diaplikasikan pada proses pencucian dan
pembersihan tanah yang menempel pada bagian kulit kentang. Oleh karena itu
mesin yang dirancang harus memiliki kemampuan untuk membersihkan permukaan
kulit kentang dari tanah yang menempel. Untuk memenuhi kriteria kebersihan
kentang dilakukan dengan menentukan kecepatan putar pada poros motor listrik
yang mempengaruhi kecepatan putaran poros silinder yang optimal agar kentang
dapat bersih dan tidak mengalami kerusakan seperti terkelupas pada bagian kulitnya.
Kapasitas dari mesin yang dirancang dapat diupayakan menampung kentang
dengan jumlah besar. Sehingga perlu didesain bak penampung yang memiliki
kapasitas besar. Untuk mendukung tercapainya fungsi utama tersebut maka
diperlukan fungsi-fungsi turunannya antara lain: fungsi penggerak, fungsi
penampung kentang, fungsi pengatur frekuensi listrik, dan fungsi saluran air
sebagai tempat pembuangan kotoran setelah proses pencucian.
Rangka dirancang agar mampu menahan sebagian besar beban yang ada
dalam mesin pencuci kentang yang dirancang. Fungsi utama rangka adalah
memberikan bentuk dari suatu alat atau mesin dan sebagai tempat terpasangnya
bagian/komponen yang lain. Selain itu rangka juga menentukan dimensi mesin
pencuci kentang yang dirancang. Sehingga lebar dan panjang rangka harus
disesuaikan dengan parameter desain yang ada.
Bak penampung air berfungsi sebagai penampung air untuk melakukan
pencucian kentang, bak penampung ini berbentuk silinder agar tidak terjadi
hempasan air yang berlebihan pada saat silinder pencuci kentang berputar. Silinder
pencuci kentang berfungsi sebagai tempat unloading dan loading kentang sebelum
dan sesudah dicuci, dan tempat menempelnya sikat-sikat pencuci kentang.
Sikat pencuci kentang berfungsi untuk menyikat kulit kentang yang masih
tertempel tanah agar tanah yang menempel tersebut dapat bersih secara menyeluruh
pada saat silinder pencuci kentang berputar, sikat ditempelkan pada permukaan
silinder pencuci kentang. Inverter berfungsi sebagai pengatur frekuensi listrik untuk
menurunkan dan menaikan kecepatan putar dari poros motor listrik. Dengan sistem
terdapat tombol pengaturan menaikkan dan menurunkan nilai frekuensinya pada
layar digital dari inverter tersebut.
Pemilihan motor penggerak didasarkan pada kebutuhan daya yang akan
ditransmisikan. Motor penggerak yang dipilih harus mampu menjaga mesin
pencuci kentang tetap berada dalam performa yang baik agar kegiatan pencucian
kentang berjalan lancar.
Saluran pembuangan air berfungsi sebagai tempat pembuangan kotoran
setelah proses pencucian berupa air bercampur tanah. Saluran pembuangan didesain
untuk mudah dibuka tutup agar memudahkan proses pengeluaran kotoran dan
dirancang agar tidak mengalami kebocoran.
9
Mesin pencuci kentang diaplikasikan untuk mencuci dan membersihkan
kentang untuk petani kentang yang akan menjualnya ke fresh market dan dapat juga
difungsikan untuk pembersihan pada benih kentang dikelola oleh Balai Pembenihan
Kentang yang nantinya akan dijual kembali ke petani kentang.
Rancangan Struktural
Perhitungan Dragforce
Menurut Batchelor (1967), untuk menghitung dragforce pada Lampiran 1 yang
diformulasikan pada Persamaan (1) sebagai berikut:
Fd =
×
Keterangan:
×
×
�
× A ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
kg⁄
m
m
= Kecepatan
⁄s
� = Koefisien dragforce
A = Luas penampang m
= Densitas air
Perhitungan Daya Mesin
Menurut Mott (2009), untuk menghitung daya mesin terlebih dahulu dihitung
torsinya yang diformulasikan pada Persamaan (2) sebagai berikut:
� =
× � ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
Keterangan:
F = Gaya putar (N)
R = Jari-jari lingkaran (mm)
Mesin pencuci kentang ini dirancang dengan beban maksimum 50 kg kentang,
kapasitas mesin ini disesuaikan dengan kebutuhan. Nilai torsi yaitu 19.44 Nm, yang
didapatkan dari perhitungan yang disajikan pada Lampiran 2.
Daya mesin menurut Achmad (1999) yang diformulasikan pada Persamaan (3), (4),
dan (5) sebagai berikut:
�=
ω=
�
�
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
Pd = � ×
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
Dimana :
T = Torsi (Nm)
n = Putaran poros (rpm)
fc = Faktor koreksi daya
Pd = Daya rencana (Watt)
P = Daya nominal (Watt)
10
ω = Kecepatan sudut (rad/s)
Berdasarkan hasil perhitungan pada Lampiran 2, maka dapat diketahui daya
yang dibutuhkan untuk melakukan pencucian, adalah sebesar 1.5 Hp. Melihat daya
motor yang ada di pasaran maka digunakan motor listrik dengan daya 1.5 Hp.
Perhitungan Poros
Perhitungan yang digunakan dalam perencanaan poros pencuci disajikan pada
Lampiran 3 dan diformulasikan antara lain:
a. Gaya tarik v-belt pada pembebanan poros dapat dilihat pada Persamaan (6) yang
diformulasikan oleh Sularso dan Suga (2004) sebagai berikut:
T
T − T = ∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
R
Keterangan :
T = Torsi motor listrik (kg.mm)
R = Jari-jari puli pada poros (rpm)
b. Tegangan geser ijin menurut Sularso dan Suga (2004) yang diformulasikan pada
Persamaan (7) sebagai berikut:
�
� =
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
×
Keterangan:
� = Tegangan geser ijin kg⁄mm
� = Kekuatan tarik bahan kg⁄mm
= Faktor koreksi
×
c. Diameter poros menurut Sularso dan Suga (2004) yang diformulasikan pada
Persamaan (8) sebagai berikut:
≥ [(
.
)√
�
.
+
∙� ]
⁄
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
Keterangan :
= Diameter poros (mm)
� = Tegangan geser yang diijinkan kg⁄mm
= Faktor koreksi
= Momen lentur (kg.mm)
= Faktor koreksi
� = Momen puntir (kg.mm)
d. Tegangan maksimal menurut Sularso dan Suga (2004) yang diformulasikan pada
Persamaan (9) sebagai berikut:
�
=
∙
√
.
+
∙�
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙
11
Jika �