Desain dan Uji Teknis Sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis
DESAIN DAN UJI TEKNIS SISTEM MEKANIK
MESIN SORTASI BUAH MANGGIS
MUHARFIZA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Desain dan Uji Teknis sistem
Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis” adalah karya saya sendiri dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka dibagian akhir tesis ini.
Bogor, 13 Oktober 2006.
Muharfiza
F151030061
ABSTRAK
MUHARFIZA. F151030061. Desain dan Uji Teknis Sistem Mekanik Mesin
Sortasi Buah Manggis. Dibimbing oleh SUROSO dan I WAYAN BUDIASTRA.
Manggis merupakan salah satu produk perkebunan unggulan Indonesia
dengan nilai ekspor yang mencapai US$9.31 juta pada tahun 2003. Untuk tetap
meningkatkan dan mempertahankan nilai ekspor ini diperlukan penanganan
sortasi yang baik. Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini,
proses sortasi dan pemutuan buah manggis banyak dikembangkan secara otoma tis
menggunakan bantuan komputer. Ini didorong oleh terbatasnya kemampuan dan
waktu manusia untuk dapat melakukan penyortiran serta berbedanya persepsi
setiap penyortir. Pemutuan buah manggis yang sedang dikembangkan dewasa ini
adalah pemutuan kualitas bagian dalam dari buah seperti tingkat kematangan, rasa
maupun kerusakan. Hingga saat ini, alat sortasi manggis secara otomatis belum
ada. Oleh itu diperlukan perekayasaan alat penyortir yang dapat bekerja secara
otomatis dan akurat mulai dari pemasukkan buah sampai dengan penampungan
hasil sortasi.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang (kapasitas, daya, sistem transmisi
dan poros), membangun (rangka, unit pengolahan citra, unit ultrasonik dan sistem
transportasi) serta menguji sistem mekanik alat sortasi buah manggis.
Sistem mekanik terdiri dari rangka, motor AC, mangkuk sebanyak 22 buah,
sistem transmisi dan rantai konveyor. Puli yang dipakai bertipe 16H dan 41H
dengan nomor nominal sabuk gilir 350H untuk penggerak reducer dan 410H
untuk penggerak konveyor, sedangkan untuk poros yang dipilih berbahan S45C
dengan diameter 31.5 mm. Bahan yang digunakan untuk rangka utama dan
pengolahan citra adalah rectangular tube 40 mm × 40 mm dengan ukuran
keseluruhan 2400 mm × 500 mm dan tinggi 1480 mm. Unit ultrasonik terbuat dari
bahan aluminium dengan tebal 10 mm dan mempunyai ukuran 100 mm × 400 mm
dengan tinggi 500 mm. Sistem transportasi dirancang dari rantai RS40 serta
sproket 40B60 dengan kecepatan pergerakan rantai 0.073 m/s. Hasil analisa
lenturan didapat lendutan yang terjadi sebesar 1.722 mm dengan lendutan ijin 6
mm pada titik P3 dengan beban 37.5×103 kg mm sehingga secara keseluruhan
rangka mesin sortasi manggis ini aman dan layak untuk dipergunakan. Mesin
sortasi manggis ini dapat menggiring manggis hingga ke akhir jalur transportasi
sebanyak 600 buah per jam, daya yang dipakai 0.4962 Hp dengan putaran motor
1405 rpm sehingga diperlukan reducer 1:40 sebagai pereduksi.
DESAIN DAN UJI TEKNIS SISTEM MEKANIK
MESIN SORTASI BUAH MANGGIS
MUHARFIZA
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
Judul Penelitian
Nama Mahasiswa
NRP
: Desain dan Uji Teknis Sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis
: Muharfiza
: F151030061
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr
Ketua
Dr. Ir. I Wayan Budiastra, M.Agr
Anggota
Diketahui
a.n. Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Sekretaris,
Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
Tangga l Ujian: 13 Oktober 2006
Tanggal Lulus:
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 21 Nopember 1979 dari ayah
Rizal Saleh, SE dan ibu Hafnizar Hasan. Penulis merupakan putra pertama dari
tiga bersaudara.
Tahun 1997 penulis lulus dari SMU Negeri 57 Jakarta dan pada tahun
yang sama lulus seleksi masuk Universitas Syiah Kuala melalui jalur Ujian Masuk
Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN). Penulis diterima pada Jurusan Teknik
Pertanian Fakultas Pertanian dan selesai pada tahun 2003, ditahun yang sama
penulis diterima sebagai mahasiswa pascasarjana di Program Studi Ilmu
Keteknikan Pertanian pada Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Beasiswa pendidikan Pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan
Nasional (BPPS) tahun 2004 selama 18 bulan dan bantuan dari PEMDA NAD
pada tahun 2004 dan tahun 2005.
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul “Desain dan Uji
Teknis Sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis”. Tesis ini merupakan
hasil penelitian yang telah penulis laksanakan mulai bulan September 2005 – Juli
2006. Perancangan dilakukan dengan menggunakan bantuan software komputer,
perakitan dilakukan di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian,
Departemen Pertanian RI di Serpong sedangkan untuk penyetelan dan pengujian
dilakukan di Laboratorium Metatron Departemen Teknik Pertanian Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini merupakan bagian
dari Program Hibah Pasca yang terdiri dari beberapa bagian penelitian, penulis
termasuk dalam bagian manufakturing dengan kegiatan merancang, merakit dan
menguji transportasi mesin sortasi tersebut.
Penulis menghaturkan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada
Bapak Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Bapak Dr.
Ir. I Wayan Budiastra, M.Agr selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah
banyak memberikan bimbingan dan arahannya dari awal penelitian hingga
selesainya penulisan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada
Bapak Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku Penguji Luar Komisi yang
telah banyak memberikan masukan dan pengayaan dalam tesis ini. Ucapan terima
kasih juga penulis ucapkan kepada Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan
Pertanian Bapak Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M. Agr yang telah banyak
membantu penulis dalam memberikan masukan secara langsung maupun tidak
langsung.
Ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada Direktur Jenderal
Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional, yang telah memberikan
biaya bantuan pendidikan pascasarjana (BPPS) selama 18 bulan, kepada Rektor
Universitas Gunung Leuser serta kepada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian
Bogor, yang juga telah memberikan bantuan biaya penelitian dalam program
Hibah Tim Pascasarjana hingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan ini.
Ucapan terima kasih selanjutnya penulis haturkan kepada Bapak Sulyaden
sebagai teknisi di Bengkel Departemen Teknik Pertanian IPB, kepada rekan-rekan
penulis: Mas Wagimin, Mas Andre, B’Ade, B’Wein, B’Samsul, B’Din, P’Sandra,
B’Ayus, B’Can, C’Mun, Bayu, Iqbal dan Mala yang telah banyak membantu
penulis dalam penyelesaian tesis ini, serta teman-teman di IKAMAPA yang tidak
dapat disebutkan satu per satu.
Selanjutnya ucapan terima kasih yang teramat dalam penulis haturkan
kepada istri penulis tercinta Yudia Handayani, SE yang selalu mendoakan,
mencurahkan kasih sayang dan mendorong penulis untuk berhasil. Tidak lupa
do’a penulis kepada Ayahanda Rizal Saleh, SE dan Ibunda penulis Hafnizar
Hasan yang telah melahirkan, membesarkan serta mendidik penulis juga kedua
adik tercinta Drh. Dian Keumala dan Citra Dewi Keumala. Selanjutnya terima
kasih kepada Mertua Penulis, Keluarga Besar di Jakarta dan Banda Aceh.
Bogor, 13 Oktober 2006
Muharfiza
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ······································································································ x
DAFTAR TABEL ······························································································ xiii
DAFTAR GAMBAR ························································································· xiv
DAFTAR LAMPIRAN ····················································································· xv
PENDAHULUAN
Latar Belakang ·························································································· 1
Tujuan Penelitian ······················································································ 3
Manfaat Penelitian ···················································································· 3
TINJAUAN PUSTAKA
Manggis ···································································································· 4
Mesin Sortasi ···························································································· 6
TAHAPAN PENELITIAN
Identifikasi Masalah ··················································································· 8
Gagasan Awal ···························································································· 8
Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan ··········································· 8
Analisis ······································································································ 9
Pelaksanaan ································································································ 9
PENDEKATAN DESAIN
Desain Fungsional ····················································································
Rangka ····························································································
Unit penggerak ···············································································
Unit pengolahan citra ·····································································
Unit ultrasonik ················································································
Unit pendoromg ··············································································
Unit penampung ·············································································
11
11
12
12
12
12
13
Desain Struktural ·······················································································
Unit penggerak ···············································································
Konstruksi rangka ··········································································
Unit pengolahan citra ·····································································
Unit pengolahan ultrasonik ····························································
Unit penampung ·············································································
13
13
13
14
14
14
xi
METODOLOGI PENELITIAN ········································································ 16
Waktu dan Tempat ··················································································· 16
Alat dan Bahan ························································································ 16
Analisis Perencanaan ···············································································
Perencanaan kapasitas ····································································
Perencanaan kebutuhan daya ·························································
Faktor keamanan ············································································
Perencanaan sistem transmisi sabuk gilir (timming belt) ···············
Perencanaan poros dan pasak ·························································
Analisis lenturan (bending analysis) ··············································
Sistem transportasi buah ·································································
16
16
16
17
19
23
29
30
Uji Teknis ································································································ 31
Analisa kapasitas mesin ································································· 31
HASIL PERANCANGAN
Perencanaan Kapasitas ············································································· 32
Perhitungan Daya yang Dibutuhkan ························································ 32
Perhitungan Transmisi Sabuk Gilir ························································· 32
Perhitungan sabuk gilir untuk menggerakkan reducer ·················· 33
Perhitungan sabuk gilir untuk menggerakkan konveyor ················ 38
Perhitungan Poros dan Pasak ··································································· 42
Perencanaan pemilihan poros dengan beban puntir ······················· 42
Perencanaan pemilihan pasak dan alur pasak ································ 45
Analisa Lenturan ······················································································
Perhitungan gaya akibat beban terpusat ·········································
Perhitungan momen jarak ·······························································
Perhitungan kontrol tegangan dan lendutan ···································
47
49
50
53
HASIL DAN PEMBAHASAN
Daya Penggerak yang Digunakan ···························································· 55
Transmisi Sabuk Gilir ·············································································· 56
Poros dengan Beban Puntir dan Pasak ····················································· 58
Rangka Utama, Pengolahan Citra dan Ultrasonik ··································· 59
Bak Penampung ······················································································· 61
Mangkuk dan Sistem Transportasi ·························································· 62
Penguat Tegangan Rantai ········································································ 64
Rancangan Solenoid ················································································· 65
Analisa Lenturan ······················································································ 65
xii
Hasil Uji Teknis ······················································································· 67
SIMPULAN
Simpulan ··································································································· 68
Saran ········································································································· 68
DAFTAR PUSTAKA ······················································································· 69
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi kandungan nilai gizi
buah manggis per 100 gr ···············································································
1
2 Perkembangan ekspor
buah manggis Indonesia tahun 2000 – 2004 ·················································
2
3 Persyaratan mutu manggis segar ···································································
5
4 Baja paduan untuk poros ··············································································· 23
5 Baja karbon untuk konstruksi mesin
dan baja batang yang difinis dingin untuk poros ··········································· 24
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Diameter poros standar ················································································ 72
2 Faktor konsentrasi tegangan ß untuk pembebanan puntir statisdari suatu
poros bulat dengan pengecilan diameter yang diberi filet ··························· 73
3 Faktor konsentrasi tegangan a untuk pembebanan puntir statis
dari suatu poros bulat dengan alur pasak persegi yang diberi filet ············· 73
4
Pemilihan untuk uk uran pasak dan alur pasak ············································ 74
5 Faktor koreksi K? ························································································· 75
6
Daerah penyetelan jarak sumbu poros ························································ 75
7
Tipe, ukuran dan pemakaian sabuk gilir ····················································· 76
8
Kapasitas daya yang ditransmisikan setiap inchi (25.4 mm)
lebar sabuk gilir Po (kW) ············································································· 77
9
Nomor nominal, jumlah gigi dan panjang untuk sabuk gilir standar ··········· 78
10 Faktor koreksi untuk berbagai JGT (Jumlah Gigi Terkait) ························· 79
11 Motor listrik dan reducer ············································································ 80
12 Rancangan rangka utama ············································································ 81
13 Rancangan unit pengolahan citra ································································ 82
14 Rancangan unit ultrasonik ··········································································· 83
15 Rancangan dudukan solenoid ······································································ 84
16 Rancangan mangkuk ··················································································· 85
17 Rancangan bak penampung ········································································· 86
18 Rancangan sistem transmisi ········································································ 87
19 Gambar sistem transportasi buah ································································ 88
20 As dan sproket tensioner ············································································· 89
21 Mesin sortasi hasil rancangan ····································································· 90
22 Gambar unit ultrasonik hasil rancangan ······················································ 90
23 Gambar unit pengolahan citra hasil rancangan ··········································· 91
xvi
24 Gambar solenoid ························································································· 91
25 Gambar bak penamp ung mutu super dan mutu 1 ········································ 92
26 Gambar bak penampung mutu 2 ································································· 92
27 Mangkuk dan sistem transportasi hasil rancangan ······································ 93
28 Poros dan sproket pengiring ········································································ 93
29 Roda rotasional ···························································································· 94
30 Roda statis ··································································································· 94
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Potensi dan peluang pasar industri buah-buahan dewasa ini terus meningkat,
hal ini disebabkan antara lain karena meningkatnya jumlah konsumen, pendapatan
dan kesadaran masyarakat akan pentingnya gizi khususnya buah manggis seperti
terlihat dalam Tabel 1. Untuk mengimbangi konsumsi ini dibutuhkan produk yang
sesuai dengan keinginan konsumen yaitu berkualitas baik dan mutu buah yang
seragam.
Tabel 1 Komposisi kandungan nilai gizi buah manggis per 100 gr (Departemen
Kesehatan. 1980)
Jenis Gizi
Air
Kalori
Karbohidrat
Serat Kasar
Lemak
Protein
Abu
Kalsium
Fosfor
Zat Besi
Vitamin B: Thiamin
Vitamin B: Riboflamin
Vitamin B: Niacin
Vitamin C
Nilai Gizi
79.7 gr
76 kal
18.6 gr
1.3 gr
0.8 gr
0.7 gr
0.2 gr
18 mgr
11 mgr
0.3 mgr
0.06 mgr
0.01 mgr
0.04 mgr
2 mgr
Salah satu tanaman yang mempunyai prospek baik dalam pemasaran dalam
dan luar negeri adalah manggis. Produksi manggis Indonesia dari tahun ke tahun
mengalami peningkatan hingga tahun 2003. Pada tahun 2000 Indonesia mampu
memenuhi pangsa ekspor sebesar 7182.098 kg, tahun 2001 sebesar 4868.528 kg,
tahun 2002 sebesar 6512.423 kg, tahun 2003 adalah titik tertinggi dalam volume
ekspor buah manggis hingga mencapai 9304.511 kg sedangkan pada tahun 2004
terjadi penurunan volume ekspor menjadi 3045.379 kg.
Dari total produksi manggis yang dihasilkan oleh petani Indonesia, hanya
sekitar 50% yang layak ekspor dibandingkan dengan Thailand dan Malaysia yang
mencapai 83%. Hal ini disebabkan karena penanganan pasca panen mulai dari
2
pemetikan, penyortiran, penggunaan zat antitranspiran hingga pendistrubusian
manggis yang belum maksimal sehingga tidak dapat memenuhi syarat ekspor.
Tabel 2
Perkembangan ekspor buah manggis Indonesia tahun 2000 – 2004
(Badan Pusat Statistik. 2005)
Tahun
2000
2001
2002
2003
2004
Volume
(kg)
7.182,098
4.868,528
6.512,423
9.304,511
3.045,379
Nilai
(US$)
5.885.038
3.953.234
6.956.915
9.306.042
3.291.855
Salah satu tahapan kegiatan pasca panen untuk memenuhi syarat ekspor
komoditas buah-buahan adalah proses sortasi dan pemutuan. Proses sortasi dan
pemutuan merupakan suatu proses pemisahan produk berdasarkan mutu yang
diperoleh pada pencirian sifat fisik produk yang berhubungan dengan faktor mutu
produk tersebut. Saat ini penyortiran buah dilakukan secara manual yaitu dengan
perkiraan-perkiraan berdasarkan pengalaman. Pada umumnya buah yang disortir
berdasarkan ukuran, berat dan warna buah sehingga mempunyai beberapa
keterbatasan salah satunya adalah tidak dapat diketahuinya kualitas dalam dari
buah tersebut. Tetapi untuk menyiasatinya, petani melakukan pengujian kualitas
dalam buah secara destruktif yaitu dengan mengambil beberapa sampel secara
acak yang kemudian dirusak untuk dapat mengetahui kualitas bagian dalamnya.
Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini, proses sortasi
dan pemutuan banyak dikembangkan dengan sistem otomatisasi yaitu dengan
menggunakan bantuan komputer. Hal ini disebabkan karena terbatasnya
kemampuan dan waktu manusia untuk dapat melakukan penyortiran dan
perbedaan persepsi setiap penyortir. Pemutuan buah yang sedang dikembangkan
dewasa ini adalah pemutuan kualitas bagian dalam buah seperti tingkat
kematangan, rasa maupun kerusakan. Hingga saat ini alat sortasi manggis secara
otomatis belum ada sehingga diperlukan alat penyortir manggis yang dapat
bekerja secara otomatis dan akurat mulai dari pemasukkan buah sampai dengan
penampungan hasil sortasi sehingga dapat meningkatkan produktifitas dalam
proses produksi.
3
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem mekanik (kapasitas, daya,
sistem transmisi dan poros), membangun (rangka, unit pengolahan citra, unit
ultrasonik dan sistem transportasi) serta menguji sistem mekanik alat sortasi buah
manggis.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat sebagai pembuka wawasan bagi para perancang
untuk dapat mengembangkan mesin sortasi khususnya buah manggis sehingga
didapat hasil rancangan mesin sortasi buah manggis yang lebih kompleks dan
akurat. Selain itu penelitian ini juga bermanfaat bagi eksportir dalam melakukan
penyortiran buah untuk tidak dilakukan secara manual sehingga hasil penyortiran
lebih akurat dan seragam sehingga dapat meningkatkan volume ekspor.
TINJAUAN PUSTAKA
Manggis
Menurut Juanda dan Cahyono (2000). Tanaman manggis dalam tata nama
tumbuhan atau taksonomi tumbuhan diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom
: Plantae
Divisi
: Spermatophyta
Sub divisi
: Angiospermae
Kelas
: Dicotyledonae
Ordo
: Gutiferanales
Famili
: Guttiferae
Genus
: Garcinia
Spesies
: Garcinia mangostana L.
Manggis merupakan tanaman buah yang berupa pohon yang berasal dari
hutan tropis yang teduh dikawasan Asia Tenggara, dari Asia Tenggara tanaman
ini menyebar ke daerah Amerika Tengah dan daerah tropis lainnya seperti
Srilanka, Malagasi, Karibia, Hawaii dan Australia Utara.
Berdasarkan SNI 01-3211-1992, mutu buah manggis dikelaskan menjadi
tiga yaitu mutu super, mutu 1 dan mutu 2 (Tabel 3). Adapun dasar pengkelasan
mutunya adalah dengan melihat keseragaman ukuran diameter buah, tingkat
kesegaran warna kulit, kecacatan atau kebusukan buah, kelengkapan tangkai atau
kelopak buah, kadar kotoran, keberadaan serangga dan warna daging buah.
5
Tabel 3 Persyaratan mutu manggis segar (Dewan Standar Nasional. 1992)
Jenis Uji
Keseragaman
Diameter
Tingkat Kesegaran
Warna Kulit
Buah Cacat atau
Busuk
Tangkai dan atau
Kelopak
Kadar Kotoran
b
b
Serangga Hidup
dan atau Mati
Warna
Daging Buah
( )
Mutu Super
Seragam
>65 mm
Segar
Hijau kemerahan
s/d merah muda
mengkilat
Persyaratan
Mutu 1
Seragam
55-65 mm
Segar
Hijau kemerahan
s/d merah muda
mengkilat
0%
0%
0%
Utuh
Utuh
Utuh
0%
0%
0%
Tidak ada
Tidak ada
Tidak ada
Putih bersih khas
manggis
Putih bersih khas
manggis
Putih bersih khas
manggis
Mutu 2
Seragam
MESIN SORTASI BUAH MANGGIS
MUHARFIZA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Desain dan Uji Teknis sistem
Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis” adalah karya saya sendiri dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka dibagian akhir tesis ini.
Bogor, 13 Oktober 2006.
Muharfiza
F151030061
ABSTRAK
MUHARFIZA. F151030061. Desain dan Uji Teknis Sistem Mekanik Mesin
Sortasi Buah Manggis. Dibimbing oleh SUROSO dan I WAYAN BUDIASTRA.
Manggis merupakan salah satu produk perkebunan unggulan Indonesia
dengan nilai ekspor yang mencapai US$9.31 juta pada tahun 2003. Untuk tetap
meningkatkan dan mempertahankan nilai ekspor ini diperlukan penanganan
sortasi yang baik. Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini,
proses sortasi dan pemutuan buah manggis banyak dikembangkan secara otoma tis
menggunakan bantuan komputer. Ini didorong oleh terbatasnya kemampuan dan
waktu manusia untuk dapat melakukan penyortiran serta berbedanya persepsi
setiap penyortir. Pemutuan buah manggis yang sedang dikembangkan dewasa ini
adalah pemutuan kualitas bagian dalam dari buah seperti tingkat kematangan, rasa
maupun kerusakan. Hingga saat ini, alat sortasi manggis secara otomatis belum
ada. Oleh itu diperlukan perekayasaan alat penyortir yang dapat bekerja secara
otomatis dan akurat mulai dari pemasukkan buah sampai dengan penampungan
hasil sortasi.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang (kapasitas, daya, sistem transmisi
dan poros), membangun (rangka, unit pengolahan citra, unit ultrasonik dan sistem
transportasi) serta menguji sistem mekanik alat sortasi buah manggis.
Sistem mekanik terdiri dari rangka, motor AC, mangkuk sebanyak 22 buah,
sistem transmisi dan rantai konveyor. Puli yang dipakai bertipe 16H dan 41H
dengan nomor nominal sabuk gilir 350H untuk penggerak reducer dan 410H
untuk penggerak konveyor, sedangkan untuk poros yang dipilih berbahan S45C
dengan diameter 31.5 mm. Bahan yang digunakan untuk rangka utama dan
pengolahan citra adalah rectangular tube 40 mm × 40 mm dengan ukuran
keseluruhan 2400 mm × 500 mm dan tinggi 1480 mm. Unit ultrasonik terbuat dari
bahan aluminium dengan tebal 10 mm dan mempunyai ukuran 100 mm × 400 mm
dengan tinggi 500 mm. Sistem transportasi dirancang dari rantai RS40 serta
sproket 40B60 dengan kecepatan pergerakan rantai 0.073 m/s. Hasil analisa
lenturan didapat lendutan yang terjadi sebesar 1.722 mm dengan lendutan ijin 6
mm pada titik P3 dengan beban 37.5×103 kg mm sehingga secara keseluruhan
rangka mesin sortasi manggis ini aman dan layak untuk dipergunakan. Mesin
sortasi manggis ini dapat menggiring manggis hingga ke akhir jalur transportasi
sebanyak 600 buah per jam, daya yang dipakai 0.4962 Hp dengan putaran motor
1405 rpm sehingga diperlukan reducer 1:40 sebagai pereduksi.
DESAIN DAN UJI TEKNIS SISTEM MEKANIK
MESIN SORTASI BUAH MANGGIS
MUHARFIZA
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
Judul Penelitian
Nama Mahasiswa
NRP
: Desain dan Uji Teknis Sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis
: Muharfiza
: F151030061
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr
Ketua
Dr. Ir. I Wayan Budiastra, M.Agr
Anggota
Diketahui
a.n. Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Sekretaris,
Dekan Sekolah Pascasarjana IPB
Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr
Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
Tangga l Ujian: 13 Oktober 2006
Tanggal Lulus:
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 21 Nopember 1979 dari ayah
Rizal Saleh, SE dan ibu Hafnizar Hasan. Penulis merupakan putra pertama dari
tiga bersaudara.
Tahun 1997 penulis lulus dari SMU Negeri 57 Jakarta dan pada tahun
yang sama lulus seleksi masuk Universitas Syiah Kuala melalui jalur Ujian Masuk
Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN). Penulis diterima pada Jurusan Teknik
Pertanian Fakultas Pertanian dan selesai pada tahun 2003, ditahun yang sama
penulis diterima sebagai mahasiswa pascasarjana di Program Studi Ilmu
Keteknikan Pertanian pada Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Beasiswa pendidikan Pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan
Nasional (BPPS) tahun 2004 selama 18 bulan dan bantuan dari PEMDA NAD
pada tahun 2004 dan tahun 2005.
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul “Desain dan Uji
Teknis Sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis”. Tesis ini merupakan
hasil penelitian yang telah penulis laksanakan mulai bulan September 2005 – Juli
2006. Perancangan dilakukan dengan menggunakan bantuan software komputer,
perakitan dilakukan di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian,
Departemen Pertanian RI di Serpong sedangkan untuk penyetelan dan pengujian
dilakukan di Laboratorium Metatron Departemen Teknik Pertanian Fakultas
Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini merupakan bagian
dari Program Hibah Pasca yang terdiri dari beberapa bagian penelitian, penulis
termasuk dalam bagian manufakturing dengan kegiatan merancang, merakit dan
menguji transportasi mesin sortasi tersebut.
Penulis menghaturkan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada
Bapak Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Bapak Dr.
Ir. I Wayan Budiastra, M.Agr selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah
banyak memberikan bimbingan dan arahannya dari awal penelitian hingga
selesainya penulisan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada
Bapak Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku Penguji Luar Komisi yang
telah banyak memberikan masukan dan pengayaan dalam tesis ini. Ucapan terima
kasih juga penulis ucapkan kepada Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan
Pertanian Bapak Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M. Agr yang telah banyak
membantu penulis dalam memberikan masukan secara langsung maupun tidak
langsung.
Ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada Direktur Jenderal
Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional, yang telah memberikan
biaya bantuan pendidikan pascasarjana (BPPS) selama 18 bulan, kepada Rektor
Universitas Gunung Leuser serta kepada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian
Bogor, yang juga telah memberikan bantuan biaya penelitian dalam program
Hibah Tim Pascasarjana hingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan ini.
Ucapan terima kasih selanjutnya penulis haturkan kepada Bapak Sulyaden
sebagai teknisi di Bengkel Departemen Teknik Pertanian IPB, kepada rekan-rekan
penulis: Mas Wagimin, Mas Andre, B’Ade, B’Wein, B’Samsul, B’Din, P’Sandra,
B’Ayus, B’Can, C’Mun, Bayu, Iqbal dan Mala yang telah banyak membantu
penulis dalam penyelesaian tesis ini, serta teman-teman di IKAMAPA yang tidak
dapat disebutkan satu per satu.
Selanjutnya ucapan terima kasih yang teramat dalam penulis haturkan
kepada istri penulis tercinta Yudia Handayani, SE yang selalu mendoakan,
mencurahkan kasih sayang dan mendorong penulis untuk berhasil. Tidak lupa
do’a penulis kepada Ayahanda Rizal Saleh, SE dan Ibunda penulis Hafnizar
Hasan yang telah melahirkan, membesarkan serta mendidik penulis juga kedua
adik tercinta Drh. Dian Keumala dan Citra Dewi Keumala. Selanjutnya terima
kasih kepada Mertua Penulis, Keluarga Besar di Jakarta dan Banda Aceh.
Bogor, 13 Oktober 2006
Muharfiza
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ······································································································ x
DAFTAR TABEL ······························································································ xiii
DAFTAR GAMBAR ························································································· xiv
DAFTAR LAMPIRAN ····················································································· xv
PENDAHULUAN
Latar Belakang ·························································································· 1
Tujuan Penelitian ······················································································ 3
Manfaat Penelitian ···················································································· 3
TINJAUAN PUSTAKA
Manggis ···································································································· 4
Mesin Sortasi ···························································································· 6
TAHAPAN PENELITIAN
Identifikasi Masalah ··················································································· 8
Gagasan Awal ···························································································· 8
Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan ··········································· 8
Analisis ······································································································ 9
Pelaksanaan ································································································ 9
PENDEKATAN DESAIN
Desain Fungsional ····················································································
Rangka ····························································································
Unit penggerak ···············································································
Unit pengolahan citra ·····································································
Unit ultrasonik ················································································
Unit pendoromg ··············································································
Unit penampung ·············································································
11
11
12
12
12
12
13
Desain Struktural ·······················································································
Unit penggerak ···············································································
Konstruksi rangka ··········································································
Unit pengolahan citra ·····································································
Unit pengolahan ultrasonik ····························································
Unit penampung ·············································································
13
13
13
14
14
14
xi
METODOLOGI PENELITIAN ········································································ 16
Waktu dan Tempat ··················································································· 16
Alat dan Bahan ························································································ 16
Analisis Perencanaan ···············································································
Perencanaan kapasitas ····································································
Perencanaan kebutuhan daya ·························································
Faktor keamanan ············································································
Perencanaan sistem transmisi sabuk gilir (timming belt) ···············
Perencanaan poros dan pasak ·························································
Analisis lenturan (bending analysis) ··············································
Sistem transportasi buah ·································································
16
16
16
17
19
23
29
30
Uji Teknis ································································································ 31
Analisa kapasitas mesin ································································· 31
HASIL PERANCANGAN
Perencanaan Kapasitas ············································································· 32
Perhitungan Daya yang Dibutuhkan ························································ 32
Perhitungan Transmisi Sabuk Gilir ························································· 32
Perhitungan sabuk gilir untuk menggerakkan reducer ·················· 33
Perhitungan sabuk gilir untuk menggerakkan konveyor ················ 38
Perhitungan Poros dan Pasak ··································································· 42
Perencanaan pemilihan poros dengan beban puntir ······················· 42
Perencanaan pemilihan pasak dan alur pasak ································ 45
Analisa Lenturan ······················································································
Perhitungan gaya akibat beban terpusat ·········································
Perhitungan momen jarak ·······························································
Perhitungan kontrol tegangan dan lendutan ···································
47
49
50
53
HASIL DAN PEMBAHASAN
Daya Penggerak yang Digunakan ···························································· 55
Transmisi Sabuk Gilir ·············································································· 56
Poros dengan Beban Puntir dan Pasak ····················································· 58
Rangka Utama, Pengolahan Citra dan Ultrasonik ··································· 59
Bak Penampung ······················································································· 61
Mangkuk dan Sistem Transportasi ·························································· 62
Penguat Tegangan Rantai ········································································ 64
Rancangan Solenoid ················································································· 65
Analisa Lenturan ······················································································ 65
xii
Hasil Uji Teknis ······················································································· 67
SIMPULAN
Simpulan ··································································································· 68
Saran ········································································································· 68
DAFTAR PUSTAKA ······················································································· 69
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi kandungan nilai gizi
buah manggis per 100 gr ···············································································
1
2 Perkembangan ekspor
buah manggis Indonesia tahun 2000 – 2004 ·················································
2
3 Persyaratan mutu manggis segar ···································································
5
4 Baja paduan untuk poros ··············································································· 23
5 Baja karbon untuk konstruksi mesin
dan baja batang yang difinis dingin untuk poros ··········································· 24
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Diameter poros standar ················································································ 72
2 Faktor konsentrasi tegangan ß untuk pembebanan puntir statisdari suatu
poros bulat dengan pengecilan diameter yang diberi filet ··························· 73
3 Faktor konsentrasi tegangan a untuk pembebanan puntir statis
dari suatu poros bulat dengan alur pasak persegi yang diberi filet ············· 73
4
Pemilihan untuk uk uran pasak dan alur pasak ············································ 74
5 Faktor koreksi K? ························································································· 75
6
Daerah penyetelan jarak sumbu poros ························································ 75
7
Tipe, ukuran dan pemakaian sabuk gilir ····················································· 76
8
Kapasitas daya yang ditransmisikan setiap inchi (25.4 mm)
lebar sabuk gilir Po (kW) ············································································· 77
9
Nomor nominal, jumlah gigi dan panjang untuk sabuk gilir standar ··········· 78
10 Faktor koreksi untuk berbagai JGT (Jumlah Gigi Terkait) ························· 79
11 Motor listrik dan reducer ············································································ 80
12 Rancangan rangka utama ············································································ 81
13 Rancangan unit pengolahan citra ································································ 82
14 Rancangan unit ultrasonik ··········································································· 83
15 Rancangan dudukan solenoid ······································································ 84
16 Rancangan mangkuk ··················································································· 85
17 Rancangan bak penampung ········································································· 86
18 Rancangan sistem transmisi ········································································ 87
19 Gambar sistem transportasi buah ································································ 88
20 As dan sproket tensioner ············································································· 89
21 Mesin sortasi hasil rancangan ····································································· 90
22 Gambar unit ultrasonik hasil rancangan ······················································ 90
23 Gambar unit pengolahan citra hasil rancangan ··········································· 91
xvi
24 Gambar solenoid ························································································· 91
25 Gambar bak penamp ung mutu super dan mutu 1 ········································ 92
26 Gambar bak penampung mutu 2 ································································· 92
27 Mangkuk dan sistem transportasi hasil rancangan ······································ 93
28 Poros dan sproket pengiring ········································································ 93
29 Roda rotasional ···························································································· 94
30 Roda statis ··································································································· 94
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Potensi dan peluang pasar industri buah-buahan dewasa ini terus meningkat,
hal ini disebabkan antara lain karena meningkatnya jumlah konsumen, pendapatan
dan kesadaran masyarakat akan pentingnya gizi khususnya buah manggis seperti
terlihat dalam Tabel 1. Untuk mengimbangi konsumsi ini dibutuhkan produk yang
sesuai dengan keinginan konsumen yaitu berkualitas baik dan mutu buah yang
seragam.
Tabel 1 Komposisi kandungan nilai gizi buah manggis per 100 gr (Departemen
Kesehatan. 1980)
Jenis Gizi
Air
Kalori
Karbohidrat
Serat Kasar
Lemak
Protein
Abu
Kalsium
Fosfor
Zat Besi
Vitamin B: Thiamin
Vitamin B: Riboflamin
Vitamin B: Niacin
Vitamin C
Nilai Gizi
79.7 gr
76 kal
18.6 gr
1.3 gr
0.8 gr
0.7 gr
0.2 gr
18 mgr
11 mgr
0.3 mgr
0.06 mgr
0.01 mgr
0.04 mgr
2 mgr
Salah satu tanaman yang mempunyai prospek baik dalam pemasaran dalam
dan luar negeri adalah manggis. Produksi manggis Indonesia dari tahun ke tahun
mengalami peningkatan hingga tahun 2003. Pada tahun 2000 Indonesia mampu
memenuhi pangsa ekspor sebesar 7182.098 kg, tahun 2001 sebesar 4868.528 kg,
tahun 2002 sebesar 6512.423 kg, tahun 2003 adalah titik tertinggi dalam volume
ekspor buah manggis hingga mencapai 9304.511 kg sedangkan pada tahun 2004
terjadi penurunan volume ekspor menjadi 3045.379 kg.
Dari total produksi manggis yang dihasilkan oleh petani Indonesia, hanya
sekitar 50% yang layak ekspor dibandingkan dengan Thailand dan Malaysia yang
mencapai 83%. Hal ini disebabkan karena penanganan pasca panen mulai dari
2
pemetikan, penyortiran, penggunaan zat antitranspiran hingga pendistrubusian
manggis yang belum maksimal sehingga tidak dapat memenuhi syarat ekspor.
Tabel 2
Perkembangan ekspor buah manggis Indonesia tahun 2000 – 2004
(Badan Pusat Statistik. 2005)
Tahun
2000
2001
2002
2003
2004
Volume
(kg)
7.182,098
4.868,528
6.512,423
9.304,511
3.045,379
Nilai
(US$)
5.885.038
3.953.234
6.956.915
9.306.042
3.291.855
Salah satu tahapan kegiatan pasca panen untuk memenuhi syarat ekspor
komoditas buah-buahan adalah proses sortasi dan pemutuan. Proses sortasi dan
pemutuan merupakan suatu proses pemisahan produk berdasarkan mutu yang
diperoleh pada pencirian sifat fisik produk yang berhubungan dengan faktor mutu
produk tersebut. Saat ini penyortiran buah dilakukan secara manual yaitu dengan
perkiraan-perkiraan berdasarkan pengalaman. Pada umumnya buah yang disortir
berdasarkan ukuran, berat dan warna buah sehingga mempunyai beberapa
keterbatasan salah satunya adalah tidak dapat diketahuinya kualitas dalam dari
buah tersebut. Tetapi untuk menyiasatinya, petani melakukan pengujian kualitas
dalam buah secara destruktif yaitu dengan mengambil beberapa sampel secara
acak yang kemudian dirusak untuk dapat mengetahui kualitas bagian dalamnya.
Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini, proses sortasi
dan pemutuan banyak dikembangkan dengan sistem otomatisasi yaitu dengan
menggunakan bantuan komputer. Hal ini disebabkan karena terbatasnya
kemampuan dan waktu manusia untuk dapat melakukan penyortiran dan
perbedaan persepsi setiap penyortir. Pemutuan buah yang sedang dikembangkan
dewasa ini adalah pemutuan kualitas bagian dalam buah seperti tingkat
kematangan, rasa maupun kerusakan. Hingga saat ini alat sortasi manggis secara
otomatis belum ada sehingga diperlukan alat penyortir manggis yang dapat
bekerja secara otomatis dan akurat mulai dari pemasukkan buah sampai dengan
penampungan hasil sortasi sehingga dapat meningkatkan produktifitas dalam
proses produksi.
3
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem mekanik (kapasitas, daya,
sistem transmisi dan poros), membangun (rangka, unit pengolahan citra, unit
ultrasonik dan sistem transportasi) serta menguji sistem mekanik alat sortasi buah
manggis.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat sebagai pembuka wawasan bagi para perancang
untuk dapat mengembangkan mesin sortasi khususnya buah manggis sehingga
didapat hasil rancangan mesin sortasi buah manggis yang lebih kompleks dan
akurat. Selain itu penelitian ini juga bermanfaat bagi eksportir dalam melakukan
penyortiran buah untuk tidak dilakukan secara manual sehingga hasil penyortiran
lebih akurat dan seragam sehingga dapat meningkatkan volume ekspor.
TINJAUAN PUSTAKA
Manggis
Menurut Juanda dan Cahyono (2000). Tanaman manggis dalam tata nama
tumbuhan atau taksonomi tumbuhan diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom
: Plantae
Divisi
: Spermatophyta
Sub divisi
: Angiospermae
Kelas
: Dicotyledonae
Ordo
: Gutiferanales
Famili
: Guttiferae
Genus
: Garcinia
Spesies
: Garcinia mangostana L.
Manggis merupakan tanaman buah yang berupa pohon yang berasal dari
hutan tropis yang teduh dikawasan Asia Tenggara, dari Asia Tenggara tanaman
ini menyebar ke daerah Amerika Tengah dan daerah tropis lainnya seperti
Srilanka, Malagasi, Karibia, Hawaii dan Australia Utara.
Berdasarkan SNI 01-3211-1992, mutu buah manggis dikelaskan menjadi
tiga yaitu mutu super, mutu 1 dan mutu 2 (Tabel 3). Adapun dasar pengkelasan
mutunya adalah dengan melihat keseragaman ukuran diameter buah, tingkat
kesegaran warna kulit, kecacatan atau kebusukan buah, kelengkapan tangkai atau
kelopak buah, kadar kotoran, keberadaan serangga dan warna daging buah.
5
Tabel 3 Persyaratan mutu manggis segar (Dewan Standar Nasional. 1992)
Jenis Uji
Keseragaman
Diameter
Tingkat Kesegaran
Warna Kulit
Buah Cacat atau
Busuk
Tangkai dan atau
Kelopak
Kadar Kotoran
b
b
Serangga Hidup
dan atau Mati
Warna
Daging Buah
( )
Mutu Super
Seragam
>65 mm
Segar
Hijau kemerahan
s/d merah muda
mengkilat
Persyaratan
Mutu 1
Seragam
55-65 mm
Segar
Hijau kemerahan
s/d merah muda
mengkilat
0%
0%
0%
Utuh
Utuh
Utuh
0%
0%
0%
Tidak ada
Tidak ada
Tidak ada
Putih bersih khas
manggis
Putih bersih khas
manggis
Putih bersih khas
manggis
Mutu 2
Seragam