BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kelapa Sawit - Simulasi Dan Eksperimental Gaya Pemotongan Mata Pisau Alat Pemanen Sawit

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kelapa Sawit

Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) merupakan tumbuhan tropis golongan palma yang termasuk tanaman tahunan. Tanaman ini adalah tanaman berkeping satu yang masuk dalam genus Elais, family Palmae, kelas divisio Monocotyledonae , subdivisio Angiospermae dengan divisio

Spermatophyta . Nama Elaeis berasal dari kata Elaion yang berarti minyak dalam

bahasa Yunani, guineensis berasal dari kata Guinea yang berarti Afrika. Jacq berasal dari nama botanis Amerika yang menemukannya, yaitu Jacquine.

Tanaman ini tumbuh pada iklim tropis dengan curah hujan 2000 mm/tahun dan suhu 22-32°C (Basiron 2005). Kelapa sawit berasal dari Afrika Barat dan di Indonesia tanaman ini pertama kali ditanam di Kebun Raya Bogor oleh orang Belanda pada tahun 1848 (Sambanthamurthi et al. 2000). Berikut gambar pohon kelapa sawit:

Sumber: Pohon sawit di Kab.Mandailing Natal

Gambar 2.1 Pohon Kelapa Sawit

2.2 Kandungan Kimia Kelapa Sawit

OH + R
COOHC H

– COOR

2. Mono dan di-glycerides dan FFA Dengan adanya panas dan air trigliserida putus dengan proses yang dikenal sebagai hidrolisis membentuk asam lemak bebas sehingga menghasilkan mono dan di-glycerides dan FFA yang sangat penting bagi penyuling. Hidrolisis dapat direpresentasikan sebagai berikut:

glycerides dalam minyak. Baik minyak memiliki jumlah yang lebih rendah dari

2 – COOR 3 + CH 2 - COOR

2 + H 2 O CH - COOR2 + R1COOH

CH – COOR

2 – COOR 1 + CH 2 - OH

Minyak kelapa diekstraksi dari mesocarp buah dari Elaeis guineensis sawit. Ada beberapa jenis tanaman ini tetapi Tenera, yang merupakan hibrid dari Dura dan Pisifera, hadir melimpah melalui luar Semenanjung keseluruhan mesocarp ini terdiri dari sekitar 70 - 80% dari berat buah dan sekitar 45 -50% dari mesocarp ini adalah minyak. Sisanya buah terdiri dari shell, kernel, kelembaban dan lemak diekstraksi fiber, non minyak lainnya dikenal sebagai crude palm oil (CPO). Minyak kelapa sawit seperti semua lemak dan minyak terdiri dari: 1.

2 - OH + R 3 -COOH CH 2 – COOR

2 O

1 CH -OH + R 2 -COOH CH – COOR 2 + 3H

Tryglyceride Ini adalah senyawa kimia dari satu molekul gliserol terikat dengan tiga molekul asam Lemak.

3 Mono dan digliserida account selama sekitar 3 sampai 6% dari berat

mono dan digliserida dikatakan sangat penting dalam proses fraksinasi karena mereka bertindak sebagai agen pengemulsi menghambat pembentukan kristal dan membuat filtrasi sulit.

3. Moisture dan Dirt Ini adalah hasil penggilingan praktek. penggilingan yang baik akan mengurangi kelembaban dan kotoran dalam minyak sawit tetapi biasanya berada dalam kisaran 0,25%.

4. Minor Komponen Ini diklasifikasikan ke dalam satu kategori karena mereka lemak di alam tetapi tidak benar-benar minyak. Mereka disebut sebagai unsaponifiable masalah dan mereka adalah sebagai berikut:

a. Carotineoids

b. Tocopherol

c. Sterol

d. Polar Lipid

e. Kotoran Komposisi kimia lain yang terdapat dalam tandan kelapa sawit yaitu di tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Tandan kosong kelapa sawit banyak dijumpai disekitar pabrik minyak kelapa sawit, merupakan limbah berlignoselulosa yang belum dimanfaatkan secara efektif. Menurut Darwis et al.

(1988), pemanfaatan limbah padat (selain bungkil inti sawit) belum optimal. Tandan kosong kelapa sawit baru dimanfaatkan sebagai bahan bakar boiler atau dibuang di jalan-jalan di daerah perkebunan kelapa sawit untuk mengeraskan jalan. Berikut tabel komposisi kimia yang terdapat di tandan kosong kelapa sawit:

Tabel 2.1 Komponen kimia tandan kosong kelapa sawit (persen berat kering)

Komposisi Kimia Tun Tedja Irawadi Pratiwi 1988 Azemi et al 1994 Lemak 5,76 - - Protein 4,45 - -

Selulosa 32,55 37,82

40 Lignin 26,54 20,6

21 Hemiselulosa 30,7 29,54

24 Sari - - -

Pentosan - - - Holoselulosa - - Abu - 12,04

15 Pektin - - -

kelarutan dalam: 1 % NaOH - - - Air Panas - - -

Air Dingin - - - Sumber: Naibaho, 1990

Hasil samping berupa limbah tandan kosong kelapa sawit yang belum dikembangkan penggunaannya perlu mendapat perhatian penuh sehingga usaha perkebunan kelapa sawit lebih maju. Tandan kosong mengandung 30-35% K

2 O

dan 3-5% MgO, oleh karena itu pemanfaatannya dapat dibakar menjadi abu yang cukup berguna sebagai pupuk dan untuk menetralkan pH hasil samping cair pabrik pengolahan minyak sawit, akan tetapi mendapat masalah dalam aplikasinya yaitu dapat mengganggu lingkungan dan kesehatan para pekerja. Limbah padat industri kelapa sawit merupakan limbah lignoselulosa yang sulit dikonversi menjadi bahan yang lebih sederhana, seperti konversi komponen selulosa menjadi gula sederhana (glukosa). Ikatan lignin pada selulosa yang sangat erat dan rumit memerlukan perlakuan tersendiri sebelum proses pengolahan (Said, 1994).

Sedangkan komposisi kimia pelepah kelapa sawit dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 2.2 Komposisi kimia Pelepah Kelapa Sawit

Nomor Komponen Kimia Kandungan(%)

1 Selulosa 54,2

2 Lignin 21,3

3 Hemiselulosa 20,2

4 Zat Ektraktif 2,1

5 Silica 2,2 Sumber: Herryawan Irfanto, Padil, Yelmida A.

Berdasarkan analisa komponen kimia TKKS, terlihat bahwa kandungan lignin, sari (ekstrak alkohol-benzena), abu dan selulosa TKKS cukup tinggi. Demikian juga persentase kelarutan TKKS dalam 1% NaOH, air dingin dan air panas cukup tinggi. Kelarutan tersebut menunjukkan banyaknya komponen terlarut yang meliputi senyawa anorganik dan organik, antara lain karbohidrat yang mempunyai berat molekul rendah, tanin, kinon, zat warna dan sebagian lignin (SNI, 1990).

Kadar lignin dengan persentase 22,12% di dalam TKKS menjadikannya alternatif sumber lignin alami non kayu yang memiliki potensi besar. Selulosa merupakan bagian selulosa yang mempunyai berat molekul tinggi yang merupakan bagian yang tinggal setelah bagian selulosa lainnya larut pada perlakuan dengan NaOH 8,3% dan pelarutan setelah terjadi pengembangan dengan NaOH 17,5% serta bagian hemiselulosa yang terdeteksi sebagai selulosa (SNI, 1989).

2.3 Cara Pemotongan Tandan dan Pelepah

Panen adalah pemotongan tandan buah dari pohon sampai dengan pengangkutan ke pabrik yang meliputi kegiatan pemotongan tandan buah matang, pengutipan brondolan, pemotongan pelepah, pengangkutan hasil ke TPH, dan pengangkutan hasil ke pabrik (PKS). Panen merupakan salah satu kegiatan penting dalam pengelolaan tanaman kelapa sawit. Selain bahan tanam (bibit) dan pemeliharaan tanaman, panen juga merupakan faktor penting dalam pencapain produktivitas.

Berdasarkan tinggi tanaman ada 2 cara panen yg umum di lakukan oleh perkebunan kelapa sawit. Untuk tanaman yg berumur kurang dari 7 tahun cara panen menggunakan alat dodos yg lebar 10-72,5 cm dengan gagang pipa besi/tongkat kayu. Sedangkan tanaman yg berumur 7 thn/ lbh pemanenen menggunakan egrek yg disambung dengan pipa aluminium/batang bambu dengan diameter kurang lebih 5-8 cm. Adapun tujuan dari pemanenan atau pemotongan tandan buah dan pelepah kelapa sawit adalah sebagai berikut:

− Memanen semua buah pada tingkat kematangan yang optimum, yaitu pada saat tandan buah segar (TBS) mengandung minyak dan kernel tertinggi.

− Memanen hanya buah yang matang dan mengutip brondolan. − Mengirim TBS ke pabrik dalam waktu 24 jam setelah panen. Hal ini dimaksudkan untuk mengurangi kandungan asam lemak bebas di dalam minyak sawit mentah. Untuk mendapatkan hasil panen buah kelapa sawit harus mengikuti aturan jadwal pemanenan. Berikut aturan normal pengambilan buah menurut peraturan panen yang benar adalah:

− Pada saat kelapa sawit berumur 3 tahun : 0.6 ton/hk. − Pada saat kelapa sawit berumur 4 tahun : 0.8 ton/hk. − Pada saat kelapa sawit berumur 5 tahun : 1.2 ton/hk. − Pada saat kelapa sawit berumur diatas 5 tahun : 1.5 ton/hk.

Standar panen yg digunakan antara satu perusahaan dan perusahaan lain kemungknan berbeda salah satunya sebagai berikut: − Tandan buah matang harus mempuyai sedikitnya 1 brondolan di piringan sebagai tanda buah tersebut siap di panen − Pelepah yang di tunas di potong dan di susun rapi pd gawangan − Rotasi panen di pertahankan pada interval 7-10 hari − TBS di brondolan di susun rapi di tph (tempat pemungutan hasil) untk pengangkutan ke pabrik − Tangkai buah di potong dan seluruh kotoran tandan (tbs) di bersihkan sebelum pengangkutan − Tingkat ekstraksi minyak >22% dan kandungan ABL <2%

2.4 Pisau Egrek/Pisau Pemanen Sawit

Bahan baku alat pemanen sawit dalam hal ini pisau egrek biasanya

menggunakan baja karbon sedang dari pegas daun mobil yang dalam bentuk

potongan plastrip sesuai dengan ukuran egrek dan tipe yang ada. Proses produksi

egrek ini menggunakan pembakaran arang kayu atau dipanaskan didalam furnace

guna untuk mempermudah proses tempa (hammer). Proses pembakaran

arang/furnace dapat dilakukan sesuai dengan bahan yang akan kita tempa.

Sumbe

Gambar 2.2 Pisau Egrek/Pisau Pemanen Sawit

Dalam proses produksi egrek, beberapa tahapan yang harus dilalui antara lain:

1. Proses hammer Baja karbon sedang yang sudah dalam bentuk potongan platstrip dibakar

dalam tungku pembakaran selama menit tujuannya agar baja karbon sedang

tersebut mudah untuk dibengkokkan karena pada awal tahap ini dilakukan proses

tarik ekor yaitu pada ujung potongan baja karbon. Proses tarik ekor ini dilakukan dengan menggunakan mesin tempa. Setelah proses tarik ekor, potongan baja karbon dipanaskan kembali. Akibat pemanasan ini, ukuran baja karbon semakin

memanjang karena mengalami proses pemuaian. Selanjutnya dilakukan proses

buka bagian depan dengan menggunakan mesin tempa. Agar ukuran/dimensi

platstrip tersebut rata, maka dibawa ke tempat pemotongan dan dipotong dengan

menggunakan mesin potong. Kemudian dipanaskan kembali di tungku

pembakaran agar baja karbon tersebut dapat dibengkokkan dengan menggunakan

mesin rolling sesuai dengan bentuk egrek yang sudah standard dan dipukul rata

dengan menggunakan mesin tempa. Seperti gambar dibawah ini.

Sumber : Foto Mesin Tempa Di Balai Riset Dan Standarisasi Industri Medan

Gambar 2.3 Mesin Tempa (hammer) 2.

Proses Polishing Hasil akhir dari proses mesin tempa sudah dalam bentuk egrek tetapi

masih memerlukan pemolesan kembali agar sesuai dengan ukuran standard

perusahaan. Tahap pertama proses ini adalah penggambaran pola. Dalam

penggambaran pola ini, digunakan egrek yang sudah terstandard sebagai acuan

dalam pembuatan. Dengan menggambar pola ini, maka operator dapat dengan

mudah memformat dengan menggunakan mesin format dan mempertajam bagian

tepinya. Setelah selesai diformat, egrek dibawa ke proses flating. Proses flating ini

merupakan proses pemukulan dengan menggunakan palu, tujuannya agar egrek

tersebut tidak baling.

3. Gerinda kasar Setelah selesai dari proses format, egrek dibawa ke stasiun gerinda kasar.

Pada tahap ini dilakukan kegiatan tekuk ekor dengan menggunakan mesin gerinda

sehingga bagian ujungnya runcing dan bagian tepinya juga makin dipertajam.

Proses ini merupakan proses paling lama karena membutuhkan waktu sekitar

tujuh menit untuk menyelesaikannya. Setelah kegiatan gerinda selesai, maka

kembali dibawa ke tempat flating untuk dipukul dengan palu. Akhir proses selalu

dilakukan proses pemukulan yang tujuannya agar egrek tidak baling karena

biasanya setelah mengalami proses permukaan egrek tersebut tidak rata.

Sumber : Foto Di Pandai Besi Pancur Medan

Gambar 2.4 Mesin Gerinda Kasar 4.

Penyepuhan Setelah mengalami proses gerinda kasar, egrek tersebut di sepuh dengan

memanaskan pada tungku pembakaran. Oleh karena itu sebelum disepuh, arang

dibakar selama 5 menit pada tungku pemanasan sehingga suhu mencapai diatas

850

˚C. Tujuan dari proses ini adalah untuk mengeluarkan kandungan karbon

kepermukaan bahan sehingga egrek tersebut makin keras. Pada tahap penyepuhan ini terjadi dua proses yaitu proses pengerasan (hardening) dan proses tempering.

Pada proses hardening, egrek dipanaskan agar kandungan karbon hilang namun

apabila pada tahap pemanasan suhu sudah terlalu tinggi maka egrek dapat patah

maka dilanjutkan dengan tahap tempering agar panas pada egrek dapat

disesuaikan. Sesudah disepuh, tahap selanjutnya egrek masih mengalami proses

flating untuk meratakan permukaan egrek (agar tidak baling).

Sumber : Foto Di Pandai Besi Pancur Medan

Gambar 2.5 Poses Penyepuhan 5.

Gerinda halus Egrek yang sudah disepuh dibawa ke mesin gerinda halus untuk digerinda.

Tujuan dari tahap ini adalah untuk memutihkan permukaan egrek sehingga

tampak mengkilap dan tampak lebih tajam.

6. Finishing Tahap finishing merupakan tahap pengecatan dengan menggunakan tiner.

Egrek direndam sebentar dalam wadah yang berisi tiner kemudian ditiriskan pada lemari oven dengan temperatur 600 ˚C. Dalam lemari oven ini, bertujuan untuk mengeringkan cat clear dan dibutuhkan waktu sekitar 30 menit agar cat clear tersebut dapat benar-benar kering. Setelah itu, egrek yang sudah selesai dibawa ke gudang produk jadi dengan menggunakan beko.

Desain dan dimensi pisau dan set up yang ditunjukkan Pisau terbuat dari baja karbon tinggi dan ditimbang sekitar 0.6 kg dengan ketebalan 3 mm.

Panjangnya dan lebar yang 31.7 cm dan 15.5 cm masing-masing. Ujung tombak memiliki kelengkungan Radius 17cm sehingga dapat memahami dan memotong pelepah efektif. Sudut tepi (a) dirancang di lo ", dan sudut miring yang dijaga konstan sebesar 24,2 "di semua posisi. Dua bilah yang bergabung dengan poros (Abdul Razak Zelani 1998).

Pisau didukung oleh dua hubungan untuk mencegah gerakan lateral. Sebagai gaya pemotongan dilakukan oleh dua sisi dari dua bilah, kekuatan menarik dirasakan oleh load cell adalah gaya resultan dibutuhkan oleh kedua pisau untuk mencapai pemotongan. Gaya pemotongan yang dibutuhkan adalah sama dengan kekuatan perlawanan yang diberikan oleh materi. Dengan asumsi gaya gesekan pada poros Z diabaikan dibandingkan dengan gaya menarik (0, persamaan berikut merupakan maksimum memotong gaya yang dibutuhkan pada pemotongan titik.

Fc = cutting gaya (kg)

−

f = gaya dirasakan oleh sel beban (kg)

−

k = jarak tegak lurus dari poros ke garis Fc (menetapkan 23cm)

−

x = jarak horizontal dari titik tumpu untuk keterkaitan (cm)

−

Z = poros di mana dua pisau melesat

−

Tabel 2.3 Nama – Nama Alat untuk Pemotong Pemanen Kelapa Sawit

Spesifikasi No Nama alat Pengunaan Lebar mata 8 cm, lebar tengah 7 cm, Potong buah tanaman tebal tengah 0,5 cm, tebal pangkal

1 Dodos kecil umur 3-4 tahun 0,7 cm, diameter gagang 4,5 cm, dan panjang total 18 cm Tabel Lanjutan: Lebar mata 12-14 cm, lebar tengah Potong buah

12 cm, tebal tengah 0,5 cm, tebal

2 Dodos besar tanaman umur 5-8 pangkal 0,7 cm, diameter gagang 4,5 tahun cm, dan panjang total 20 cm

Potong buah Panjang pangkal 20 cm, panjang tanaman umur >9 pisau 45 cm, sudut lengkung

3 Pisau egrek tahun (tinggi pokok 3 dihitung pada sumbu 135 ˚C dan meter) berat 0,5 kg

Sebagai tempat atau wadah TBS dan

4 Angkong Sesuai spesifikasi yang ada brondolan diangkut ke TPH Sebagai tempat atau

Diameter keranjang 60-70 cm, tinggi wadah TBS dan

5 Keranjang 40 cm, dan panjang tali keranjang brondolan diangkut 40-60 cm ke TPH

Sebagai tempat atau Goni eks- wadah TBS dan

pupuk brondolan diangkut ke TPH Sebagai alat pemotong tangkai

7 Kapak tandan yang panjang Sesuai spesifikasi yang ada pada tanaman umur > 9 tahun 0,5 mm dipilin 3; 1 kg mempunyai

8 Tali nilon Pengikat pisau egrek panjang 43 m, dan dapat dipakai 5 egrek Pengasah dodos dan

9 Batu asah pisau egrek Panjang 10-11 m, tebal 1-1,5 cm,

10 Bambu egrek Gagang pisau egrek berat 2,5-3 kg/m. Diameter ujung 4-5 cm dan diameter pangkal 6-7 cm Allumunium

11 Gagang pisau egrek pole Diam 1,25” (32,0 mm)-p 20’ (6m) EBOR gold pole a.

EBOR lebih berat, keras dan Diam 1,50” (38,1 mm)-p 20’ (6m) gold pole tahan lama, serta Diam 1,75” (42,3 mm)-p 25’ (6m) digunakan pada Diam 1,50” (38,1 mm)- p 20’ (6m) pokok yang lebih b. Diam 1,50” (38,1 mm)- p 30’ (9m) Ultra light pole rendah dari Ultra Diam 1,75” (42,3 mm) -p 20’ (6m) light pole Diam 1,75” (42,3 mm)- p 25’ (7,5m)

Membuat dan membongkar TBS Besi beton 3/8” dan panjang sesuai

12 Gancu dari dan ke alat dengan kebiasaan setempat transpor Memuat dan membongkar TBS Disesuaikan dengan kebiasaan

13 Tojok dari dan ke alat setempat transpor

Tabel 2.4 Syarat Mutu Egrek – SNI

No Jenis uji Satuan Persyaratan

1 Tampak luar Tidak cacat 2 - Sisi potong Tajam Baja karbon sedang
3 Bahan baku atau setara

Kekerasan sisi potong dilakukan

4 HRC 45,3 perlakuan panas

Sumber: Badan Standardisasi Nasional

2.5 Baja

Baja adalah besi karbon campuran logam yang dapat berisi konsentrasi dari element campuran lainnya, ada ribuan campuran logam lainnya yang mempunyai perlakuan bahan dan komposisi berbeda. Sifat mekanis sensitif kepada isi dari pada karbon, yang mana secara normal kurang dari 1,0%C.

Sebagian dari baja umum digolongkan menurut konsentrasi karbon, yakni ke dalam rendah, medium dan jenis karbon tinggi.

Baja merupakan bahan dasar vital untuk industri. Semua segmen kehidupan, mulai dari peralatan dapur, transportasi, generator pembangkit listrik, sampai kerangka gedung dan jembatan menggunakan baja. Besi baja menduduki peringkat pertama di antara barang tambang logam dan produknya melingkupi hampir 90 % dari barang berbahan logam.

Baja merupakan paduan besi (Fe) dengan karbon (C), dimana kandungan karbon tidak lebih dari 2%.

Baja banyak digunakan karena baja mempunyai sifat mekanis lebih baik dari pada besi, sifat baja antara lain :

Tangguh dan ulet
Mudah ditempa
Mudah diproses
Sifatnya dapat diubah dengan mengubah karbon
Sifatnya dapat diubah dengan perlakuan panas
Kadar karbon lebih rendah dibanding besi • Banyak di pakai untuk berbagai bahan peralatan.

Walaupun baja lebih sering digunakan, namun baja mempunyai kelemahan yaitu ketahanan terhadap korosinya rendah.

Berdasarkan komposisi dalam prakteknya baja terdiri dari beberapa macam yaitu: Baja Karbon ( Carbon Steel ), dan Baja Paduan ( Alloyed Steel ).

2.5.1 Baja Karbon

Baja karbon terdiri dari besi dan karbon. Karbon merupakan unsur pengeras besi yang efektif dan murah dan oleh karena itu umumnya sebagian besar baja hanya mengandung karbon dengan sedikit unsur paduan lainnya (Smallman, 1991).

Baja karbon ini digolongkan menjadi 3 bagian yaitu: 1.

Baja karbon rendah (<0,30 % C) 2. Baja karbon menengah (0,3%-0,7% C) 3. Baja karbon tinggi (0,70% -1,40% C) 1.

Baja Karbon Rendah a.

Baja karbon rendah mengandung 0,04% C digunakan untuk plat strip dan badan kendaraan. b.

Baja karbon rendah mengandung 0,05% C digunakan untuk keperluan badan kendaraan.

Baja karbon rendah mengandung 0,15% - 0,25% C digunakan untuk kontruksi dan jembatan.

2. Baja Karbon Menengah a.

Baja karbon menengah mengandung 0,03 – 0,6% C. Baja karbon menengah dibagi menjadi 4 bagian menurut kegunaanya yaitu: b.

Baja karbon 0, 35- 0,45% C digunakan menjadi roda gigi dan poros.

Baja karbon 0,4% C digunakan untuk keperluan industri kendaraan, mur, poros, engkol dan batang torak.

Baja karbon 0,5 – 0,6 % C digunakan untuk roda gigi.

Baja karbon 0,55 – 0,6 % C digunakan untuk pegas. Baja karbon menengah memilliki ciri- ciri: a.

Memiliki sifat mekanik yang lebih baik dari pada baja karbon rendah.

Lebih kuat dan keras dari pada baja karbon rendah dan tidak mudah dibentuk oleh mesin.

Dapat dikeraskan dengan mudah (quenching).

3. Baja Karbon Tinggi Baja karbon tinggi mengandung karbon antara 0,6 – 1,7% C badasarakan kegunaan dibagi menjadi: a.

Baja karbon 0,6 – 0,7% C digunakan untuk pembuatan pegas, perkakas (landasan mesin, martil) dan alat-alat potong.

Baja karbon 0,75 – 1,7% C diguanakan untuk pembuatan pisau cukur, mata gergaji, bantalan peluru dan bantalan mesin. Baja karbon tinggi memiliki ciri-ciri sebagai berikut: a.

Sangat kuat dan keras serta tahan gesekan.

Sulit dibentuk oleh mesin.

Mengandung unsur sulfur dan fosofor mengakibatkan kurangnya sifat liat.

Dapat dilakukan proses heat treatment yang baik. Pengklasifikasian baja karbon menurut standar American International

and Steel Iron (AISI) dan Society for Automotive Engines (SAE) diberi kode

dengan empat angka. Dua angka pertama adalah 10 yang menujukan nominal 1/100 % sebagai contoh AISI-SAE 1045 menunjukan kadar karbon 0,45 %.

2.5.2 Baja Paduan

Baja paduan diklasifikasikan menurut kadar paduannya dibagi menjadi: 1.

≤ 2,5 % Baja paduan rendah (low-aloy steel ), jika elemen paduan misalnya unsur Cr, Mn, S, Si, P dan lain-lain.

2. Baja paduan menengah (medium-aloy steel ), jika elemen paduannya 2,5- 10 % misalnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si, P dan lain-lain.

3. Baja paduan tinggi (high- alloy steel) jika elemen paduannya > 10 % misalnya unsur Cr, Mn, Ni, S, Si, P dan lain-lain.

Baja paduan dihasilkan dengan biaya lebih mahal dari baja karbon lainnya, karena bertambahnya biaya untuk penambahan pengerasan khusus yang dilakukan dalam industri atau pabrik. Baja padauan dapat didefenisikan sebagai suatu baja yang dicampur dengan satu atau lebih unsur campuran seperti nikel, kromium, molibden, vanadium, mangan dan wolfram yang berguna untuk memperoleh sifat-sifat baja yang dikehendaki (Amanto, 1999).

2.5.3 Sifat-Sifat Baja

Untuk dapat menggunakan bahan teknik dengan tepat, maka bahan tersebut harus dapat dikenali dengan baik sifat-sifatnya yang mungkin akan dipilih untuk digunakan. Sifat-sifat tersebut tentunya sangat banyak macamnya, untuk itu secara umum sifat-sifat bahan tersebut dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Sifat Kimia Dengan sifat kimia diartikan sebagai sifat bahan yang mencakup antara lain kelarutan bahan terhadap larutan kimia, basa atau garam dan pengoksidasiannya terhadap bahan tersebut. Salah satu contoh dari sifat kimia yaitu : korosi.

2. Sifat Teknologi Sifat teknologi adalah sifat suatu bahan yang timbul dalam proses pengolahannya. Sifat ini harus diketahui terlebih dahulu sebelum mengolah atau mengerjakan bahan tersebut. Sifat-sifat teknologi antara lain : sifat mampu las (weldability), sifat mampu dikerjakan dengan mesin (machineability), sifat mampu cor (castability), dan sifat mampu dikeraskan (hardenability) 3.

Sifat Mekanik Sifat mekanik suatu bahan adalah kemampuan bahan untuk menahan beban-beban yang dikenakan padanya. Beban-beban tersebut dapat berupa beban tarik, tekan, bengkok, geser, puntir, atau beban kombinasi. Sifat-sifat mekanik antara lain :

a) Kekuatan (strength)

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan tersebut menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa macam, dan ini tergantung pada beban yang bekerja antara lain dapat dilihat dari kekuatan tarik, kekuatan geser, kekuatan tekan, kekuatan puntir, dan kekuatan bengkok.

b) Kekerasan (hardness)

Dapat didefenisikan sebagai kemampuan bahan untuk bertahan terhadap goresen, pengikisan (abrasi), penetrasi. Sifat ini berkaitan erat dengan sifat keausan (wear resistance). Dimana kekerasan ini juga mempunyai korelasi dengan kekuatan.

c) Kekenyalan (elasticity)

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan. Bila suatu bahan mengalami tegangan maka akan terjadi perubahan bentuk. Bila tegangan yang bekerja besarnya tidak melewati suatu batas tertentu maka perubahan bentuk yang terjadi bersifat sementara, perubahan bentuk ini akan hilang bersamaan dengan hilangnya tegangan, akan tetapi bila tegangan yang bekerja telah melampaui batas, maka sebagian bentuk itu tetap ada walaupun tegangan telah dihilangkan. Kekenyalan juga menyatakan seberapa banyak perubahan bentuk yang permanen mulai terjadi, dengan kata lain kekenyalan menyatakan kemampuan bahan untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah menerima beban yang menimbulkan deformasi. d) Kekakuan (stiffness)

Menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan/beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk (deformasi) atau defleksi. Dalam beberapa hal kekakuan ini lebih penting daripada kekuatan.

e) Plastisitas (plasticity)

Menyatakan kemampuan bahan untuk mengalami sejumlah deformasi plastis yang permanen tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Sifat ini sangat diperlukan bagi bahan yang akan diproses dengan berbagai proses pembentukan seperti, forging, rolling, extruding dan sebagainya. Sifat ini sering juga disebut sebagai keuletan/kekenyalan (ductility). Bahan yang mampu mengalami deformasi plastis yang cukup tinggi dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan / kekenyalan tinggi, dimana bahan tersebut dikatakan ulet / kenyal (ductile). Sedang bahan yang tidak menunjukan terjadinya deformasi plastis dikatakan sebagai bahan yang mempunyai keuletan rendah atau dikatakan getas / rapuh (brittle).

f) Ketangguhan (toughness)

Menyatakan kemampuan bahan untuk menyerap sejumlah energi tanpa mengakibatkan terjadinya kerusakan. Juga dapat dikatakan sebagai ukuran banyaknya energi yang diperlukan untuk mematahkan suatu benda kerja, pada suatu kondisi tertentu.

g) Kelelahan (fatigue)

Merupakan kecenderungan dari logam untuk patah apabila menerima tegangan berulang-ulang (cyclic stress) yang besarnya masih jauh dibawah batas kekuatan elastisitasnya. Sebagian besar dari kerusakan yang terjadi pada komponen mesin disebabkan oleh kelelahan. Karenanya kelelahan merupakan sifat yang sangat penting tetapi sifat ini juga sulit diukur karena sangat banyak faktor yang mempengaruhinya.

h) Keretakan (creep)

Merupakan kecenderungan suatu logam mengalami deformasi plastik yang besarnya merupakan fungsi waktu, pada saat bahan tersebut menerima beban yang besarnya relatif tetap.

2.5.4 Diagram Fasa Fe-C

Diagram keseimbangan besi karbon seperti pada gambar 2.1 adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperature dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan kadar karbon. Diagram ini merupakan dasar pemahaman untuk semua operasi- operasi perlakuan panas. Dimana fungsi diagram fasa adalah memudahkan memilih temperatur pemanasan yang sesuai untuk setiap proses perlakuan panas baik proses anil, normalizing maupun proses pengerasan.

Gambar 2.6 Diagram Fasa Fe-C

(Sumber : file.upi.edu)

Baja dibagi dua bagian yaitu baja yang mengandung kurang dari 0,83% disebut hypoetectoid dan baja yang mengandung lebih dari 0,83% sampai dengan 2% karbon disebut dengan hyperetectoid.

Pemanasan pada suhu 723 C dengan komposisi 0,8 % C disebut dengan titik eutectoid. Apabila dilakukan pemanasan sebelum mencapai titik eutectoid, pada titik hypoeutectoid terbentuk fasa pearlit dan ferrit.Sedangkan dibawah

hypereutectoid mempunyai fasa pearlit dan sementit. Pada pemanasan melewati

garis eutectoid, terjadi perubahan fasa pearlit menjadi austenite. Ketika paduan A (A

1 ) mencapai suhu 723 C (suhu eutektoid) sisa austenit sekitar 0,8% C

(meskipun sebenarnya jumlah komposisinya 0,4%). Oleh karena itu, pada titik

eutectoid

reaksi yang terjadi adalah perubahan sisi austenite menjadi pearlite (α + Fe

C, ferit bcc mulai berubah bentuk menjadi austenite. Ini merupakan reaksi solid dan dipengaruhi oleh difusi karbon pada austenite. Ferrit yang berisi karbon terbentuk dengan sangat lambat. Keadaaan paduan A (A cm ) transformasi Fe

3 C). ketika paduan A (A 3 ) mencapai suhu 910

3 C menjadi austenite secara

keseluruhan pada suhu ini, seperti prediksi pada diagram. Seluruh system austenite fcc dengan kadar karbon 0.95 %.

Dari gambar (2.1), andaikan suatu bahan dipanaskan sampai sekitar suhu 800 C - 1200 C dengan komposisi 0,68 % karbon sampai fasa austenit, kemudian didinginkan sampai 600 C fasa yang terbentuk adalah fasa pearlit tetapi bila didinginkan sampai batas kritis 738

C, fasa gamma sebagian akan terdistorsi menjadi fasa alpha, dan bila dilanjutan pendinginan di bawah sedikit batas kritis, ferrit akan bergabung didalam pearlit dan austenite akan bertransformasi menjadi karbida (sementit). Andaikan didinginkan cepat, fasa akan bertransformasi menjadi sementit dan pearlit. Dalam hal ini, pengaruh waktu tahan sangat menetukan pada pembetukan perubahan butir. Adapun macam –macam struktur yang ada pada besi karbon adalah sebagai berikut:

1. Ferrit Ferrit adalah fasa larutan padat yang memiliki struktur BCC (body

centered cubic ). Ferrit terbentuk akibat proses pendinginan yang lambat dari

austenit baja hypotektoid pada saat mencapai A3. Ferrit bersifat sangat lunak,ulet dan memiliki kekerasan sekitar 70 - 100 BHN dan memiliki konduktifitas yang tinggi.

2. Austenit Fasa Austenit memiliki struktur atom FCC (Face Centered Cubic).Dalam keadaan setimbang fasaaustenit ditemukan pada temperatur tinggi.Fasa ini bersifat non magnetik dan ulet (ductile) pada temperatur tinggi.Kelarutan atom karbon di dalam larutan padat austenite lebih besar jika dibandingkan dengan kelarutan atom karbon pada fasa ferrit dan memiliki kekerasan sekitar 200 BHN.

3. Sementit Semenit adalah senyawa besi dengan karbon yang umum dikenal sebagai karbida besi dengan kandungan karbon 6,67% yang bersifat keras sekitar 5-68

HRC.

4. Perlit

Perlit adalah campuran sementit dan ferit yang memiliki kekerasan sekitar 10-30 HRC. Perlit yang terbentuk sedikit dibawah temperatur eutektoid memiliki kekerasan yang lebih rendah dan memerlukan waktu inkubasi yang lebih banyak.

5. Bainit Bainit merupakan fasa yang kurang stabil yang diperoleh dari austenit pada temperatur yang lebih rendah dari temperature transformasi ke perlit dan lebih tinggi dari transformasi ke martensit.

6. Martensit Martensit merupakan larutan padat dari karbon yang lewat jenuh pada besi alfa sehingga latis-latis sel satuannya terdistorsi.

2.6 Tegangan dan Regangan

2.6.1 Tegangan 1.

Tegangan secara umum Salah satu masalah fundamental dalam mechanical engineering adalah menentukan pengaruh beban pada komponen mesin atau peralatan. Hal ini sangat essensial dalam perancangan mesin karena tanpa diketahuinya intensitas gaya di dalam elemen mesin, maka pemilihan dimensi, material, dan parameter lainnya tidak dapat dilakukan. Intensitas gaya dalam pada suatu benda didefinisikan sebagai tegangan (stress). Untuk menjaga prinsip kesetimbangan, tentu pada penampang potongan imajiner tesebut terdapat gaya-gaya dalam yang bekerja. Kalau penampang imaginer tersebut dibagi menjadi elemen-elemen yang sangat kecil ΔA, maka pada masing masing ΔA tersebut akan bekerja gaya dalam sebesar ΔF. Pada Gambar 4.1 menunjukkan sebuah benda yang mendapat beban dalam bentuk gaya-gaya. Untuk mengetahui intensitas gaya di dalam benda maka dapat dilakukan dengan membuat potongan imaginer melalui titik O.

Gambar 2.7 Konsep Intensitas Gaya Dalam Sebuah Benda

Yang Mendapat Beban 2. Pengaruh Beban Terhadap Kondisi Tegangan

Dalam analisis elemen mesin masing-masing jenis beban perlu dipelajari pengaruhnya terhadap tegangan, regangan, maupun deformasi yang ditimbulkan.

Berdasarkan lokasi dan metoda aplikasi beban serta arah pembebanan, beban dapat diklasifikasikan menjadi : beban normal, beban geser, beban lentur, beban torsi, dan beban kombinasi. Pengaruh jenis-jenis pembebanan tersebut terhadap tegangan, regangan maupun defleksi elemen mesin dapat ditentukan secara analitik untuk komponen yang sederhana. Sedangkan untuk komponen yang kompleks, dapat digunakan metoda numerik maupun metoda eksperimental.

3. Tensor Tegangan 3D

Vektor tegangan T yang bekerja pada bidang potongan imajiner dapat diuraikan sebagai berikut :

Gambar 2.8 Komponen Tegangan Pada Bidang X-Y

Komponen tegangan yang bekerja tegak lurus terhadap bidang disebut tegangan normal, sedangkan komponen yang bekerja dalam arah bidang kerja disebut tegangan geser.

4. Tegangan Utama

Untuk menentukan kekuatan suatu elemen mesin maka diketahui tegangan maksimum yang terjadi pada elemen tersebut. Nilai atau besar suatu tegangan pada elemen tegangan sangat tergantung pada orientasi dari sistem koordinat.

Gambar 2.9 Tegangan Utama Tiga Dimensi

2.6.2 Regangan Elastis

Benda elastis yang mendapat beban-beban luar seperti ditunjukkan pada

gambar 2.8 akan mengalami deformasi. Nilai deformasi dibagi dengan dimensi awal benda sebelum dibebani didefinisikan sebagai Regangan (strain). Parameter

regangan sangat penting dalam dunia teknik karena dapat diukur langsung dalam eksperimen. Sedangkan tegangan adalah paremeter yang tidak dapat diukur secara langsung dari eksperimen. Dengan menggunakan hubungan tegangan-regangan selanjutnya akan dapat ditentukan tegangan yang terjadi pada komponen mesin.

Jika sebuah benda isotropik dan elastis linear seperti ditunjukkan pada gambar 2.10 diberikan beban tarik dalam arah sumbu x (uniaksial), maka benda tersebut akan mengalami deformasi dalam arah x (memanjang) dan arah y, z (memendek).

Jadi regangan normal dapat didefinisikan sebagai:

Gambar 2.10 Ilustrasi Regangan beban Tarik Unaksial

Jika benda isotropik pada gambar 2.9 diberi beban geser murni dalam pada bidang y dalam arah x, maka benda tersebut hanya akan mengalami deformasi geser seperti ditunjukkan pada gambar 2.10. Dari deformasi geser tersebut didefinisikan regangan geser atau shear strain.

Dengan cara yang sama, regangan γxz dan γyz dapat ditentukan dengan memberikan beban geser murni dalam arah y dan z.

Gambar 2.11 Ilustrasi Regangan Untuk Benda Yang Mengalami

Regangan Geser Murni

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kelapa Sawit - Simulasi Dan Eksperimental Gaya Pemotongan Mata Pisau Alat Pemanen Sawit