PERANCANGAN MESIN PEMBUAT BRIKET BATUBAR

PERANCANGAN MESIN PEMBUAT BRIKET BATUBARA
SISTEM TEKAN TIPE PISTON (RECIPROCATE)

TESIS

Tesis sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Magister Teknik dari
Institut Teknologi Bandung

Oleh

BUSTAMI IBRAHIM
NIM : 23108028

Program Studi Teknik Mesin

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2011

i


ABSTRAK

PERANCANGAN MESIN PEMBUAT BRIKET BATUBARA
SISTEM TEKAN TIPE PISTON (RECIPROCATE)
Oleh

Bustami Ibrahim
NIM : 23108028
Indonesia memiliki sumber daya batubara yang melimpah dan merupakan
penghasil batubara terbesar kedua di Asia setelah Republik Rakyat China. Hal ini
merupakan modal dasar dalam pengembangan teknologi briket batubara. Kondisi
tersebut bertolak belakang dengan kualitas batubara yang ada di Indonesia
umumnya rendah, sehingga kalori yang dihasilkan rendah, sedangkan biaya
transportasi menjadi tinggi. Peningkatan kualitas batubara dengan teknologi
upgrading ini sedang dikembangkan oleh ITB yang bekerja sama dengan salah
satu perusahaan swasta yang bergerak dibidang pertambangan. Namun demikian,
ternyata mesin pembuat briket yang sudah dikembangkan ITB (sistem roller
press) memiliki beberapa kelemahan yaitu proses manufaktur & perakitan
membutuhkan kepresisian yang tinggi, terjadi backlash di bagian roll, briket yang

dihasilkan kurang padat dan efesiensi pembriketan rendah.
Dari kondisi di atas, pada tesis ini diberikan alternatif mesin briket batubara yang
dapat meminimalisir kekurangan-kekurangan tersebut dengan menerapkan sistem
tekan piston (reciprocate). Dengan menerapkan metode perancangan VDI 2222
dihasilkan konsep perancangan yang akan dikembangkan. Selanjutnya dilakukan
analisis Design for Manufacturing and Assembly (DFMA) pada beberapa
konstruksi penting untuk dihasilkan hasil perancangan yang optimum.
Pada tesis ini telah dihasilkan sebuah rancangan mesin pembuat briket batubara
sistem tekan dengan tipe piston yang memiliki dimensi 915x1215x1250 mm3
dengan penggerak motor AC berdaya 2,2 kW dengan pereduksi putaran gearbox
yang menghasilkan tiga mekanisme gerak penekan-atas, penekan-bawah dan
feeder system. Pada mesin ini juga dilengkapi mekanisme pengatur tekanan
pembriketan (adjuster) yang terdapat pada bagian atas penekan-atas.
Berdasarkan proses yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa semua
persyaratan perancangan mesin telah terpenuhi dan dengan diterapkannya analisis
DFMA dapat diprediksi terjadinya penurunan biaya produksi yang cukup
signifikan yang dilakukan pada tahap perancangan.

Kata-kata Kunci: perancangan, mesin briket, tipe piston (reciprocate), DFMA


i

ABSTRACT

DESIGN OF BRIQUETTING MACHINE PISTON TYPE
(RECIPROCATE)
By

Bustami Ibrahim
NIM : 23108028
Indonesia has many coal resources and the second largest coal producer in Asia
after the Republic of China. This is a basic capital in the technology development
of coal briquettes. The condition is contrary to the existing coal quality in
Indonesia is generally low, while the resulting is low calorie, and the
transportation cost is very high. Improving the quality of coal upgrading
technology is being developed by ITB in collaboration with one of the private
companies that engaged in coal mining. However, the briquette making machine
that has been developed by ITB (roller press system) has some weakness. The
weakness are manufacturing & assembly processes require high precision,
backlash in the roll, the briquettes have low density and low-efficiency

briquetting.
From the above conditions, the thesis give an alternative of coal briquette machine
that can minimize these deficiencies by applying the system of press piston
(reciprocate). By applying the design method VDI 2222 produced a design
concept will be developed. Further process ia Design for Manufacturing and
Assembly (DFMA) analysis on several important construction for optimum
design results.
A design of a coal briquetting machine with a piston-type system had been
designed. The overall dimension of the briquetting machine is 915x1215x1250
mm3. An AC motor is used as prime mover with a gearbox producing three
different kind of motion. This machine also provide a pressure regulating
briquetting mechanism (adjuster) to simulate the optimum briquetting process.
Based on the process that has been done, it can be concluded that all requirements
have been met and the design of the machine with the application of DFMA
analysis can predict the decrease in production costs is quite significant that
performed at the design stage.

Key Words : design, briquetting machine, piston type (reciprocate), DFMA

ii


PERANCANGAN MESIN PEMBUAT BRIKET BATUBARA
SISTEM TEKAN TIPE PISTON (RECIPROCATE)

Oleh

Bustami Ibrahim
NIM : 23108028

Program Studi Teknik Mesin
Institut Teknologi Bandung

Menyetujui Pembimbing
Oktober 2011

Dr. Ir. I Wayan Suweca
NIP : 131 572 238

iii


PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS

Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut
Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta
ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut
Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi
pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus
disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin
Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

iv

Kudedikasikan kepada:
Anak-anak & Istriku tersayang,
Kedua Orang Tua & Mertuaku tercinta,
dan Keluarga Besarku

v


KATA PENGANTAR

Puji syukur dengan mengucap alhamdulillah penulis panjatkan hanya kepada Dzat
Yang Maha Berkehendak, Allah SWT, karena jika tanpa rahmat dan anugerahNya penulis tidak mungkin berkesempatan menimba ilmu dan dapat
menyelesaikan tugas studi S2 di kampus impian yang sedari kecil dicita-citakan.

Penulis sangat berterima kasih kepada Bapak Dr. Ir. I Wayan Suweca selain
sebagai pembimbing dan wali akademik, beliau juga pantas disebut ”guru” karena
banyak memberikan nasihat, saran, bimbingan dan tauladannnya sebagai seorang
pengajar dan pendidik yang baik selama penulis menimba ilmu di Institut
Teknologi Bandung.

Penulis juga menyampaikan rasa terima kasih kepada seluruh civitas akademik
Politeknik Manufaktur Negeri Bandung dan Institut Teknologi Bandung yang
telah memberikan kesempatan untuk menimba ilmu, memperkaya pengalaman
hidup dan bekerja, sampai menyelesaikan tugas belajar ini dengan segenap
kemampuan yang ada.

Semoga tesis ini dapat dijadikan bentuk sumbangsih bagi kemajuan ilmu dan

pengetahuan khususnya di bidang perancangan teknik.

Bandung, September 2011

Penulis

vi

DAFTAR ISI

ABSTRAK .............................................................................................................. i
ABSTRACT ........................................................................................................... ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ................................................................. iv
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi
DAFTAR ISI........................................................................................................ vii
DAFTAR GAMBAR ..............................................................................................x
DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii
BAB I

PENDAHULUAN ..................................................................................1

I.1 Latar Belakang .................................................................................1
I.2 Permasalahan ...................................................................................3
I.3 Tujuan Penulisan ..............................................................................4
I.4 Metodologi .......................................................................................4
I.5 Batasan Masalah ..............................................................................5
I.6 Sistematika Penulisan ......................................................................6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................7
II.1 Proses Pemadatan Batubara .............................................................7
II.1.1 Mekanisme sistem pemadatan ................................................7
II.1.2 Prinsip pembriketan tanpa bahan perekat ...............................8
II.1.3 Prinsip Hot Briquetting...........................................................8
II.1.4 Pelumas pada proses pemadatan ..........................................10
II.1.5 Komponen peralatan pembriketan batubara .........................11
II.2 Proses perancangan ........................................................................15
II.2.1 Metoda perancangan VDI 2222............................................15
II.3 Design For Manufacture and Assembly (DFMA) .........................19
II.3.1 Paradigma perancangan tradisional ......................................19

II.3.2 Apakah DFMA? ...................................................................20
II.3.3 Prinsip dasar DFMA .............................................................23
II.3.4 Perhitungan estimasi waktu perakitan ..................................24
II.3.5 Efisiensi perakitan ................................................................24

vii

BAB III PERANCANGAN MESIN PEMBUAT BRIKET BATUBARA
SISTEM TEKAN TIPE PISTON .......................................................................27
III.1 Pendahuluan ...................................................................................27
III.2 Perencanaan ...................................................................................27
III.2.1 Permohonan pemesan..........................................................27
III.2.2 Pemilihan sistem mekanisme ..............................................27
III.3 Pembuatan konsep .........................................................................30
III.3.1 Pembuatan daftar persyaratan .............................................30
III.3.2 Pembagian fungsi ................................................................31
III.3.3 Pembuatan alternatif sub sistem .........................................33
III.3.4 Pembuatan variasi konsep ...................................................37
III.3.5 Penilaian variasi konsep ......................................................40
III.3.6 Penentuan konsep pemecahan .............................................41

III.4 Perancangan awal...........................................................................42
BAB IV PROSES ANALISIS DESIGN FOR MANUFACTURE AND
ASSEMBLY (DFMA) SISTEM PENEKAN ......................................................43
IV.1 Pendahuluan ...................................................................................43
IV.2 Proses Design for assembly (DFA) ................................................43
IV.2.1 Penekan atas ........................................................................43
IV.2.2 Penekan bawah....................................................................47
IV.3 Pemilihan material dan pemilihan proses ......................................51
IV.3.1 Penekan atas ........................................................................52
IV.3.2 Penekan bawah....................................................................53
IV.4 Proses Design for Manufacture (DFM) .........................................53
IV.4.1 Penekan atas ........................................................................54
IV.4.2 Penekan bawah....................................................................57
IV.5 Perbaikan rancangan ......................................................................60
BAB V

PERHITUNGAN DASAR DAN ANALISIS KEKUATAN

KONSTRUKSI .....................................................................................................61
V.1 Perhitungan kebutuhan daya dan pemilihan motor ........................61
V.1.1 Momen puntiryang terjadi ....................................................61
V.1.2 Pemilihan motor ...................................................................63

viii

V.1.3 Pemilihan pereduksi putaran ................................................64
V.2 Analisis kekuatan konstruksi .........................................................65
V.2.1 Rangka ..................................................................................65
V.2.2 Poros transmisi .....................................................................67
V.2.3 Poros engkol .........................................................................69
V.2.4 Poros pemutar .......................................................................71
V.2.5 Landasan...............................................................................72
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ...........................................................75
VI.1 Kesimpulan ....................................................................................75
VI.2 Saran ..............................................................................................75
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................76
LAMPIRAN 1
LAMPIRAN 2
LAMPIRAN 3

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1

Kebutuhan batubara di Indonesia hingga tahun 2025 dalam juta ton
[6] .................................................................................................... 1
Gambar I.2 Energi mix nasonal tahun 2025 sesuai PP No. 5 / 2006 [5] ............ 2
Gambar I.3 Diagram alir metodologi penyusunan tesis ..................................... 5
Gambar II.1 Diagram skematik perbedaan mekanisme pemadatan partikel
[3:hal.98] ......................................................................................... 7
Gambar II.2 Sistem pembriketan tanpa bahan perekat [4: hal.4]......................... 8
Gambar II.3 Pressure vs temperature dari proses pembriketan macam-macam
batubara bituminous [4: hal.2] ........................................................ 9
Gambar II.4 Hubungan gaya crushing briket dengan tekanan dan temperatur
briket untuk batubara bituminous [4: hal.2] .................................. 10
Gambar II.5 Ilustrasi piston penekan ................................................................ 12
Gambar II.6 Skema diagram dari rol penekan [3:hal.102] ............................... 12
Gambar II.7 Feed hopper dengan lidah yang dapat diatur untuk mengatur aliran
agar material mengalir dengan lembut ke dalam rol [3:hal.104] .. 14
Gambar II.8 Worm feeder untuk memasukkan serbuk material yang halus
dengan kerapatan rendah kedalam rol [3:hal.104] ........................ 14
Gambar II.9 Beberapa jenis tipe rol ekstrusi..................................................... 15
Gambar II.10 Diagram Metode Perancangan menurut VDI 2222 [8] ................. 16
Gambar II.11 Proses manufaktur tradisional [9] ................................................. 19
Gambar II.12 Ilustrasi dinding pemisah [1] ........................................................ 20
Gambar II.13 Perbandingan waktu perancangan tanpa dan dengan DFMA [1] . 21
Gambar II.14 Tahapan proses menggunakan DFMA [1] .................................... 22
Gambar II.15 Who casts the biggest shadow? [1] ............................................... 23
Gambar III.1 Mesin I: Static dies, briquette machine for shisha charcoal (11) .. 28
Gambar III.2 Mesin II: Rotary dies, No pollution charcoal machine (12).......... 28
Gambar III.3 Mesin III: Cam dies, Haumiller yang dikembangkan untuk
pembuatan briket batubara ............................................................ 29
Gambar III.4 Ilustrasi layout (a) mesin I, (b) mesin II, (c) mesin III.................. 30
Gambar III.5 Konsep “black box” ...................................................................... 32
Gambar III.6 Konsep mekanisme mesin ............................................................. 32
Gambar III.7 Sistem modul................................................................................. 33
Gambar III.8 Variasi konsep 1 ............................................................................ 38
Gambar III.9 Variasi konsep 2 ............................................................................ 38
Gambar III.10 Variasi konsep 3 ............................................................................ 39
Gambar III.11 Hasil rancangan awal .................................................................... 42
Gambar IV.1 Penekan atas .................................................................................. 43
Gambar IV.2 Penekan atas exploded .................................................................. 44
Gambar IV.3 Rancangan ulang penekan atas ..................................................... 46
Gambar IV.4 Grafik perbandingan rancangan awal dan rancangan ulang penekan
bawah ............................................................................................ 47
Gambar IV.5 Penekan bawah ............................................................................. 48
Gambar IV.6 Penekan bawah exploded .............................................................. 48
Gambar IV.7 Rancangan ulang penekan bawah ................................................. 50

x

Gambar IV.8 Grafik perbandingan rancangan awal dan rancangan ulang penekan
bawah ............................................................................................ 51
Gambar IV.9 Landasan ....................................................................................... 54
Gambar IV.10 Grafik perbandingan ongkos permesinan rancangan awal dan
rancangan ulang landasan ............................................................. 56
Gambar IV.11 Dies ............................................................................................... 57
Gambar IV.12 Dies hasil rancangan ulang ........................................................... 58
Gambar IV.13 Grafik perbandingan ongkos permesinan rancangan awal dan
rancangan ulang dies ..................................................................... 59
Gambar IV.14 Rancangan ulang mesin hasil DFMA ........................................... 60
Gambar V.1 Gaya berat pada penekan atas ....................................................... 61
Gambar V.2 Sudut gerak engkol pada penekan atas.......................................... 61
Gambar V.3 Sudut gerak engkol pada pelat putar ............................................. 61
Gambar V.4 Gaya berat pada penekan bawah ................................................... 62
Gambar V.5 Gaya gesek pada cam akibat gaya penekan bawah ....................... 62
Gambar V.6 Tipe motor yang digunakan .......................................................... 63
Gambar V.7 Tipe gearbox yang digunakan ....................................................... 64
Gambar V.8 Daerah kritis pada konstruksi........................................................ 65
Gambar V.9 Pemodelan rangka mesin dari solid ke beam ................................ 66
Gambar V.10 Tegangan yang terjadi pada rangka .............................................. 66
Gambar V.11 Grafik konvergensi tegangan yang terjadi pada rangka dengan
model beam ................................................................................... 67
Gambar V.12 Pemodelan poros transmisi dari solid ke beam ............................. 68
Gambar V.13 Tegangan yang terjadi pada poros transmisi ................................. 68
Gambar V.14 Grafik konvergensi tegangan yang terjadi pada poros transmisi
dengan model beam ...................................................................... 69
Gambar V.15 Poros engkol model solid .............................................................. 69
Gambar V.16 Tegangan yang terjadi pada poros engkol .................................... 70
Gambar V.17 Grafik konvergensi tegangan yang terjadi pada poros engkol ...... 70
Gambar V.18 Poros pemutar model solid............................................................ 71
Gambar V.19 Tegangan yang terjadi pada poros pemutar .................................. 71
Gambar V.20 Grafik konvergensi tegangan yang terjadi pada poros pemutar.... 72
Gambar V.21 Landasan ....................................................................................... 72
Gambar V.22 Tegangan yang terjadi pada landasan ........................................... 73
Gambar V.23 Grafik konvergensi tegangan yang terjadi pada landasan............. 73

xi

DAFTAR TABEL

Table II.1
Tabel II.2
Tabel II.3
Tabel III.1
Tabel III.2
Tabel III.3
Tabel III.4
Tabel III.5
Tabel III.6
Tabel III.7
Tabel III.8
Tabel III.9
Tabel III.10
Tabel III.11
Tabel IV.1
Tabel IV.2
Tabel IV.3
Tabel IV.4
Tabel IV.5
Tabel IV.6
Tabel IV.7
Tabel IV.8

Pelumas dan pemadatan serbuk (3:hal.100) ..................................... 11
Estimasi waktu manual handling [1] ............................................... 25
Estimasi waktu manual insertion [1] ............................................... 26
Daftar persyaratan ............................................................................ 31
Alternatif sitem penekan .................................................................. 33
Alternatif sub sistem penekan .......................................................... 34
Alternatif sub sistem feeder system.................................................. 35
Alternatif sub sistem rangka mesin .................................................. 35
Alternatif sub sistem pereduksi putaran........................................... 36
Alternatif sub sistem penerus gerakan ............................................. 37
Variasi konsep.................................................................................. 37
Penilaian variasi konsep menurut penulis ........................................ 40
Penilaian variasi konsep menurut survey......................................... 41
Rangkuman penilaian variasi konsep menurut survey..................... 41
Hasil DFA Sub sub sistem penekan atas pada perancangan awal ... 45
Hasil DFA Sub sub sistem penekan atas pada redesain .................. 46
Hasil DFA Sub sub sistem penekan bawah pada perancangan awal 49
Hasil DFA Sub sub sistem penekan bawah pada rancangan ulang . 50
Pemilihan material dan proses manufaktur penekan atas ................ 52
Pemilihan material dan proses manufaktur penekan bawah ............ 53
Analisis proses manufaktur landasan............................................... 54
Perbandingan nilai ekonomis hasil anlisis proses manufaktur
landasan............................................................................................ 55
Tabel IV.9 Analisis proses manufaktur dies ...................................................... 57
Tabel IV.10 Perbandingan nilai ekonomis hasil anlisis proses manufaktur dies . 59

xii