Desain Dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan Pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK) Hybrid Dan In Store Dryer (ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung

DAN IN-STORE DRYER (ISD) TERINTEGRASI UNTUK BIJI

JAGUNG

TAMARIA PANGGABEAN

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2008

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN

SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Desain dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid

dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung” adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Agustus 2008

Tamaria Panggabean NIM 151060051

ABSTRACT

TAMARIA PANGGABEAN. Design and Working Performance Mechine Material Handling for Corn in The Integrated System of Greenhouse Effect (GHE)-Hybrid Dryer and In-Store Dryer (ISD). Under direction of WAWAN HERMAWAN, DYAH WULANDANI and TEGUH WIKAN WIDODO.

A bucket elevator has been designed and constructed for vertical conveying of corn, as a part of integrated system of Green House Effect (GHE)–Hybrid Dryer and In-Store Dryer (ISD). The bucket elevator was designed to convey dry corn from the GHE-Hybrid dryer to the ISD, at a capacity of 1400 kg/h, a vertical distance of 5.1 m, a belt speed of 0.433 m/s and a bucket spacing of 0.3 m. A set of working performance test was conducted to measure the working performance of the bucket elevator such as the capacity, residue grain, broken grain, and power consumption of the elevator, using three levels of grain moisture content (i.e. 14%, 18% and 28%). The test results were discussed in this thesis. The first test results showed that the average of head wheel rotational speed was 92 rpm, the average capacity was 612.22 kg/h, the average residue grain was 0.27%, the average broken grain was 0.1 % and the average electrical power consumption was 308 Watt. Since the capacity was very lower than the expected capacity (1400 kg/h), the head wheel rotational speed was increased to 184 rpm. The test results using this speed showed that the capacity was increased to 945.47 kg/h, the residue grain was 0.17%, the broken grain was 0.44 % and the power consumption was 324 Watt. The test using tree levels of moisture content showed that the higher moisture content produced a lower capacity, and higher residue grain and broken grain. The capacity was 1000 kg/h at 14% moisture content. However at 18% and 28% moisture content the capacity were 630 kg/h and 500 kg/h respectively.

Keywords : bucket elevator, corn, working performance, integrated drying system, moisture content

RINGKASAN

TAMARIA PANGGABEAN. Desain dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer

(ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung. Dibimbing oleh WAWAN HERMAWAN, DYAH WULANDANI dan TEGUH WIKAN WIDODO.

Sebuah prototipe bucket elevator sudah dirancang dan dibuat untuk pengangkutan biji jagung, sebagai bagian dari sistem terintegrasi pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD). Bucket elevator dirancang untuk mengangkut biji jagung kering dari pengering ERK-Hybrid ke ISD, dengan kapasitas1400 kg/jam, jarak vertikal 5,1 m, kecepatan sabuk 0,433 m/detik dan jarak antar bucket 0,3 m. Serangkaian pengujian dilakukan untuk mengukur kinerja dari bucket elevator seperti : kapasitas pemindahan, biji tersisa, biji rusak dan konsumsi daya listrik menggunakan tiga tingkatan kadar air yaitu 14%, 18% dan 28%. Hasil rancangan dan pengujian akan dibahas dalam tesis ini. Hasil pengujian pertama pada kecepatan putar di puli atas 92 rpm, menghasilkan kapasitas pemindahan rata-rata 612,22 kg/jam, biji tersisa rata-rata 0,27%, biji rusak rata-rata 0,1% dan kebutuhan daya listrik rata-rata 308 Watt. Karena kapasitas yang direncanakan lebih rendah dari yang diharapkan (1400 kg/jam), kecepatan putar di puli atas ditingkatkan menjadi 184 rpm. Hasil pengujian menggunakan kecepatan putar di puli atas tersebut menunjukkan peningkatan kapasitas pemindahan menjadi 945,47 kg/jam, biji tersisa 0,17%, biji rusak 0,44% dan kebutuhan daya listrik 324 Watt. Pengujian menggunakan tiga tingkat kadar air menunjukkan kadar air yang tinggi menghasilkan kapasitas pemindahan terendah, biji tersisa dan biji rusak tertinggi. Pada kadar air 14% dihasilkan kapasitas pemindahan 1000 kg/jam, sedangkan pada kadar air 18% and 28% menghasilkan kapasitas pemindahan masing-masing 630 kg/jam dan 500 kg/jam.

Keywords : bucket elevator, biji jagung, kinerja, sistem pengering terintegrasi, kadar air

© Hak Cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2008 Hak Cipta dilindungi Undang-undang

1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber.

a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah.

b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.

2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB

DESAIN DAN KINERJA MESIN PEMINDAH BAHAN PADA

SISTEM PENGERING EFEK RUMAH KACA (ERK)-HYBRID

DAN IN-STORE DRYER (ISD) TERINTEGRASI UNTUK BIJI

JAGUNG

TAMARIA PANGGABEAN

Tesis

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Program Studi Keteknikan Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2008

Judul Tesis : Desain dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung

Nama : Tamaria Panggabean

NIM : F151060051

Disetujui Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S Ketua

Dr. Ir. Dyah Wulandani, M.Si Dr. Ir. Teguh Wikan Widodo, M.Sc

Anggota Anggota

Diketahui

Tanggal Ujian 5 Agustus 2008 Tanggal Lulus 19 Agustus 2008

Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, M.S Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan M.Agr.

Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian

Dekan Sekolah Pascasarjana

Kupersembahkan

……….

Untuk Suamiku tercinta LT. Silaban,

Anakku tercintaValenri Silaban,

Mamaku tercinta G. Simanjuntak

Saudara-saudaraku tersayang……

dan Keluarga besarku……….

yang selama ini telah mendukungku dan mendoakanku

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan YME yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis yang berjudul “Desain dan Kinerja Mesin Pemindah Bahan pada Sistem Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi Untuk Biji Jagung”.

Penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S sebagai pembimbing pertama, yang telah memberi nasehat dan bimbingan selama ini.

2. Dr. Ir. Dyah Wulandani,. M.Si sebagai pembimbing kedua, yang telah memberi nasehat dan bimbingan selama ini.

3. Dr. Ir. Teguh Wikan Widodo, M.Sc sebagai pembimbing ketiga, yang telah memberi nasehat dan bimbingan selama ini.

4. Dr. Ir. I. Wayan Budiastra, M.Agr sebagai penguji luar komisi pada ujian tesis.

5. Prof. Dr. Ir. Armansyah. H Tambunan, M.Agr sebagai Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian (Koordinator Mayor).

6. Dr. Ir. Leopold Nelwan, M.Si sebagai ketua penelitian proyek KKP3T tahun 2007 Departemen Pertanian dimana penulis menjadi anggotanya.

7. BPPS Dikti yang telah membiayai studi penulis.

8. Program KKP3T tahun 2007 dengan nomor kontrak 1632/LB.620/J.1/5/2007 Departemen Pertanian yang telah membiayai penelitian penulis.

9. Teman-teman penulis, Selly Oktarina SP., M.Si, Hilda Agustina STP., M.Si, Farry Apriliiano, S.TP, Merynda Indryani Syafutri, STP, Friska Syaiful STP, Olly Sani Hutabarat, STP, M.Si dan teman-teman dari Universitas Sriwijaya lainnya.

10. Farry Aprilliano, Riswanti Sigalingging, Lilik Tri Mulyantara, Diswandi Nurba, Deni Hendarto, I Putu Surya, Susanto Budi, dan Warji yang merupakan teman-teman satu angkatan penulis di Program Magister IPB. 11. Pak Parma, Pak Harto dan Pak Abas atas bantuan tenaga dan waktunya dalam

membantu membuat bucket elevator.

12. Firman dan Darma yang telah membantu dalam pengambilan data.

13. Pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu atas peranannya sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.

Semoga Tuhan YME memberikan balasan dan manfaat atas segala bantuan moril materil, nasehat dan ilmu yang diberikan.

Penulis menyadari bahwa isi dari tesis ini sangat jauh dari sempurna. Oleh karena itu saran dan kritik sangat penulis harapkan agar lebih menambah khazanah pengetahuan penulis. Akhirnya penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat. Amin.

Bogor, Agustus 2008

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 24 Juli 1977 dari ayah AP. Panggabean (Alm) dan Ibu G. Simanjuntak. Penulis merupakan putri

keempat dari enam bersaudara.

Penulis telah menyelesaikan pendidikan program sarjana (S1) pada tahun 2001 di Program Studi Teknik Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sriwijaya. Pada tahun 2006 penulis diterima di Sekolah Pascasarjana Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Penulis telah bekerja sejak tahun 2004 sebagai tenaga pengajar dengan jabatan asisten ahli di Program Studi Teknik Pertanian, Jurusan Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sriwijaya.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL... xiv

DAFTAR GAMBAR... xv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

PENDAHULUAN... 1

Latar Belakang ... 1

Tujuan Penelitian... 3

Manfaat Penelitian... 3

TINJAUAN PUSTAKA... 4

Jagung... 4

Sistem Pengering Efek Rumah Kaca-Hybrid dan In-Store Dryer... 4

Pemindahan Bahan ... 5

Pemilihan Mesin Pemindah Bahan ... 6

Bucket Elevator... 7

Desain... 13

METODOLOGI PENELITIAN... 14

Tahapan Penelitian ... 14

Proses Desain ... 15

Identifikasi Masalah ... 15

Gagasan Awal ... 15

Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan ... 28

Analisis... 28

Pelaksanaan ... 30

Konstruksi Bucket Elevator... 30

Tempat dan Waktu ... 31

Bahan dan Alat ... 31

Pengujian... 33

Uji Fungsional ... 33

Uji Kinerja... 33

Uji Stabilitas... 35

HASIL DAN PEMBAHASAN... 36

Dasar Pemilihan Bucket Elevator sebagai Mesin Pemindah Bahan ... 36

Konstruksi Prototipe Bucket Elevator... 36

Kaki rangka ... 38

Rangka ruang pemindah bahan ... 38

Bucket... 39

Sabuk datar (flat belt)... 39

As atau Poros... 40

Corong Pemasukan... 41

Corong Pengeluaran ... 41

Penutup Mesin... 42

Pembahasan Hasil Desain ... 42

Kapasitas ... 42

Daya Listrik... 44

Transmisi Sabuk-V (V-belt) ... 44

Pengujian... 45

Uji Fungsional ... 45

Uji Kinerja... 46

Uji Stabilitas... 56

Perbaikan Konstruksi Prototipe Bucket Elevator... 56

Perawatan Bucket Elevator... 57

KESIMPULAN DAN SARAN... 58

Kesimpulan... 58

Saran... 58

DAFTAR PUSTAKA... 59

DAFTAR TABEL

Halaman

1 Kelebihan dan kelemahan bucket elevator dan pneumatic conveyor... 6

2 Kelebihan dan kelemahan sabuk dan rantai ... 11

3 Nama bahan untuk pembuatan bucket elevator... 32

4 Hasil uji kinerja untuk pengujian pada kecepatan putar 58,1 rpm... 47

5 Hasil uji kinerja untuk pengujian pada kecepatan putar 147 rpm... 47

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1 Cara kerja bucket a. Scooping bucket; b. Direct fill bucket;

c. Centrifugal; d. gravity; e. direct gravity ... 8

2 Jenis-jenis bucket a. Deep bucket ke belt; b. Shallow deep ke rantai tunggal; c. V-type dua rantai ke sisi bucket... 9

3 Diagram gaya yang dialami biji-bijian sewaktu berada pada mangkuk sendokan saat pelepasan. Jari-jari efektif mangkuk sendokan saat pelepasan berkisar dari r1 ke r2 ... 10

4 Diagram alir proses perancangan... 13

5 Tahapan penelitian ... 14

6 Skema rangkaian pengering ERK-Hybrid – Bucket Elevator – ISD ... 15

7 Kaki rangka ... 18

8 Rangka ruang pemindah bahan ... 19

9 Bucket... 20

10 Sabuk datar (flat belt)... 22

11 Sabuk datar dari karet ... 22

12 Puli silinder ... 24

13 Crowned Pulley... 24

14 As ... 24

15 Corong pemasukan... 25

16 Corong pengeluaran ... 25

17 Penutup atas dan bawah ... 26

18 Sabuk-V tipe standar A ... 28

19 Bucket elevator hasil rancangan... 37

20 Kaki rangka ... 38

21 Rangka ruang pemindah bahan ... 38

22 Posisi bucket... 39

23 Pemasangan sabuk datar ... 39

25 Peletakan as... 40

26 Corong pemasukan... 41

27 Corong pengeluaran ... 41

28 Penutup atas dan bawah ... 42

29 Volume bucket pada saat diangkut... 44

30 Pasangan puli transmisi penggerak gear box... 45

31 Pasangan puli transmisi penggerak bucket elevator... 45

32 Interaksi kadar air terhadap sudut curah ... 50

33 Interaksi kadar air terhadap daya ... 51

34 Interaksi kadar air terhadap energi... 51

35 Interaksi kadar air terhadap biji tersisa ... 53

36 Interaksi kadar air terhadap biji rusak... 54

37 Interaksi kadar air terhadap kapasitas ... 54

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1 Diagram alir untuk memilih poros (as) ... 62

2 Perhitungan diameter poros (as) ... 64

3 Diagram alir untuk memilih sabuk-V (V-belt)... 67

4 Perhitungan sabuk-V (V-belt) untuk menggerakkan gear box... 69

5 Perhitungan sabuk-V (V-belt) untuk menggerakkan bucket elevator... 74

6 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros ... 79

7 Faktor koreksi ... 80

8 Ukuran puli-V ... 81

9 Kapasitas daya yang ditransimisikan untuk sabuk tunggal, Po (kW) ... 82

10 Perhitungan kecepatan sabuk, kecepatan putar dan daya ... 83

11 Perhitungan stabilitas ... 86

12 Kecepatan putar puli atas optimum... 89

13 Waktu dan kecepatan jatuh biji jagung ... 90

14 Perhitungan daya motor bucket elevator... 91

15 Kapasitas bucket per meter panjang konveyor ... 95

16 Faktor K1, K2 dan K3 ... 96

17 Perhitungan kebutuhan sabuk (belt), sabuk, plat eser untuk pembuatan bucket elevator... 97

18 Data pengujian ke-1 pada saat kecepatan putar 58,1 rpm... 98

19 Data pengujian ke-2 pada saat kecpatan putar 58,1 rpm... 100

20 Data pengujian ke-3 pada saat kecepatan putar 147 rpm... 102

21 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata 14%... 104

22 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata18%... 106

23 Data untuk bahan biji jagung dengan kadar air rata-rata 28%... 108

24 Gambar teknik bucket elevator... 110

25 Gambar teknik bucket... 111

26 Gambar teknik corong pengeluaran ... 112

27 Gambar teknik corong pemasukan... 113

29 Gambar teknik penutup atas dan bawah ... 115

30 Gambar teknik pillow block dan as ... 116

31 Gambar teknik rangka ruang pemindah ... 117

32 Gambar teknik kaki rangka ... 118

33 Gambar teknik puli silinder dan ring puli ... 119

34 Gambar teknik puli penggerak gear box... 120

Latar Belakang

Jagung termasuk jenis tanaman pangan kedua setelah padi (Simatupang 2003) dan merupakan salah satu komoditas pertanian yang sangat penting sebagai makanan pokok manusia dan pakan ternak yang terus meningkat kebutuhannya (Tangendjojo et al. 2003; Djulin et al. 2003). Luas panen jagung di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami peningkatan yaitu 3.346.427 ha pada tahun 2006 menjadi 3.450.650 ha pada tahun 2007 (Kominfo 2007). Hal ini diiringi dengan peningkatan produksi 11.610.640 ton jagung pipilan pada tahun 2006 menjadi 12.381.561 ton pada tahun 2007 (Kominfo 2007).

Proses pengolahan jagung setelah panen meliputi pemipilan, pengeringan, sortasi, penyimpanan dan pengemasan. Dewasa ini pemanfaatan jagung lebih banyak digunakan sebagai jagung pipilan. Penanganan pasca panen yang paling kritis pada jagung adalah pengeringan. Hal ini disebabkan penanganan pengering yang terlambat akan menyebabkan meningkatnya aflatoxin. Standar kandungan aflatoxin pada jagung menurut SNI maksimum 5 ppb. Untuk itu pada biji-bijian terutama jagung pipilan, harus memperhatikan penanganan pengeringan dan penyimpanan sehingga penyebab tingginya kandungan aflatoxin yang menyebabkan bahaya bagi kesehatan dapat dihindari.

Mengingat hal di atas, perlu dibuat alat pengering yang memperhatikan penanganan pengeringan dan penyimpanan, salah satu solusi yaitu dengan menggunakan pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) terintegrasi untuk biji-bijian. Penggunaan sumber energi terbarukan untuk memenuhi kebutuhan energi termal pada pengeringan produk pertanian merupakan usaha yang dapat dilakukan dalam rangka menurunkan biaya energi selain mendapatkan kepastian keberadaan sumber energi dalam jangka panjang. Sumber energi surya dan biomassa merupakan sumber-sumber yang sangat potensial untuk maksud termal pada proses pengeringan produk pertanian. Salah satu tipe pengering berenergi surya yang telah dikembangkan adalah pengering tipe Efek Rumah Kaca (ERK) (Abdullah 1993).

Kemudian sistem pengering tahap kedua, pada umumnya dapat disebut sebagai pengering dalam penyimpanan In-Store Dryer (ISD). Pada kadar air yang lebih rendah, kira-kira 18%, biji-bijian termasuk jagung pipilan lebih aman untuk disimpan dalam jangka waktu yang relatif lebih lama pada suhu dan kelembaban yang umum ada di Indonesia, apabila menggunakan asumsi biji-bijian 270C umur simpan yang aman dapat lebih dari 20 hari, sedangkan pada kadar air yang lebih tinggi, misalnya 20% pada suhu yang sama umur simpan menjadi hanya kurang dari 10 hari (Brooker et al. 1993). Metode In-Store Dryer (ISD) umumnya menggunakan udara lingkungan yang dihembus melalui tumpukan biji-bijian yang dikeringkan. Udara lingkungan ini dapat dipanaskan menggunakan kolektor sehingga naik beberapa derajat di atas suhu lingkungan. Laju pengeringan tentunya tidak terlalu tinggi, maka pengering ini juga berfungsi sebagai penyimpan.

Dengan adanya dua tahap pengering ini, tentunya memerlukan dua alat yaitu pengering dan penyimpan. Pada penelitian ini menggunakan alat pengering yang berkapasitas 1,5 ton dan penyimpanan yang berkapasitas 7,5 ton sehingga alatnya berdimensi besar dan bahan dalam bentuk curah (bulk). Masalah yang timbul adalah pemindahan bahan dari pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid ke penyimpan In-Store Dryer (ISD). Untuk menghubungkan kedua alat ini maka diperlukan mesin pemindah bahan yang sesuai. Karena pemindahan bahan ke arah vertikal maka desain mesin yang sesuai adalah bucket elevator.

Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian utama yang berjudul Rancang Bangun Alat Pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) Terintegrasi untuk Biji-Bijian, sehingga perancangan mesin pemindah bahan (bucket elevator) disesuaikan dengan bentuk dan posisi alat pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan alat penyimpan In-Store Dryer (ISD).

Bucket elevator dipilih sebagai mesin pemindah bahan pada sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan penyimpan In-Store Dryer (ISD) karena memiliki banyak kelebihan. Bucket elevator ini mempunyai kelebihan dibanding mesin lain di antaranya : dapat digunakan untuk pengangkutan yang vertikal atau dengan sudut kemiringan tajam, harga pembuatan relatif lebih murah,

energi yang digunakan relatif rendah dan pengoperasian relatif lebih mudah. Sehingga dengan adanya bucket elevator ini sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) dapat beroperasi dengan baik.

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mendesain bucket elevator yang menunjang sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) terintegrasi untuk biji jagung yang mempunyai konstruksi dan mekanis sederhana tetapi cukup efektif dan efisien sebagai mesin pemindah bahan.

2. Menguji kinerja bucket elevator hasil desain untuk proses pemindahan biji jagung.

Manfaat Penelitian

Penelitan ini bermanfaat sebagai bahan pertimbangan atau masukan untuk dapat mengembangkan mesin pemindah bahan khususnya untuk sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) terintegrasi untuk biji jagung yang lebih efektif dan efisien sehingga dapat mengatasi kesulitan dalam pemindahan bahan. Selain itu penelitian ini juga bermanfaat bagi sentra industri jagung dalam melakukan pemindahan bahan pada sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) terintegrasi untuk biji jagung dimana alat ini akan ditempatkan nantinya.

TINJAUAN PUSTAKA

Jagung

Jagung (Zea mays L.) merupakan salah satu tanaman pangan dunia yang terpenting, selain gandum dan padi. Sebagai sumber karbohidrat utama di Amerika Tengah dan Selatan, jagung juga menjadi alternatif sumber pangan di Amerika Serikat. Penduduk beberapa daerah di Indonesia (misalnya di Madura dan Nusa Tenggara) juga menggunakan jagung sebagai pangan pokok. Selain sebagai sumber karbohidrat, jagung juga ditanam sebagai pakan ternak (hijauan maupun tongkolnya), diambil minyaknya (dari biji), dibuat tepung (dari biji, dikenal dengan istilah tepung jagung atau maizena), dan bahan baku industri (dari tepung biji dan tepung tongkolnya). Tongkol jagung kaya akan pentosa, yang dipakai sebagai bahan baku pembuatan furfural. Jagung yang telah direkayasa genetika juga sekarang ditanam sebagai penghasil bahan farmasi (Wikipedia Indonesia 2007).

Biji jagung kaya akan karbohidrat. Sebagian besar berada pada endospermium. Kandungan karbohidrat dapat mencapai 80% dari seluruh bahan kering biji. Karbohidrat dalam bentuk pati umumnya berupa campuran amilosa dan amilopektin. Pada jagung ketan, sebagian besar atau seluruh patinya merupakan amilopektin. Perbedaan ini tidak banyak berpengaruh pada kandungan gizi, tetapi lebih berarti dalam pengolahan sebagai bahan pangan. Jagung manis tidak mampu memproduksi pati sehingga bijinya terasa lebih manis ketika masih muda (Wikipedia Indonesia 2007).

Sistem Pengering Efek Rumah Kaca-Hybrid dan In-Store Dryer

Sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan In-Store Dryer (ISD) adalah merupakan sistem pengeringan yang baru dikembangkan untuk peningkatan kualitas biji-bijian yang akan disimpan. Sistem ini terdiri dari dua pengering, yang pertama pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid. Pengering ini merupakan struktur terintegrasi antara kolektor surya dengan wadah produk pengeringan. Pengunaan alat pengering surya tipe Efek Rumah Kaca (ERK) telah dilakukan dan terus dikembangan untuk berbagai produk biji-bijian, buah-buahan, benih dan ikan (Abdulah 1995, 1998, 1999; Nelwan 1997, 2005; Dyah 2005;

Manalu 1999). Suhu udara pengering rata-rata berkisar 39-500C untuk berbagai lokasi, dengan waktu pengering berkisar 4-57 jam bergantung dari jenis yang dikeringkan.

Sistem pengering tahap kedua pada umumnya dapat disebut sebagai pengering dalam penyimpanan In-StoreDryer (ISD). Dengan metode ini penggunan pemanas yang membutuhkan biaya operasi yang lebih tinggi dapat dikurangi. Dan dengan metode ini maka sangat diperlukan sekali mesin pemindah bahan yang akan membantu pemindahan bahan dari pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid ke penyimpan In-Store Dryer (ISD).

Pemindahan Bahan

Menurut Zainuri (2006) mesin pemindah bahan (material conveying equipment) adalah peralatan yang digunakan untuk memindahkan muatan yang berat dari satu tempat ke tempat lain dalam jarak yang tidak jauh, misalnya pada bagian-bagian atau departemen pabrik, pada tempat-tempat penumpukan bahan, lokasi konstruksi, tempat penyimpanan dan pembongkaran muatan dan sebagainya. Mesin pemindah bahan hanya memindahkan muatan dalam jumlah dan besar tertentu dengan perpindahan bahan kearah vertikal, horizontal, atau kombinasi keduanya.

Ada beberapa metode digunakan untuk mengangkut bahan-bahan pertanian. Pemilihan metode pengangkutan tergantung pada penerapan alami dan jenis bahan yang diangkut. Bahan pertanian bisa berupa cairan, butiran, serbuk, berserat atau kombinasi dari bahan tersebut di atas (Srivastava et al. 1993).

Brook (1971) mengungkapkan, banyak cara di mana jumlah metode dan jenis peralatan digunakan untuk penanganan bahan dapat diklasifikasikan. Sebagai contoh belt konveyor, dapat digunakan untuk lebar bahan yang bervariasi seperti : pasir, kerikil, tepung susu dan cocoa beans. Cara yang mendasari pengelompokkan metode, khususnya dari segi mekanik, dipertimbangkan menjadi tiga kelompok utama : metode berkelanjutan (continous methods), semi berkelanjutan (semi continous) dan metode tumpukan (batch methods).

Henderson and Perry (1989), alat-alat penanganan bahan olah dapat dibagi

menjadi delapan tipe, yaitu : (1) konveyor sabuk, (2) konveyor rantai, (3) konveyor baud, (4) konveyor sendokan, (5) konveyor arus angin, (6) konveyor

gaya tarik bumi, (7) derek dan (8) pengungkit, truk dan gerobak pengangkut. Alat pemindah bahan yang sesuai untuk sistem pengering ERK-Hybrid dan ISD adalah bucket elevator dan pneumatic conveyor.

Tabel 1 Kelebihan dan kelemahan bucket elevator dan pneumatic conveyor (Siregar SF 2004 )

No Jenis alat Kelebihan Kelemahan a. Dapat mengangkut bahan

dengan kemiringan yang curam.

a. Bahan yang diangkut kebersihannya tidak terjaga.

b. Dapat digunakan untuk mengangkut butiran dan material kering yang sudah lumat, mengangkut

material yang cenderung lengket, serta mengangkut bongkahan-bongkahan besar dan material yang berat.

b. Tidak dapat

digunakan jika bahan melalui jalur yang berkelok-kelok. 1. Bucket

elevator

c. Harga relatif lebih murah karena pemakaian energi kecil.

c. Bahan yang diangkut dapat mengalir kembali atau jatuh ke bawah.

a. Bahan yang diangkut kebersihannya tetap terjaga.

a. Tidak dapat mengangkut bahan dengan kemiringan yang curam. b. Dapat digunakan jika bahan

melalui jalur yang berkelok-kelok.

b. Hanya dapat mengangkut bahan yang ringan atau berbentuk bongkahan kecil.

2. Pneumatic conveyor

c. Bahan yang diangkut tidak dapat mengalir kembali atau jatuh ke bawah.

c. Harga relatif lebih mahal karena pemakaian energi besar.

Pemilihan Mesin Pemindah Bahan

Menurut Zainuri (2006), mesin pemindah bahan harus dapat memindahkan muatan ke tujuan yang ditentukan dalam waktu yang dijadwalkan, dan harus dihantarkan ke departemen atau unit produksi dalam jumlah muatan yang ditentukan. Mesin harus dapat dimekaniskan sedemikian rupa sehingga hanya memerlukan sedikit mungkin operator untuk pengendalian, pemeliharaan,

perbaikan dan tugas-tugas tambahan lainnya. Alat ini tidak boleh merusak muatan yang dipindahkan ataupun menghalangi dan menghambat proses produksi. Alat ini harus aman dalam operasinya dan ekonomis baik dalam biaya operasi maupun modal awalnya.

Faktor-faktor teknis yang harus diperhatikan dalam pemilihan mesin pemindah bahan, antara lain :

1. Jenis dan sifat bahan yang akan ditangani. 2. Kapasitas per jam yang dibutuhkan. 3. Arah dan jarak pemindahan.

4. Cara menyusun muatan pada tempat asal, akhir dan antara.

5. Karakteristik proses produksi yang terlibat dalam pemindahan muatan. 6. Kondisi lokal yang spesifik.

7. Jangka waktu penggunaan alat.

Pemilihan juga didasarkan atas faktor-faktor ekonomi antara lain :

1. Biaya pengeluaran modal (capital outlay), meliputi : biaya peralatan (cost of equipment), biaya pengangkutan, pemasangan (erection) dan biaya konstruksi yang diperlukan dalam operasinya.

2. Biaya operasional (operation cost), mencakup : upah pekerja, biaya bahan bakar (energi), biaya perawatan dan perbaikan, biaya pelumasan, pembersihan dan perbaikan menyeluruh (overhaul).

Juga perlu dipertimbangkan parameter teknis dalam mengoperasikan mesin pemindah bahan, yang antara lain berupa :

1. Kapasitas pemindahan dan kecepatan (ton/jam). 2. Berat mati peralatan (dead weight of equipment). 3. Kecepatan berbagai gerakan peralatan.

4. Tinggi angkat (lifting height).

5. Ukuran geometris peralatan, antara lain bentangan, panjang, dan lebar. 6. Keselamatan (safety) operator.

Bucket Elevator

Bucket elevator adalah alat angkut yang sangat effisien, tetapi lebih mahal dibandingkan dengan konveyor scraper (carukan). Bucket elevator lebih effisien karena tidak terjadi gesekan antara bahan olah dengan wadahnya. Hal ini mungkin

karena setiap mangkuk bebas tidak bergeseran dengan dinding, tidak seperti konveyor scraper (Henderson and Perry 1989).

Menurut Brook (1971), untuk pengangkutan vertikal bahan lepas, melalui tinggi terbatas, beberapa bentuk bucket elevator merupakan sistem yang tepat. Sebagai tambahan beberapa versi digunakan sebagai bagian dari proses, bagian untuk pemisahan padatan dari campuran cairan dan padatan, di mana mangkuk berlubang digunakan untuk saluran keluar cairan. Pemasukan pada bucket elevator biasanya dilakukan pada bagian terendah, sehingga mangkuk dapat mengumpulkan bahan, dan bermacam-macam bentuk pengeluaran digunakan.

Selanjutnya Srivastava et al. (1993) menambahkan, bucket elevator umumnya digunakan untuk pengangkutan vertikal bahan-bahan aliran bebas seperti : biji-bijian kecil dan pelet. Bucket elevator terdiri dari mangkuk-mangkuk dengan jarak yang seimbang yang dikaitkan pada sabuk (belt). Sabuk membungkus sepanjang dua puli yang diletakkan di atas dan di bawah. Sabuk berputar menggerakan mangkuk berisi bijian dari bawah dan membawanya ke atas.

Cara kerja bucket elevator, yaitu : material curah (bulk material) masuk ke corong pengisi (feed hopper) pada bagian bawah elevator (boot). Material curah ditangkap bucket yang bergerak, kemudian oleh bucket dibawa ke atas. Setelah sampai pada roda gigi atas, material dikeluarkan ke arah corong keluar (discharge spout), hal ini dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Cara kerja bucket a. Scooping bucket; b. Direct fill bucket; c. Centrifugal; d. gravity; e. direct gravity (Zainuri 2006)

Jenis bucket yang biasa digunakan adalah : (1) deep bucket, (2) shallow bucket, dan (3) V-type bucket. Deep bucket, sudut potong 650 digunakan untuk bahan yang sangat kering, mudah mengalir. Shallow bucket, sudut potong 450, untuk bahan yang mengandung uap air, agak sukar mengalir. V-bucket untuk material berat, abrasif (lihat Gambar 2).

Gambar 2 Jenis-jenis bucket a. Deep bucket ke belt; b. Shallow deep ke rantai tunggal; c. V-type dua rantai ke sisi bucket (Zainuri 2006)

Sedangkan menurut Henderson and Perry (1989) ada tiga macam tipe pengeluaran bucket elevator :

a. Tipe pengeluaran sentrifugal banyak digunakan untuk penanganan biji-bijian yang berukuran kecil pada elevator dan pabrik pengolahan. Mangkuk dipasang pada sabuk.

b. Tipe ” perfect discharge”. Mangkuk biasanya pada rantai yang dijalankan dengan kecepatan lambat. Alat ini dipergunakan untuk bahan yang mudah rusak atau tidak dapat diangkut bila menggunakan kecepatan tinggi, juga bagi perusahaan pertanian yang menginginkan biaya permulaan rendah.

c. Tipe penyedokan yang terus menerus. Digunakan untuk tugas-tugas berat, ditambang batubara, pengangkutan pasir dan sebagainya. Pada bagian pelepasan bahan dituang mendahului mangkuk.

Pelepasan sentrifugal membutuhkan sabuk atau transmisi yang tepat sehingga bahan jatuh tercurah pada tempat yang diinginkan. Analisanya dapat dilihat pada uraian berikut :

Gambar 3 Diagram gaya yang dialami biji-bijian sewaktu berada pada mangkuk sendokan saat pelepasan. Jari-jari efektif mangkuk sendokan saat pelepasan

berkisar dari r1 ke r2 (Henderson and Perry 1989)

Gambar 3 menunjukkan bagian atas mangkuk-mangkuk pada saat dia berada di atas. Pada saat mangkuk berada di sekeliling roda bagian atas, maka bahan olah yang berada di dalamnya dipengaruhi oleh dua gaya. Gaya-gaya tersebut adalah gaya berat W dan gaya sentrifugal S yang bekerja dengan arah radial, sehingga didapat persamaan gaya sentrifugal (Henderson and Perry 1989)

1383 , 0 3600

2 × ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜

⎜ ⎝ ⎛ =

r g V W

S ... (1)

di mana W : berat bahan olah dalam mangkuk, kg V : kecepatan tangensial, m/menit

g : percepatan gravitasi, m/detik2 r : jari-jari efektif, m

Resultan kedua gaya tersebut adalah R, Gambar 3, gaya ini menentukan titik di mana penumpahan terjadi. Dapat dilihat, bahwa R pada posisi 1 dan 2 dengan berbagai arahnya menunjukkan bahwa bahan olah masih berada dalam mangkuk. Pada posisi 5, gaya S dan W sama besar tetapi saling berlawanan arahnya, sehingga R sama dengan 0 (nol), yang menunjukkan bahwa tidak ada gaya yang bekerja pada bahan.

Pelepasan dimulai pada titik ini, dimana kecepatan permulaan dan arah lintasan dapat diduga dengan menggunakan kecepatan proyeksi putaran puli di titik ini. Pada puncak gaya S dan W harus sama besarnya atau:

1383 , 0 3600 2 × ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = = r g V W W

S ………. (2)

Sehingga

1383 , 0 3600

2 gr

V =

dan jika V = 2 π r N

di mana N = jumlah putaran puli setiap menit maka N = 80.38 (1/ r)

Berdasarkan sistem transmisi, bucket elevator dibedakan menjadi 2 macam, yaitu : menggunakan transmisi sabuk (belt) dan menggunakan transmisi rantai (chain). Untuk memilih salah satu dari kedua tipe tersebut, pertimbangan utamanya adalah faktor temperatur material yang diangkut, transmisi yang dihantarkan, perawatan dan umur pakai (Zainuri 2006).

Tabel 2 Kelebihan dan kelemahan sabuk dan rantai (Zainuri 2006) No Jenis

Transmisi

Kelebihan Kelemahan

- Harga lebih murah. - Jika suhu tinggi akan mengalami pemuaian yang menyebabkan kekuatan sabuk (belt) menurun. - Mudah dalam

pemasangan.

- Jika bahan yang dihantarkan berupa serbuk maka serbuk akan masuk ke puli

penggerak sehingga slip. 1 Sabuk

(Belt)

- Dapat dipakai untuk jarak poros yang jauh.

- Sabuk atau belt memerlukan perawatan yang banyak akibat robek dan suhu tinggi. - Kemungkinan terjadi

muai panjang akibat suhu tinggi relatif kecil.

- Harga relatif lebih mahal.

- Kemungkinan terjadi slip karena sistem transmisi sangat kecil karena roda transmisi menggunakan sprocket.

- Sukar dalam pemasangan. 2 Rantai

(Chain)

- Umur pakai lebih lama. - Memerlukan pelumasan rantai.

Kapasitas Bucket Elevator

Kapasitas bucket elevator tergantung pada kapasitas masing-masing bucket, jarak antar bucket, dan kecepatan sabuk (belt) atau rantai yang membawa bucket. Jarak antar bucket ditentukan oleh bentuk bucket dan dan sifat pengeluarannya (Srivastava et al. 1993). Kapasitas bucket dipertimbangkan menjadi 85-90% dari volume pembongkaran untuk kecepatan tinggi, jika bahan disusun terhadap beban di atas pusat poros kaki. Jika bahan di bawah, kapasitas menjadi berkurang 80% dari volume pembongkaran. Pada kecepatan sedang bucket diharapkan mengisi 90% volume pembongkaran (Srivastava et al. 1993). Berikut persamaan yang digunakan untuk menentukan kapasitas bucket elevator (Srivastava et al. 1993):

s v V

Q = × ... (3) di mana Q : kapasitas bucket elevator (m3/detik)

V : volume bucket (m3) v : kecepatan belt (m/detik)

s : jarak antar bucket (m)

Daya Bucket Elevator

Kebutuhan daya untuk mengopersaikan bucket elevator adalah meliputi : kebutuhan untuk mengangkat bahan, untuk menggayung bahan masuk ke dalam

bucket, untuk pengeluaran bahan, untuk memindahkan keseluruhan udara dan

menahan gesekan berlebih dalam bearing dan komponen bergerak lainnya. Pada umumnya bucket elevator memiliki efisiensi yang tinggi. Pada prakteknya ditemukan kebutuhan daya kuda teoritis untuk pengangkatan bahan membutuhkan peningkatan 10-15% mencapai kebutuhan daya aktual (Srivastava

et al. 1993). Berikut persamaan yang digunakan untuk mendapatkan kebutuhan

daya teoritis (Srivastava et al. 1993) :

) 4 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ...

h Q g

P = ρ_b

di mana P : daya teoritis (W)

ρb : densitas kamba bahan (kg/m3) g : percepatan gravitasi (m/detik2)

Q : kapasitas bucket elevator (m3/detik)

Desain

Menurut Ullman (1992) membangun suatu produk yang dapat dirakit dari suatu kebutuhan awal bukanlah pekerjaan mudah. Prosesnya berbeda dari produk ke produk dan dari industri ke industri. Ada tiga fase penting selama proses desain suatu produk, yaitu : perencanaan spesifikasi, desain konsep dan desain produk.

Menurut Harsokoesoemo (1999), perancangan adalah kegiatan awal dari usaha merealisasikan suatu produk yang keberadaannya dibutuhkan oleh masyarakat untuk meringankan hidupnya. Perancangan itu sendiri terdiri dari serangkaian kegiatan yang berurutan, oleh karena itu perancangan kemudian disebut sebagai proses perancangan yang mencakup seluruh kegiatan yang terdapat dalam proses perancangan tersebut. Kegiatan-kegiatan dalam proses perancangan disebut fase. Salah satu deskripsi proses perancangan adalah deskripsi yang menyebutkan bahwa proses perancangan terdiri dari fase-fase seperti pada Gambar 4.

Gambar 4 Diagram alir proses perancangan (Harsoekoesoemo 1999) Kebutuhan

Analisis masalah, spesifikasi produk, dan perancangan proyek

Perancangan konsep produk

Perancangan produk

Evaluasi produk hasil rancangan

METODOLOGI PENELITIAN

Tahapan Penelitian

Tahap-tahap penelitian terdiri dari : (1) proses desain, (2) konstruksi alat, (3) analisis desain dan (4) pengujian alat. Adapun skema tahap penelitian seperti Gambar 5.

Pelaksanaan

Tidak

Sesuai

Gambar 5 Tahapan penelitian

Indentifikasi masalah

Gagasan awal

Pengembangan dan penyempurnaan gagasan

Perhitungan dan perencanaan elemen mesin (analisis)

Hasil rancangan

Mempersiapkan bahan dan peralatan pembuatan hasil rancangan

Perakitan hasil rancangan

Penyetelan hasil rakitan

Pengujian kinerja hasil rakitan (kapasitas)

Penyempurnaan hasil rakitan

Bucket elevator hasil rancangan Mulai

Selesai

Proses Desain

Dalam mendesain bucket elevator perlu dilakukan proses desain. Adapun tahap-tahap dalam proses desain seperti yang disajikan sebagai berikut.

Identifikasi Masalah

Bucket elevator yang ada di pasaran pada prinsipnya bisa untuk biji-bijian

namun perlu pengaturan dan penyesuaian apabila digunakan untuk pemindah bahan (biji jagung) pada sistem pengering Efek Rumah Kaca (ERK)-Hybrid dan

In-Store Dryer (ISD). Oleh karena itu perlu dirancang bucket elevator khusus

sebagai mesin pemindah bahan (biji jagung) yang disesuaikan dengan bentuk dan posisi alat terintegrasi pengering ERK-Hybrid dan ISD. Desain bucket elevator

dibuat khusus karena untuk memenuhi :1) kapasitas yang diharapkan 1400 kg/jam karena biji jagung yang dikeringkan menggunakan pengering ERK-Hybrid

berkapasitas 1400 kg, 2) digunakan untuk memindahkan biji jagung dalam kondisi kering dengan kadar air rata-rata 16%, 3) ketinggian pengangkutan 5,1 m, dan 4) sistem pengumpanan dari pengering ERK-Hybrid harus ditampung terlebih dahulu di bak penampungan. Skema rangkaian pengering ERK-Hybrid – Bucket

Elevator – ISD dapat dilihat pada Gambar 6.

Gambar 6 Skema rangkaian pengering ERK-Hybrid – Bucket Elevator – ISD Gagasan Awal

Gagasan awal dalam membuat bucket elevator adalah disesuaikan dengan bentuk dan posisi alat pengering ERK-Hybrid dan ISD terintegrasi, sehingga rancangan ini diharapkan bisa digunakan dan optimal dalam kinerjanya.

Mekanisme kerja bucket elevator diawali pengaliran bahan (biji jagung) dari saluran pengeluaran pengering ERK-Hybrid ke corong pemasukan bucket elevator

yang kemudian dipindahkan dari corong pengeluaran bucket elevator ke penyimpanISD.

Pemindahan biji jagung dengan kapasitas yang diharapkan 1400 kg/jam dilakukan dengan membuat kecepatan putar di puli atas yang sesuai untuk mendapatkan kapasitas tersebut. Pemindahan biji jagung dengan kondisi kadar air kering 16% dilakukan dengan membuat corong pemasukan dan corong pengeluaran dengan sudut kemiringan di atas sudut curah biji jagung, yaitu 400. Ketinggian pengangkutan dicapai dengan memasukan kaki rangka ke bawah tanah. Bak penampung untuk menampung biji jagung dibuat dengan ukuran yang besar dengan sudut kemiringan bak di atas sudut curah biji jagung, yaitu 350.

Desain Fungsional. Bucket elevator yang didesain digunakan untuk memindahkan biji jagung dari pengering ERK-Hybrid ke penyimpan ISD. Biji jagung dari pengering ERK-Hybrid yang sudah mencapai kadar air 16% dikeluarkan secara kontinyu melalui lubang pengeluaran pengering ERK-Hybrid, kemudian biji jagung tersebut ditampung di bak penampung. Dari bak penampung ini biji jagung langsung disalurkan ke corong pemasukan bucket elevator, dari corong pemasukan biji jagung akan mengalir menuju bucket-bucket sebagai wadah yang bergerak berputar ke atas. Bucket-bucket akan menampung biji jagung dengan dua cara yaitu menangkap bahan dari corong pemasukan dan menyendok bahan dari bagian dasar bucket elevator.

Untuk meletakkan bucket-bucket tersebut digunakan sabuk datar yang dipasang mengelilingi puli atas dan bawah. Untuk mengerakkan sabuk datar diperlukan puli penggerak atas yang akan digerakkan oleh motor listrik, karena kecepatan putar di motor listrik biasanya terlalu tinggi maka diperlukan gear box

untuk mereduksi kecepatan putar menjadi kecepatan putar yang diharapkan. Untuk menghubungkan poros motor ke gear box dan poros gear box ke poros puli atas penggerak bucket elevator digunakan sabuk-V dan puli transmisi.

Lalu bucket yang berada di bagian atas puli atas akan melemparkan biji jagung ke arah corong pengeluaran bucket elevator. Dari corong pengeluaran disalurkan menggunakan saluran pengeluaran yang berupa selang fleksibel ke

penyimpan ISD. Untuk menjamin tegaknya bagian-bagian tersebut dan menopang semua beban yang diletakkan di atasnya serta dapat menahan gaya-gaya yang terjadi akibat transmisi tenaga dan berat beban, dibutuhkan rangka mesin. Rangka mesin ini terdiri dari rangka ruang pemindah bahan dan kaki rangka.

Agar biji jagung yang diangkut ke penyimpan ISD selama bucket elevator

beroperasi tidak ke luar dari bucket elevator maka digunakan penutup. Penutup terdiri dari tiga bagian yaitu penutup ruang pemindah bahan, penutup atas dan penutup bawah. Dengan keadaan tersebut di atas bucket elevator secara fungsional dapat memindahkan bahan (biji jagung) dari pengering ERK-Hybrid ke penyimpan ISD.

Desain Struktural. Penentuan dimensi komponen mesin disesuaikan dengan dimensi komponen mesin yang lain. Penentuan dimensi mesin akan didasarkan hasil analisa teknis dengan mempertimbangkan ketersediaan bahan serta memperhatikan segi ekonomis dan efisiensi kerja.

Rangka Mesin. Rangka mesin bucket elevator terdiri dari kaki rangka dan rangka ruang pemindah, yang keduanya terbuat dari bahan besi siku 40 x 40 mm dengan tebal 4 mm. Dasar pertimbangan menggunakan ukuran tersebut adalah kekuatan menahan beban. Massa keseluruhan beban (m) yang ditopang oleh kaki rangka yang terbuat dari besi siku adalah 149 kg.

Gaya menahan keseluruhan beban F (N) :

N g m F 69 , 1461 81 , 9 149 ) 5 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... = × = × =

Luas penampang kaki rangka yang terbuat dari besi siku A (m2) :

2 25 , 0 5 , 0 5 , 0 ) 6 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... m l p A = × = × =

Sehingga kekuatan besi siku menahan beban (Kpa) :

KPa m N A F 847 , 5 / 76 , 5846 25 , 0 69 , 1461 ) 7 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2 ₌ = = = σ

di mana m : massa keseluruhan beban (kg) g : percepatan gravitasi (m/detik2)

Kaki rangka yang terbuat dari bahan besi siku mempunyai tegangan patah (ultimate strength) 350 Mpa (Howatson AM, Lund PG, Todd JD.” Engineering

Tables and Data” p 41). Dengan kekuatan besi siku menahan beban tidak melebihi tegangan patah maka kaki rangka yang terbuat dari besi siku cukup kuat menahan beban.

Kaki rangka berbentuk ruang trapesium dengan panjang 500 mm, lebar 500 mm dan tinggi 500 mm. Di mana penampang atas berbentuk persegi panjang berukuran lebar bagian dalam 140 mm,lebar bagian luar 220 mm, panjang bagian dalam 330 mm dan panjang bagian luar 415 mm, ukuran ini diperoleh berdasarkan ukuran panjang dan lebar rangka ruang pemindah bahan. Sketsa kaki rangka seperti terlihat pada Gambar 7.

Gambar 7 Kaki rangka

Adapun dimensi rangka ruang pemindah terdiri dari : lebar rangka bagian dalam 140 mm danlebar rangka bagian luar 220 mm.

Ukuran lebar rangka ruang pemindah bagian luar (Lr) diperoleh dari :

mm j

p L_{r b p}

210 94 116 ) 8 ( .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... = + = + =

di mana pb : panjang bucket (mm)

jp : jarak sisi kiri dan kanan bucket ke penutup depan dan belakang (mm) Panjang rangka bagian dalam 330 mm dan panjang rangka bagian luar 415 mm. Ukuran panjang rangka ruang pemindah bagian luar (Pr) diperoleh dari :

mm j

d l

P_{r b p p}

415 125 90 100 2 ) 9 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2 = + + × = + + × =

di mana lb : lebar bucket (mm)

dp : diameter puli atas atau bawah (mm)

Tinggi rangka ruang pemindah (Trp) diperoleh dari

mm t

t T_{rp isd st}

4885 1135 3750 ) 10 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... = + = + =

di mana tisd : tinggi ISD (mm)

tst : tinggi sisi tegak yang membuat kemiringan 350

Dari ukuran panjang, lebar, dan tinggi rangka ruang pemindah didapat bentuk rangka ruang pemindah yang dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 8 Rangka ruang pemindah bahan

Bucket. Produk yang diangkut adalah berupa biji jagung dengan kapasitas pemindahan yang diharapkan 1400 kg/jam. Dari nilai kapasitas 1400 kg/jam = 0,388 kg/detik, dengan nilai kecepatan sabuk 0,433 m/detik dan jarak antar bucket 0,3 m yang telah diketahui, didapatkan volume bucket dari persamaan berikut :

kg v s Q V s v V Q 27 , 0 433 , 0 3 , 0 388 , 0 ) 11 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... = × = × = × =

di mana V : kapasitas bucket (kg)

Q : kapasitas pemindahan bahan (kg/detik) v : kecepatan sabuk (m/detik)

Setelah massa bucket dikonversi ke volume didapat nilai 0,37 liter. Bucket yang digunakan yang tersedia di pasaran, karena tidak ada kapasitas bucket yang sama maka dipilih yang mendekati yaitu kapasitas 0,5 liter dengan ukuran sebagai berikut : panjang 116 mm, lebar 100 mm, tinggi 90 mm.

Sehingga diperoleh volume satu bucket :

3 0005 , 0 09 , 0 10 , 0 2 / 1 6 11 , 0 ) 12 ( ... ... ... ... ... ... 2 / 1 m m m m tinggi lebar panjang Volume = × × × = × × =

Dengan densitas kamba jagung = 718 kg/m3 diperoleh dari Tabel 11.2 Grain properties related to pneumatic conveying (ASAE Data D241.2 dalam Srivastava et al. 1993).

Diperoleh massa jagung satu bucket :

kg m kg m kamba densitas volume jagung massa 36 , 0 / 718 0005 , 0 ) 13 ( ... ... ... ... ... ... 3 3 = × = × =

Sketsa bucket dapat dilihat pada Gambar 9.

Gambar 9 Bucket

Bucket yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari plastik, dengan alasan memiliki kelebihan dibanding dari bahan plat : lebih mudah dalam pemasangan, harga pembuatan lebih murah, ukuran bucket lebih seragam, tidak merusak bahan, umur pakai bucket lebih lama.

Sabuk Datar. Sabuk datar yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari karet dengan empat lapisan. Sabuk datar dari bahan karet tersedia di pasaran dengan bermacam-macam ukuran lebar seperti : 40 mm, 60 mm, 80 mm, 100 mm, 200 mm dengan tebal masing-masing sama yaitu 5 mm. Dipilih ukuran sabuk

dengan ukuran lebar 100 mm, karena bucket yang akan dikaitkan ke sabuk mempunyai panjang 116 mm, sehingga sabuk sudah dapat menyanggah bucket. Sedangkan panjang sabuk (Ps) diperoleh dari persamaan :

(

) (

)

(

)

(

)

(

) (

)

m d t k t P p p p s 05 , 10 28 , 0 77 , 9 09 , 0 14 , 3 2 / 1 2 2 885 , 4 2 / 1 2 2 ) 14 ( ... ... ... ... ... ... ... ... 2 / 1 2 2 = + = × × × + × = × × + × = × × + × = π

di mana tp : tinggi pemindahan (m) kp : keliling puli (m)

Gaya untuk menarik bucket kosong (sisi kendor, Ts) berjumlah 13 buah F (N) :

N g m F 75 , 12 81 , 9 ) 13 1 , 0 ( 1 1 = × × = × =

Gaya untuk menarik bucket berisi biji jagung (sisi ketat, TL) berjumlah 13 buah F (N) :

N g m F 19 , 47 81 , 9 ) 13 37 , 0 ( 2 2 = × × = × = N F F F_tot 94 , 59 19 , 47 75 , 12 ) 15 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2 1 = + = + =

Luas penampang sabuk datar A (m2) :

2 0005 , 0 005 , 0 10 , 0 ) 16 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... m t l A = × = × =

Sehingga kekuatan menarik beban (kPa):

KPa Pa m N A F 88 , 119 119880 / 119880 0005 , 0 94 , 59 ) 17 ( .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

2 _{= =}

= =

=

σ

di mana m : massa bucket berisi biji jagung (kg) g : percepatan gravitasi (m/detik2)

Sabuk datar dari bahan karet ini mempunyai tegangan patah (ultimate strength) sebesar 15 Mpa (Howatson AM, Lund PG, Todd JD.” Engineering Tables and Data” p 41), dengan kekuatan tarik yang tidak melebihi tegangan patahnya, maka sabuk datar cukup kuat untuk menarik beban sehingga tidak menyebabkan robek. Sketsa sabuk datar (flat belt) dapat dilihat pada Gambar 10.

Gambar 10 Sabuk datar (flat belt)

Dipilih sabuk dari karet bukan rantai atau bahan lain karena produk yang akan diangkut adalah biji-bijian, dalam hal ini biji jagung yang digunakan untuk keperluan pangan maka bahan yang paling cocok adalah sabuk dari karet. Jika menggunakan rantai sebagai transmisi, akan sering dilakukan pelumasan yang akan berakibat biji jagung kotor terkena minyak. Sabuk datar dari bahan karet mempunyai kelebihan : harga lebih murah, mudah dalam pemasangan, dapat dipakai untuk jarak poros yang jauh. Sabuk dari karet yang dipakai dapat dilihat pada Gambar 11.

Gambar 11 Sabuk datar dari karet

Puli silinder. Puli silinder atas dan bawah terbuat dari pipa baja dengan panjang 130 mm, karena dengan panjang tersebut, sabuk datar sudah dapat diletakkan. Sedangkan diameter puli silinder diperoleh dari persamaan berikut :

(

)

(

)

(

)

(

)

m cm

n v d

n d v

9 089 , 0 92 14 , 3

60 433 , 0

60

) 18 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 60

) (

= =

× × =

× × =

× × =

π π

di mana d : diameter puli silinder (cm) v : kecepatan sabuk (m/detik) n : kecepatam putar puli (rpm)

Puli silinder atas dan bawah ini kiri dan kanannya diberi penutup. Penutup puli silinder terbuat dari plat datar yang berbentuk lingkaran dengan diameter

130 mm dan tebal 5 mm. Sedangkan kekuatan puli silinder diperoleh dengan persamaan :

Gaya untuk menahan sabuk datar F1 (N) :

N g m F 04 , 60 81 , 9 120 , 6 1 1 = × = × =

Gaya untuk menahan bucket kosong yang berjumlah 13 buah F2 (N) :

N g m F 75 , 12 81 , 9 13 1 , 0 2 2 = × × = × =

Gaya untuk menahan bucket berisi jagung yang berjumlah 13 buah F3 (N) :

N g m F 19 , 47 81 , 9 13 37 , 0 3 3 = × × = × =

Gaya untuk menahan beban keseluruhan Ftot (N) :

N F F F F_tot 98 , 119 19 , 47 75 , 12 04 , 60 ) 19 ( .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3 2 1 = + + = + + =

di mana m1 : massa sabuk datar (kg) m2 : massa bucket kosong (kg)

m3 : massa bucket berisi biji jagung (kg) Luas penampang puli silinder A (m2) :

2 2 2 00635 , 0 09 , 0 09 , 0 14 , 3 4 1 ) 20 ( . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4 1 m m x D A = × × = = π

Sehingga kekuatan tekan puli silinder σ (Kpa) :

kPa Pa m N m N A F 894 , 18 5 , 18894 / 5 , 18894 00635 , 0 98 , 119 ) 21 ( ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 2 2 = = = = = σ

Puli silinder dari bahan baja mempunyai tegangan patah (ultimate strength) sebesar 760 Mpa (Howatson AM, Lund PG, Todd JD.” Engineering Tables and Data” p 41). Dengan kekuatan tekan puli silinder yang tidak melebihi tegangan

patahnya berarti puli silinder cukup kuat menahan beban. Sketsa puli silinder dapat dilihat pada Gambar 12.

Gambar 12 Puli silinder

Puli silinder digunakan untuk meletakkan sabuk (belt) yang berfungsi untuk mentransmisikan daya, puli ini dapat berputar dengan kecepatan sama atau berbeda. Untuk sabuk datar (flat belt) umumnya dipakai pada crowned pulleys. Gambar Crowned pulley dapat dilihat pada Gambar 13.

Gambar 13 Crowned Pulley

Puli silinder yang digunakan adalah crowned pulley terbuat dari pipa baja yang ditutup oleh plat baja datar. Puli silinder dari bahan pipa baja mempunyai kelebihan : konstruksi kuat, slip antara sabuk dan puli rendah, harga pembuatan lebih murah dan mudah dalam pembuatan.

Gambar 14 As

As. As yang digunakan terdiri dari dua buah terbuat dari besi pejal berbentuk silinder dengan panjang masing 500 mm serta diameter masing-masing 20 mm. As ini diletakkan di tengah-tengah puli silinder sebagai poros transmisi. Untuk memilih as mengikuti diagram alir pada Lampiran 1 dan dari

perhitungan diameter as pada Lampiran 2 dihasilkan diameter poros lebih besar dari 17 mm. Sketsa as dapat dilihat pada Gambar 14.

Corong Pemasukan. Penampang atas corong pemasukan berbentuk trapesium dengan ukuran dimensi sebagai berikut : sisi besar 100 mm, sisi kecil 80 mm, sisi sejajar 80 mm, corong pemasukan ini dibuat melengkung dengan sudut kelengkungan 40o, tinggi corong 80 mm, lengkungan kecil 100 mm dan lengkungan besar 200 mm. Corong pemasukan ini terbuat dari plat baja dengan ketebalan 1 mm. Corong pemasukan terbuat dari bahan plat baja karena mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk. Adapun sketsa corong pemasukan dapat dilihat seperti Gambar 15.

Gambar 15 Corong pemasukan

Corong Pengeluaran. Penampang lubang corong pengeluaran awal berbentuk persegi panjang dengan ukuran dimensi sebagai berikut : lubang pengeluaran awal panjang 300 mm dan lebar 100 mm, corong pengeluaran berbentuk silinder yang dibuat miring, dengan sudut kemiringan 40o, sisi kemiringan kecil 340 mm, sisi kemiringan besar 640 mm, lubang pengeluaran akhir panjang 100 mm dan lebar 100 mm. Corong pengeluaran ini terbuat dari plat baja dengan ketebalan 1 mm. Corong pengeluaran terbuat dari bahan plat baja karena mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk. Sketsa corong pengeluaran dapat dilihat pada Gambar 16.

Penutup Mesin. Penutup terdiri dari penutup ruang pemindah bahan, penutup atas dan penutup bawah. Penutup ruang pemindah terdiri dari empat bagian lembaran plat eser persegi panjang dengan ukuran panjang 4885 mm dan lebar 415 mm sebanyak dua buah dan dengan ukuran panjang 4885 mm dan lebar 220 mm sebanyak dua buah. Untuk penutup atas dan bawah tidak dibuat rangka, karena berbentuk setengah lingkaran, sehingga langsung digunakan plat baja yang berukuran tebal 1 mm dengan ukuran panjang 415 mm, lebar 220 mm dan tinggi minimum 120 mm dan tinggi maksimum 250 mm. Untuk penutup ruang pemindah terbuat dari plat eser dengan alasan bahan mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk. Adapun pemilihan bahan penutup atas dan bawah terbuat dari bahan plat baja adalah karena plat ini mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk sebagai penutup. Sketsa penutup atas dan bawah dapat dilihat dalam Gambar 17.

Gambar 17 Penutup atas dan bawah

Bentuk setengah lingkaran ini dipilih untuk menyesuaikan bentuk puli atas dan bawah yang berbentuk lingkaran, sehingga memudahkan pemasukan dan pengeluaran bahan (biji jagung) dari corong pemasukan dan pengeluaran yang dibuat miring dengan sudut kemiringan 40o.

Motor Listrik. Penggerak mesin bucket elevator menggunakan sumber tenaga penggerak motor listrik, agar efisien maka perlu direncanakan daya dan putaran yang dibutuhkan untuk memindahkan bahan dari pengering ERK-hybrid ke penyimpan ISD. Secara umum motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik yang berupa tenaga putar di dalam motor AC, kumparan motor tidak menerima energi listrik langsung tetapi secara induksi seperti yang terjadi pada kumparan sekunder transformator. Oleh karena itu motor AC dikenal dengan motor induksi. Sebenarnya motor induksi dapat diidentifikasikan dengan transformator yang kumparan primernya sebagai

kumparan motor. Motor listrik yang digunakan pada penelitian ini dengan spesifikasi daya : 550 Watt dan kecepatan putar : 1400 rpm.

Bagian transmisi. Bagian transmisi merupakan bagian terpenting dalam mesin bucket elevator dan unit ini terdiri dari : puli transmisi, gear box, dan sabuk-V (V-belt). Unit transmisi diletakkan di bagian atas bucket elevator karena letak motor penggerak terletak di atas. Letak motor listrik di atas dikarenakan motor listrik berfungsi untuk menggerakan bucket dari bawah ke atas.

Puli Transmisi. Puli transmisi digunakan untuk mentransmisikan daya, pada mesin bucket elevator ini ada 4 buah puli transmisi yang berbentuk lingkaran dengan beralur V. Perhitungan diameter poros dan jarak antar poros dengan mengikuti diagram alir pada Lampiran 3. Puli transmisi yang menghubungkan poros motor ke poros gear box masing-masing berukuran 2 inchi, dengan diameter lubang poros 13 mm dan 13 mm dengan jarak antar poros 287-313 mm (Lampiran 4). Sedangkan puli transmisi yang menghubungkan poros gear box ke puli silinder atas berukuran masing-masing 6 inchi dan 3 inchi, dengan diameter lubang poros 39 mm dan 25 mm dengan jarak antar poros 269-339 mm (Lampiran 5). Adapun bahan pembuat puli transmisi (beralur V) terbuat dari bahan almunium pejal. Dipilih bahan ini dengan pertimbangan : bahan mudah didapat, harga relatif murah dan kuat.

Gear box. Gear box digunakan untuk mempercepat dan mengurangi kecepatan putar motor sehingga diperoleh kecepatan putar yang diharapkan. Karena kecepatan putar yang diharapkan 92 rpm, sedangkan kecepatan putar motor 1400 rpm, maka dipilih perbandingan gear box dengan rasio 1 : 30. Dengan rasio ini dihasilkan kecepatan putar di gear box keluaran 46 rpm dan kecepatan putar di puli silinder atas 92 rpm. Diagram pengaturan kecepatan putar puli dapat dilihat pada Lampiran 10.

Sabuk-V (V-belt). Berdasarkan hasil perhitungan dalam merencanakan sabuk-V pada Lampiran 4 dan 5, untuk penggerak gear box dipilih sabuk-V standar tipe A, No 31 dengan panjang sabuk 787 mm dan tebal sabuk 9 mm. Sedangkan hasil perhitungan sabuk-V untuk penggerak bucket elevator dipilih sabuk-V standar tipe A, No 27 dengan panjang sabuk 686 mm dan tebal sabuk 9 mm. Kelebihan sabuk-V adalah sebagai berikut : sabuk-V lebih kompak, slip

kecil dibanding flat belt, operasi lebih tenang, mampu meredam kejutan saat mulai, putaran poros dapat dalam 2 arah dan posisi kedua poros dapat sembarang.

Dipilih sabuk-V standar bertipe A, karena paling sesuai dengan puli beralur V. Adapun gambar sabuk-V tipe standar A dapat dilihat pada Gambar 18.

Gambar 18 Sabuk-V tipe standar A

Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan

Gagasan perancangan bucket elevator dikembangkan dan disempurnakan dengan menyesuaikan bentuk dan posisi pengering ERK-Hybrid dan ISD. Hal ini dilakukan dengan cara melakukan perhitungan untuk mendapat ukuran/bentuk dan bahan. Disamping itu perlu diperhatikan kendala yang ada di lapangan. Apabila ditemui kendala di lapangan, maka dilakukan solusi untuk mengatasinya.

Analisis

Analisis desain mesin bucket elevator mencakup perencanaan elemen mesin, baik aspek mekanika, kebutuhan tenaga, ketersediaan komponen dipasaran maupun kendala yang mungkin terjadi di lapangan. Agar mesin bucket elevator dapat melakukan pemindahan bahan secara tepat dan efisien maka perlu dilakukan beberapa pertimbangan dalam merancangnya.

Perhitungan dan perencanaan elemen mesin dilakukan dengan terlebih dahulu menetapkan kapasitas yang diharapkan 1400 kg/jam. Dengan kapasitas tersebut dicari nilai-nilai untuk memenuhinya seperti perhitungan pada Lampiran 10. Dari perhitungan didapatkan nilai kecepatan sabuk (bucket) 0,433 m/detik, kecepatan putar 92 rpm, tinggi pengangkutan 5,1 m, volume bucket 0,5 liter, jarak antar bucket 0,3 m, dan jumlah bucket 26 buah.

Perencanaan Kapasitas. Dalam merancang mesin bucket elevator ini direncanakan kapasitas pemindahan bahan (biji jagung) sebesar 1400 kg/jam. Dengan pertimbangan bahan yang dikeringkan pada pengering ERK-Hybrid

sebesar 1400 kg dan proses pemindahan dapat selesai dalam 1 jam. Kapasitas bucket elevator ditentukan oleh : kapasitas bucket, kecepatan sabuk dan jarak antar bucket.

Perencanaan Daya Penggerak. Setelah dilakukan perhitungan kebutuhan daya, maka dibutuhkan daya penggerak sebesar 253 watt dengan putaran yang diharapkan sebesar 92 rpm. Karena sulit didapat penggerak dengan daya tersebut maka dipilih motor penggerak 1 fase berdaya 550 Watt dengan putaran 1400 rpm, motor listrik ini dipilih karena banyak di pasaran, harga murah dan daya lebih besar dari daya yang dibutuhkan. Putaran motor 1400 rpm lebih besar dari kebutuhan putaran motor yang diharapkan 92 rpm, oleh karena itu digunakan perbandingan putaran puli dan pereduksi putaran dengan perbandingan putaran 1 : 30 seperti ditampilkan dalam Lampiran 10.

Untuk mendapatkan perbandingan putaran penggerak gear box diasumsikan kecepatan putar motor penggerak (n1) = 1400 rpm, diameter puli penggerak (dp) = 50 mm dan diameter puli yang digerakkan (Dp) = 50 mm, sehingga didapat perbandingan putaran puli untuk menggerakan gear box (n2) sebagai berikut :

rpm n

n n

d D n n

p p

1400 1

1400 50

50 1400

2 2

2 2

1 _{= ⇒ = ⇒ = ⇒ =}

sehingga didapatkan putaran puli untuk menggerakan gear box sebesar 1400 rpm, karena gear box mempunyai perbandingan 1 : 30 maka keluaran gear box sebesar 46 rpm.

Untuk mendapatkan perbandingan putaran penggerak bucket elevator, diasumsikan kecepatan putar gear box (n1) = 46 rpm, diameter puli penggerak (dp) = 150 mm dan diameter puli yang digerakkan (Dp) = 75 mm, maka kecepatan putar puli atas untuk menggerakkan bucket elevator adalah :

rpm n

n n

d D n n

p p

92 5

, 0 46 150

75 46

2 2

2 2

1 _{= ⇒ = ⇒ = ⇒ =}

Perencanaan Sistem Transmisi Sabuk –V. Puli adalah suatu bagian mesin yang berguna untuk mendistribusikan daya dari satu poros ke poros lain, sehingga mekanisme mesin dapat berjalan dengan baik. Pada umumnya puli terbuat dari baja, baja tuang, dan almunium. Berdasarkan kedudukan rodanya, puli dapat dibagi menjadi puli tetap dan puli bergerak. Puli tetap adalah puli yang rodanya

berputar pada poros yang tidak bergerak, sedangkan pada puli bergerak rodanya berputar pada poros yang kedudukannya dapat bergeser naik turun. Diagram alir untuk memilih sabuk-V (V-belt) dapat dilihat di Lampiran 3.

Kelebihan penggunaan puli adalah biaya pembuatan dan perawatan relatif lebih murah, suaranya lebih halus dibandingkan dengan roda gigi/sprocket dan lebih mudah mentransmisikan daya yang letak porosnya berjauhan. Sedangkan kekurangan penggunaan puli adalah efisiensinya lebih kecil dibanding roda gigi/sprocket dan lebih mudah slip kerena puli memakai transmisi sabuk. Dalam perancangan puli ini, penulis menentukan diameter puli untuk mendapatkan perbandingan putaran, sehingga putaran dari motor dapat disalurkan baik dibesarkan atau dikecilkan sesuai dengan perancangan dengan menggunakan persamaan dari Sularso dan Kiyokatsu Suga (1978) :

p p

d D n n

= 2

1 _{... (22)}

di mana n1 : putaran poros motor penggerak (rpm) n2 : putaran poros motor digerakkan (rpm) Dp : diameter puli yang digerakkan (mm) dp : diameter puli penggerak (mm)

Pelaksanaan

Merupakan langkah untuk mewujudkan hasil rancangan ke dalam bentuk fisik (bucket elevator). Untuk diagram alir perencanaan dan pengujian bucket elevator ditampilkan dalam Gambar 5. Bentuk fisik (bucket elevator) dibuat berdasarkan rancangan bucket elevator yang sudah dipindahkan ke dalam gambar teknik dan dilengkapi dengan informasi yang diperlukan.

Konstruksi Bucket Elevator

Rangka mesin dibuat dari bahan besi siku. Penyambungan antar rangka menggunakan las listrik sedangkan penggerindaan dilakukan dengan gerinda tangan untuk menghaluskan pengelasannya. Setelah Rangka mesin dibuat dilakukan pemasangan puli silinder atas dan bawah dengan terlebih dahulu meletakkan as di tengah-tengah puli silinder atas dan bawah, lalu dilakukan pemasangan sabuk datar. Pemasangan sabuk datar dilakukan dengan mengelilingi

puli silinder atas dan bawah dan setelah kencang dilakukan penyambungan kedua sisi sabuk dengan pengikat sabuk.

Setelah sabuk datar terpasang, baru dilakukan pemasangan bucket-bucket pada posisi horizontal, hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam pemasangan. Peletakkan bucket dilakukan dengan cara menandai sabuk datar dari posisi awal ke posisi berikutnya berjarak 300 mm. Setelah ditandai dilakukan pelubangan dengan bor listrik untuk tempat pemasukan mur dengan diameter lubang 6 mm dan ditutup dengan ring per masing-masing sebanyak 52 buah.

Pembuatan corong pemasukan, corong pengeluaran, penutup atas dan penutup bawah dilakukan dengan memotong plat baja dengan ukuran masing-masing yang sudah ditentukan dengan menggunakan pemotong plat dan penyambungan bagian-bagian potongan dilakukan dengan pengelasan menggunakan las listrik. Sedangkan penutup ruang pemindah bahan dilakukan dengan menggunakan plat eser sebanyak empat bidang persegi panjang yang dipasang dengan menggunakan baut dan mur di sekeliling sisi-sisinya. Pemasangan plat eser dilakukan dengan melubangi sisi-sisi plat eser menggunakan bor listrik dan memasang mur berdiameter 8 mm dan 2 mm dengan menggunakan obeng serta mengencangkan baut menggunakan tang.

Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan dengan dua tahap yaitu pembuatan bucket elevator dilakukan di bengkel Teknik Pertanian, Departemen Teknik Pertanian di Leuwikopo dan pengujian bucket elevator dilakukan di lokasi Laboratorium Energi dan Elektrifikasi, Departemen Teknik Pertanian di Leuwikopo. Waktu penelitian dilakukan dari bulan Juli 2007 sampai Mei 2008.

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari dua bagian, yaitu : bahan pembuatan bucket elevator dan bahan pengujian bucket elevator. Bahan yang digunakan dalam pengujian bucket elevator adalah biji jagung yang didapat dari pedagang pengumpul di Jakarta sebanyak 1400 kg per satu kali pengujian. Adapun bahan yang digunakan untuk pembuatan bucket elevator disajikan pada Tabel 3.

Tabel 3 Nama bahan untuk pembuatan bucket elevator

No Nama bahan Ukuran Jumlah

1. Bucket p :11,6 cm; l :10 cm; t :9 cm 26 buah 2. Sabuk datar ( flat belt) p :10,2 m; l :10 cm; t :5 mm 1 buah 3. Besi siku 40 mm x 40 mm, t : 4 mm 6 batang

4. Plat eser tebal : 0,8 mm 6,38 m2

5. Bearing Ø : 19 mm 4 buah

6. As Ø : 20 mm 2 buah

7. Puli silinder Ø : 9 cm; p : 13 cm 2 buah 8. Ring Puli Ø : 13 mm, t :5 mm 4 buah 9. Baut+mur untuk

bucket

Ø1 : 6 mm 52 buah

10. Ring untuk bucket 52 buah

11. Puli transmisi Ø1:50 mm; Ø2:75 mm; Ø1:150 mm 4 buah

12. Sabuk-V (V-belt) 2 buah

13. Baut+mur besar untuk plat penutup

Ø1 : 8 mm 30 buah

14. Baut+mur kecil untuk plat penutup

Ø1 : 2 mm 240 buah

15. Motor Listrik daya : 500 Watt; n : 1400 rpm 1 buah

16. Gear Box perb 1:30 1 buah

Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari dua bagian, yaitu : alat pembuatan bucket elevator dan alat pengujian bucket elevator. Adapun alat yang digunakan dalam pembuatan bucket elevator adalah :

1) Mesin las listrik, digunakan untuk proses pengelasan dan penyambungan besi 2) Solder, untuk pengelasan dan penyambungan besi dan plat eser skala kecil; 3) Gerinda potong, untuk memotong besi sesuai ukuran;

4) Pemotong plat, untuk memotong plat sesuai ukuran; 5) Gerinda tangan, untuk menghaluskan besi hasil pengelasan; 6) Bor listrik, untuk membuat lubang;

7) Tang, untuk mengecangkan baut;

8) Obeng, untuk membuka dan menutup mur;

9) Meteran dan penggaris, untuk mengukur dan menggambar bagian yang akan dipotong;

9) Jangka sorong, untuk mengukur ketebalan bagian bahan;

10) Busur derajat, untuk mengukur sudut curah untuk saluran pengeluaran. Sedangkan alat yang digunakan dalam pengujian bucket elevator adalah : 1) Timbangan digital, untuk mengukur seberapa besar biji rusak;

2) Timbangan analog, untuk mengukur seberapa besar biji tersisa; 3) Clampmeter, untuk mengukur arus yang ke luar dari sumber listrik; 4) Multimeter, untuk mengukur tegangan yang ke luar dari sumber listrik; 5) Moisturetester, untuk mengukur kadar air bahan yang dipindahkan.

6) Tachometer, untuk mengukur seberapa besar kecepatan putar poros puli penggerak dan poros motor penggerak.

7) Stop watch, digunakan untuk mengukur waktu pemindahan bahan. 8) Kalkulator, digunakan untuk menghitung nilai-nilai yang ingin dicari.

Pengujian

Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini meliputi : Uji Fungsional

Uji ini dilakukan untuk melihat apakah seluruh komponen berfungsi seperti yang diharapkan. Cara melakukan uji ini adalah dengan melihat satu persatu bagian-bagian mesin bucket elevator apakah bagian-bagian tersebut sudah menjalankan fungsinya masing-masing dengan baik saat mesin beroperasi.

Uji Kinerja

Uji kinerja dilakukan secara curah pada biji jagung yang diangkut setelah dikeringkan oleh pengering ERK-Hybrid dan dilakukan 3 kali pengujian. Uji kinerja tambahan dilakukan pada tiga tingkatan kadar air yang meliputi : kadar air kering panen (28%), kadar air setengah kering (18%) dan kadar air kering/aman untuk penyimpanan (14%) masing-masing 1 kali ulangan. Tujuan penggunaan kadar air kering panen (28%), agar bucket elevator dapat juga digunakan untuk pemasukan biji jagung ke pengering ERK-Hybrid, kadar air setengah kering (18%), bucket elevator digunakan untuk pemindahan biji jagung dari pengering ERK-Hybrid ke ISD dan kadar air kering (14%), agar bucket elevator dapat juga

digunakan untuk pemasukan biji jagung dari ISD ke truk. Uji kinerja meliputi : 1) kapasitas, 2) biji tersisa, 3) biji rusak dan 4) kebutuhan daya listrik.

Jumlah bahan (biji jagung) yang dipindahkan dalam satu siklus dan waktu yang diperlukan untuk pemindahan dalam satu siklus diperlukan untuk menghitung kapasitas kerja bucket elevator. Cara melakukan uji kapasitas: pertama, menimbang keseluruhan biji jagung yang sudah dikeringkan dari pengering ERK-Hybrid dengan menggunakan timbangan biasa; kedua, bucket

elevator dijalankan dengan cara menghidupkan motor listrik sehingga biji jagung dapat dipindahkan ke penyimpan ISD; ketiga, diamati waktu dari awal hingga akhir pemindahan bahan dengan menggunakan stopwatch. Kapasitas kerja bucket elevator diperoleh dengan persamaan :

t n

q = ... (22) di mana

q : kapasitas kerja bucket elevator (kg/jam) n : jumlah biji jagung yang dipindahkan (kg)

t : waktu yang diperlukan untuk satu siklus pemindahan biji jagung (jam) Cara melakukan perhitungan biji tersisa yaitu : pertama, timbang bobot keseluruhan biji yang akan diangkut dengan timbangan biasa; kedua, setelah selesai pemindahan, timbang bobot biji yang tercecer di lantai luar bucket elevator menggunakan timbangan analog; dan ketiga, timbang bobot biji yang tertinggal di bagian dasar bucket elevator menggunakan timbangan analog. Lalu lakukan perbandingan bobot biji tercecer dan tertinggal dengan bobot biji keseluruhan.

Untuk menghitung seberapa besar biji tersisa diperoleh dengan persamaan :

% 100

2

1 + _×

= tot tersisa

n n n

B ... (23)

di mana

Btersisa : persen biji jagung yang tersisa (%)

n1 : bobot biji jagung yang tercecer di luar lantai bucket elevator (kg) n2 : bobot biji jagung yang tertinggal di bagian dasar bucket elevator (kg) n tot : bobot biji jagung keseluruhan yang diangkut (kg)

Definisi biji rusak adalah biji yang bentuknya tidak utuh lagi. Cara melakukan perhitungan biji rusak yaitu : pertama, ambil sampel menggunakan tempat tertentu (dalam hal ini menggunakan bucket) kemudian timbang bobotnya dengan timbangan digital; kedua, timbang bobot biji jagung rusak dengan menggunakan timbangan digital dan ketiga, timbang bobot biji jagung baik menggunakan timbangan digital. Lalu lakukan perbandingan bobot biji jagung rusak dengan bobot biji jagung sampel keseluruhan.

Peningkatan biji jagung rusak akibat penggunaan bucket elevator diperoleh dengan mengurangi biji jagung rusak sebelum dan sesudah pemindahan. Untuk menghitung seberapa besar biji rusak diperoleh dengan persamaan :

% 100

2

1 _×

=

m m

B_rusak ... (24)

di mana

B rusak : persen biji jagung yang rusak (%) m1 : bobot biji jagung yang rusak (gram)

m2 : bobot biji jagung sampel awal keseluruhan (gram)

Kebutuhan daya listrik merupakan jumlah penggunaan daya yang digunakan oleh peralatan listrik. Pengukuran voltase dilakukan dengan multimeter dan arus dilakukan dengan menggunakan clampmeter sedangkan pengukuran waktu didasarkan pada lamanya proses pemindahan bahan (biji jagung) dengan menggunakan stopwatch. Kebutuhan daya listrik dilakukan pada keadaan bucket elevator tanpa beban dan ada beban. Perhitungan daya listrik diperoleh dengan persamaan :

i V

P = × ... (25) di mana P : daya (Watt)

V : tegangan (Volt) i : arus (Ampere)

Uji Stabilitas

Uji stabilitas dilakukan untuk melihat letak titik berat mesin bucket elevator dan berapa besar gaya yang harus dihindari agar mesin bucket elevator tidak terguling. Uji stabiltas dilakukan dengan cara menghitung keseluruhan gaya dan momen gaya yang bekerja pada mesin bucket elevator dalam keadaan ditegakkan, sehingga didapatkan gaya terbesar yang diperbolehkan diberikan agar mesin bucket elevator tidak terguling. Untuk perhitungan uji stabiltas dapat dilihat pada Lampiran 11.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dasar Pemilihan Bucket Elevator sebagai Mesin Pemindah Bahan Dasar pemilihan mesin pemindah bahan secara umum selain didasarkan pada sifat-sifat bahan yang berpengaruh terhadap mesin pemindah bahan, maka hal-hal lain yang perlu dipertimbangkan adalah jarak angkut, kemiringan atau perbedaan ketinggian dari posisi bahan yang hendak diangkut, jumlah bahan yang diangkut dan kecepatan pengangkutan yang diperlukan.

Pemilihan alat transportasi (conveying equipment) bahan padatan antara lain tergantung pada : kapasitas bahan yang ditangani; jarak perpindahan bahan; kondisi pengangkutan : horizontal, vertikal, dan inklinasi; ukuran (size), bentuk (shape), sifat bahan (properties) dan harga peralatan tersebut.

Bucket elevator secara luas digunakan dalam penanganan dalam jumlah besar bubuk curah dan secara normal dipersiapkan untuk mengangkut bahan di mana tinggi pengangkutannya panjang, dibutuhkan untuk bubuk yang mengalir bebas atau produk butiran. Beberapa dari bucket elevator ditemukan dalam pabrik pembuatan makanan hewan, penyimpanan bijian curah dan banyak instalasi besar penanganan bubuk dalam industri makanan.

Penggunaan bucket elevator sebagai mesin pemindah bahan sangat tepat karena bucket elevator merupakan mesin yang cukup efektif untuk pemindah bahan secara vertikal. Dari segi kapasitas material yang ditangani adalah biji jagung sebesar 1400 kg/jam, kapasitas ini cukup besar dan akan sulit didapat jika menggunakan tenaga manusia. Dari segi jarak perpindahan bahan, bahan ini harus dipindahkan setinggi 5,1 m, tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan tenaga manusia terutama dari segi keselamatan (safety). Dari segi sifat bahan (material), bahan yang akan dipindahkan adalah butiran yang kering.

Konstruksi Prototipe Bucket Elevator

Pembuatan protitipe bucket elevator diawali dengan pembuatan gambar teknik dengan menggunakan bantuan komputer (CAD). Dengan adanya gambar kerja dapat dilihat hal-hal yang tidak sesuai dengan perancangan dapat dimodifikasi secara cepat. Gambar kerja yang sudah pasti menjadi pedoman pada saat pembuatan prototipe alat. Urutan pemasangan bagian-bagian bucket elevator

dilakukan dari yang paling mudah. Bucket elevator untuk pemindah bahan (biji jagung) hasil rancangan dapat dilihat dalam Gambar 19.

Gambar 19 Bucket elevator hasil rancangan

Penutup bawah

Kaki rangka

Sabuk datar Bucket

Penutup ruang pemindah bahan

Motor listrik Corong

pengeluaran

Ruang pemindah bahan

Penutup atas

Kaki rangka

Kaki rangka bucket elevator dibuat dari besi siku dengan ukuran 40 mm x 40 mm, dengan ketebalan 4 mm. Kaki rangka berbentuk ruang trapesium dibuat dengan memotong besi siku masing-masing sepanjang 500 mm sebanyak 8 buah, sehingga didapat potongan untuk panjang sebanyak 2 buah, potongan untuk lebar sebanyak 2 buah dan potongan untuk tinggi sebanyak 4 buah. Lalu dilakukan penyambungan potongan-potongan tersebut dengan menggunakan las listrik. Kaki rangka yang telah terpasang dapat dilihat pada Gambar 20.

Gambar 20 Kaki rangka Rangka ruang pemindah bahan

Rangka ruang pemindah bahan terbuat dari besi siku 40 mm x 40 mm dengan tebal 4 mm. Rangka ruang pemindah bahan berbentuk persegi panjang dibuat dengan memotong besi siku dengan potongan untuk lebar berukuran 220 mm sebanyak 4 potong, potongan untuk panjang berukuran 415 mm sebanyak 4 potong dan potongan untuk tinggi berukuran 4885 mm sebanyak 4 potong. Lalu dilakukan penyambungan potongan-potongan tersebut dengan menggunakan las listrik. Disepanjang rangka ruang pemindah di beri ring rangka yang juga terbuat dari bahan besi siku 40 mm x 40 mm dengan tebal 4 mm sebanyak lima buah dengan jarak 977 mm. Rangka ruang pemindah yang belum ditegakkan dapat dilihat pada Gambar 21.

Bucket

Bucket yang bergerak mengelilingi puli silinder atas dan bawah terbuat dari plastik dengan panjang 116 mm, lebar (projection) 100 mm dan tinggi 90 mm. Adapun jumlah bucket yang digunakan 26 buah dengan jarak antar bucket 300 mm, untuk perhitungan jumlah bucket yang dibutuhkan dapat dilihat pada Lampiran 10. Pemasangan bucket dilakukan pada posisi sabuk datar yang sudah dipasang mengelilingi puli silinder atas dan bawah dalam posisi horizontal, hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam pemasangan. Sehingga didapatkan posisi bucket setelah dikaitkan ke sabuk datar seperti terlihat pada Gambar 22.

Gambar 22 Posisi bucket Sabuk datar (flat belt)

Sabuk datar yang digunakan untuk mengelilingi puli silinder atas dan bawah adalah yang sesuai dengan ukuran yang direncanakan. Pemasangan sabuk datar dilakukan dengan menarik sabuk secara ketat mengelilingi puli silinder atas dan bawah. Penyambung kedua sisi sabuk datar dilakukan dengan mengunakan pengikat sabuk. Untuk pemasangan sabuk datar dapat dilihat pada Gambar 23.

Puli silinder

Puli silinder atas dan bawah terbuat dari pipa baja dengan panjang 130 mm dan berdiameter 90 mm, yang tengahnya di beri as dengan terlebih dahulu dibubut, sedangkan sisi kiri dan kananya diberi penutup puli. Penutup puli silinder terbuat dari plat datar yang berbentuk lingkaran dengan diameter 130 mm dan tebal 5 mm. Penutup puli dipasang ke puli silinder dengan pengelasan menggunakan las listrik. Peletakkan puli silinder dapat dilihat pada Gambar 24.

Gambar 24 Peletakan puli silinder As atau Poros

As atau poros dipotong sesuai ukuran yang telah direncanakan yakni 500 mm dengan menggunakan gerinda potong. Poros tersebut dibubut untuk mendapatkan diameter 20 mm. Pembuatan poros tidak terlalu sulit. Poros ini diletakkan di tengah-tengah puli silinder atas dan bawah. Setelah poros terpasang, poros dimasukkan ke tengah-tengah pillow block, lalu dilakukan pemasangan pillow block dengan memasukan baut pada kedua sisi pillow block. Peletakan as atau poros dapat dilihat pada Gambar 25.

Corong Pemasukan

Corong pemasukan dibuat dari plat baja dengan tebal 1 mm. Pemotongan sisi depan dan belakang corong pemasukan sesuai ukuran yang direncanakan dengan pemotong plat. Sedangan sisi lengkung kecil dan besar dilakukan dengan perlakuan pelengkungan. Bahan sisi lengkung dipanaskan dengan gas LPG kemudian dipukul sesuai garis kelengkungannya. Penempaan dilakukan berulang kali sampai mendapatkan kelengkungan dengan diameter yang direncanakan. Kemudian sisi-sisi itu disambung dengan pengelasan menggunakan las listrik. Corong pemasukan yang sudah terpasang dapat dilihat seperti Gambar 26.

Gambar 26 Corong pemasukan Corong Pengeluaran

Corong pengeluaran dibuat dari plat baja dengan tebal 1 mm. Pemotongan sisi depan dan belakang corong penegeluaran dilakukan sesuai ukuran yang direncanakan dengan pemotong plat. Sedangan sisi lengkung kecil dan besar dilakukan dengan perlakuan pelengkungan. Bahan sisi lengkung dipanaskan dengan gas LPG kemudian dipukul sesuai garis kelengkungannya. Penempaan dilakukan berulang kali sampai mendapatkan kelengkungan dengan diameter yang direncanakan. Kemudian sisi-sisi itu disambung dengan pengelasan menggunakan las listrik. Corong pengeluaran yang sudah terpasang dapat dilihat seperti Gambar 27.

Karena panjang corong pengeluaran ini hanya 640 mm, maka perlu dibantu dengan tambahan selang fleksibel sebagai saluran pengeluaran bahan dari bucket elevator ke penyimpan In- Store Dryer (ISD) sepanjang 1000 mm.

Penutup Mesin

Penutup mesin terdiri dari penutup atas, penutup bawah dan penutup ruang pemindah bahan. Penutup ruang pemindah bahan dibuat dengan cara memotong plat eser menjadi empat bagian lembaran yang berbentuk persegi panjang dengan ukuran panjang 4885 mm dan lebar 415 mm sebanyak dua buah dan ukuran panjang 4885 mm dan lebar 220 mm sebanyak dua buah. Pemasangan plat eser ke rangka mesin dilakukan dengan cara melubangi plat eser menggunakan bor listrik dengan jarak tertentu, lalu dipasang mur berdiameter 2 mm dan 8 mm. Untuk penutup atas dan bawah dibuat menggunakan plat baja dengan tebal 1 mm. Penutup atas dan bawah dibuat dengan 3 potong bidang yang terdiri dari 2 potong bidang berbentuk setengah lingkaran dengan diameter yang direncanakan dan 1 potong bidang persegi panjang yang dilakukan dengan perlakuan pelengkungan. Penutup atas dan bawah dapat dilihat dalam Gambar 28.

Gambar 28 Penutup atas dan bawah

Pembahasan Hasil Desain Kapasitas

Kapasitas efektif yang dihasilkan pada kecepatan putar yang direncanakan 92 rpm hanya 612,22 kg/jam dan setelah dicoba dinaikkan 184 rpm kapasitas 945,47 kg/jam, rendah sekali dibanding dengan teoritis 1400 kg/jam. Kecepatan putar puli atas penggerak bucket elevator yang direncanakan tidak memenuhi kecepatan putar puli atas optimum. Kecepatan putar puli atas optimum (yang