Rancang Bangun Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum
RANCANG BANGUN MESIN PEMANEN UDANG TIPE VAKUM
SKRIPSI
RIZKI MAULAYA
F14080057
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
(2)
DESIGN OF A VACUUM-TYPE SHRIMP HARVESTER
Rizki Maulaya and Sam Herodian
Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java,
Indonesia
Phone +6285282794459, e-mail address: rizki_maulaya@yahoo.com
ABSTRACT
Shrimp is an important commodity for Indonesia, both in domestic and international markets. That quality is influenced by several factors including the harvesting process. So far, the harvesting process for fishery commodities in Indonesia is still using the traditional way. This research aims to design a vacuum-type shrimp harvester to improve the efficiency and effectiveness of farming productivity. So that the quality of shrimp harvested can be maintained high. Stages of this research starts from the problems identification, functional analysis, structural analysis, prototyping, and functional test. This design uses a vacuum system that is applied starting from the inlet channel, tanks, to the outlet channel. By using centrifugal water pump power, commodities in pond are inhaled and trapped in the tank without passing through the impeller.In addition, this design also uses a vacuum pump to maintain pressure in the system. It aims to solve the undetected leaks on the system. From the data obtained, the highest flow rate could reach 5.27 l/s with suction speed of 0.65 m/s, while the lowest flow rate is 4.75 l/s with suction speed of 0.59 m/s. Commodity that can be inhaled by this prototype is shrimp that has burst speed ranging in average of its suction speed, ie 0.61 m/s. It needs the next research to make the other harvesting mechanism to avoid the undetected leaks on the system.
Keywords: harvester, vacuum, shrimp, burst speed
(3)
Rizki Maulaya. F14080057. Rancang Bangun Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum. Di bawah bimbingan Sam Herodian. 2013.
RINGKASAN
Udang merupakan komoditas yang penting bagi Indonesia, baik di dalam pasar domestik maupun luar negeri. Sehingga keseluruhan proses produksi menjadi hal yang sangat untuk diperhatikan agar diperoleh produk yang berkualitas tinggi, salah satunya adalah proses pemanenan. Sejauh ini mekanisme pemanenan komoditas perikanan masih mempergunakan cara tradisional. Menurut Mujiman dan Suyanto (2004), cara yang paling modern untuk memanen udang adalah dengan mempergunakan jaring (trawl) yang dibagian mulutnya dialiri listrik dan ditarik oleh 3-4 orang dengan mengelilingi tambak. Hal ini selain dapat mengakibatkan udang stres, juga berisiko bagi pemanen yang harus masuk kedalam tambak. Meskipun sekarang telah ada beberapa mesin panen udang mekanis namun masih belum banyak dipergunakan selain dikarenakan masalah harga juga dikarenakan tingkat kecacatan yang terjadi masih terbilang tinggi.
Tujuan penelitian ini adalah merancang bangun mesin pemanen udang dengan sistem pemanenan baru yang lebih efisien dan efektif sehingga dapat menghasilkan mutu udang yang baik.
Penelitian ini dimulai sejak Februari 2012 hingga Desember 2012 di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Tahapan penelitian ini dimulai dari identifikasi permasalahan, analisis fungsional, analisis struktural, pembuatan prototipe, dan pengujian secara fungsional. Rancang bangun mesin ini menggunakan sistem vakum yang diaplikasikan mulai dari saluran inlet, tangki, sampai pada saluran outlet. Dengan memanfaatkan tenaga pompa sentrifugasi yang dipasang, komoditas yang ada di tambak dihisap dan diperangkap ke dalam tangki penampungan tanpa melalui impeller pompa. Hal ini bertujuan agar komoditas yang dipanen tidak mengalami kerusakan.
Pengujian fungsional dilakukan sebanyak 2 (dua) kali, yakni pengujian sebelum dan setelah instalasi pompa vakum. Data yang diambil adalah debit aliran yang nantinya dapat diolah menjadi beberapa parameter uji lainnya, seperti kecepatan dan jenis aliran. Pada kenyataannya di lapangan, terdapat beberapa kebocoran yang sulit terdeteksi dalam sistem sehingga sistem menjadi tidak vakum dan tekanan di dalamnya berubah. Instalasi pompa vakum dimaksudkan agar vakum di dalam sistem tetap terjaga sehingga debit dan kecepatan aliran sesuai dengan yang diharapkan.
Pada pengujian sebelum instalasi pompa vakum, terjadi penurunan debit aliran yang sangat drastis. Hal ini disebabkan oleh kebocoran yang ada pada sistem. Pada tangki 1, debit tertinggi yang diperoleh sebesar 3.11 l/det dengan kecepatan hisap sebesar 0.38 m/det. Sedangkan pada tangki 2 debit aliran tertinggi yang diperoleh sebesar 4.02 l/det dengan kecepatan hisap sebesar 0.50 m/det. Semakin lama waktu operasi, debit aliran semakin menurun. Pada tangki 1, debit terendah diperoleh sebesar 1.09 l/det dengan kecepatan hisap sebesar 0.13 m/det. Sedangkan pada tangki 2, debit terendah diperoleh sebesar 1.25 l/det dengan kecepatan hisap sebesar 0.15 m/det. Kondisi ini tidak memungkinkan untuk dapat menghisap komoditas pemanenan secara kontinyu. Udang terhisap oleh mesin hanya di awal pengoperasian saja.
Jenis aliran yang terjadi sebelum instalasi pompa vakum ada tiga jenis, yaitu aliran turbulen, aliran transisi, dan aliran laminer. Aliran jenis turbulen terjadi pada penampang hidraulik kecil selama operasi, yaitu pada selang dengan diameter 4 inchi. Nilai bilangan Reynold yang terjadi berkisar antara 13197.43 sampai 79184.61. Pada penampang yang besar (tangki) terjadi aliran laminer, transisi, dan turbulen. Nilai bilangan reynold yang terjadi pada penampang besar berkisar antara 1755.89 sampai 8889.12.
Pada pengujian setelah instalasi pompa vakum debit aliran relatif konstan walaupun terjadi penurunan yang kecil. Dari data yang diperoleh, dapat diketahui bahwa debit tertinggi dapat mencapai 5.27 l/det dengan kecepatan hisap sebesar 0.65 m/det. Sedangkan debit terendah yaitu 4.75 l/det dengan kecepatan hisap sebesar 0.59 m/det. Debit aliran rata-rata diperoleh sebesar 4.97 l/det dengan kecepatan hisap sebesar 0.61 m/det.
(4)
Setelah instalasi pompa vakum, jenis aliran yang terjadi adalah aliran turbulen. Jenis aliran ini terjadi selama operasi mesin baik pada saluran inlet maupun tangki. Pada saluran inlet nilai bilangan Reynold yang terjadi berkisar antara 54842.31 sampai 85554.00. Sedangkan pada tangki nilai bilangan Reynold yang terjadi berkisar antara 7293.68 sampai 11378.15.
Tekanan yang terjadi di dalam sistem akan mengalami perubahan, hal ini dikarenakan adanya perubahan penampang hidraulik, yaitu pembesaran yang terjadi dari penampang hidraulik dengan ukuran diameter 4 inchi menjadi penampang hidraulik dengan ukuran diameter 60 cm. Nilai tekanan yang diperoleh pada kedua penampang hidraulik tersebut sangat jauh berbeda. Nilai tekanan pada penampang hidraulik yang berukuran kecil adalah sebesar 78.40 kPa, sedangkan tekanan yang terjadi pada penampang hidraulik yang berukuran besar (tangki) adalah sebesar 15.92 kPa.
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa komoditas yang dapat dihisap oleh mesin ini adalah udang yang memiliki kecepatan renang (burst speed) berkisar pada kecepatan hisap mesin rata-rata, yakni 0.61 m/det. Dengan demikian mesin ini belum cukup efektif untuk diaplikasikan di lapangan, melihat kecepatan renang udang yang akan dipanen berkisar antara 0.541-1.147 m/det. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai mekanisme pemanenan udang tipe vakum untuk menghindari kebocoran yang sulit dideteksi.
(5)
RANCANG BANGUN MESIN PEMANEN UDANG TIPE VAKUM
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor
Oleh :
RIZKI MAULAYA
F14080057
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
(6)
Judul skripsi : Rancang Bangun Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum Nama : Rizki Maulaya
NIM : F14080057
Menyetujui, Pembimbing Akademik,
(Dr. Ir. Sam Herodian, MS.) NIP. 19620529 198703 1 002
Mengetahui, Ketua Departemen,
(Dr. Ir. Desrial, M.Eng) NIP 19661201 199103 1 004
(7)
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI
DAN SUMBER INFORMASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Rancang Bangun Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada 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 skripsi ini.
Bogor, Januari 2013
Yang membuat pernyataan
Rizki Maulaya
(8)
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Dabosingkep, Kabupaten Tanjungpinang, Provinsi Kepulauan Riau pada tanggal 16 Maret 1991. Anak keempat dari tujuh bersaudara dari pasangan Drs. M. Fathurrahman (alm) dan Masruhah, BA. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar SD Negeri 1 Cipeujeuh Wetan pada tahun 2002. Penulis melanjutkan pendidikan menengah di SMP Negeri 1 Lemahabang dan lulus pada tahun 2005. Setelah itu melanjutkan ke SMA Negeri 1 Palimanan dan lulus pada tahun 2008. Tahun 2008, penulis masuk ke IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Mayor Teknik Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Pada semester lima, penulis masuk bagian Teknik Mesin dan Otomasi (TMO) dengan dosen pembimbing akademik Dr. Ir. Sam Herodian, MS.
Pada tahun 2010, penulis melaksanakan kegiatan Praktik Lapangan di Perkebunan Tebu dan Pabrik Gula PT. Laju Perdana Indah, Ogan Komering Ulu Timur, Sumatera Selatan dengan
mengambil judul “Aspek Ergonomika dan K3 (Keselamatan dan Kesehatan Kerja) pada Mekanisasi
Budi Daya Tebu di PT. Laju Perdana Indah, OKU Timur-Sumatera Selatan”. Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian (STP), penulis menyelesaikan skripsi dengan
judul “Rancang Bangun Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum”.
Selama di bangku kuliah, penulis aktif mengikuti beberapa organisasi kemahasiswaan di IPB, yaitu Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) TPB IPB 2008-2009 sebagai Staf Departemen Sosial dan Kesejahteraan Mahasiswa, Keluarga Mahasiswa Nahdlatul Ulama (KMNU) IPB 2009-2010, sebagai Ketua Divisi PSDM, Pergerakan Mahasiswa Islam Indonesia (PMII) Komisariat IPB 2009-2010 sebagai Wakil Ketua Umum, Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) IPB 2010-2011 sebagai Ketua Badan Pengawas, Organisasi Mahasiswa Daerah Ikatan Kekeluargaan Cirebon (OMDA IKC) IPB 2010-2011 sebagai Ketua Umum, dan Paguyuban Karya Salemba Empat (KSE) IPB 2011-2012 sebagai Ketua Umum.
Penulis pernah mendapatkan Beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) IPB pada tahun 2008-2010, Beasiswa Reguler Yayasan Karya Salemba Empat (KSE) pada tahun 2010-2011, dan Beasiswa Indofood Sukses Makmur (BISMA) melalui Yayasan Karya Salemba Empat pada tahun 2011-2013. Prestasi yang pernah diraih oleh penulis selama masa kuliahnya antara lain Peraih Medali Emas pada Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS) XXIV Kategori Penyaji Poster Terbaik PKMT-3 pada tahun 2012 dan Juara II pada ajang Tanoto Student Research Award 2012.
(9)
ix
Karya ini saya persembahkan untuk Abi (alm), Umi, Mas Izam,
Mas Yani, Mas Bais, Nafis, Hikam, dan Lala. Terima kasih selama
(10)
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Mahakuasa dan Mahakaya akan ilmu dan pengetahuan-Nya, shalawat serta salam semoga tercurah kepada Nabi Muhammad SAW, juga kepada keluarga beserta para sahabatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Rancang Bangun Mesin Pemanen Udang Tipe Vakum” ini. Besar harapan penulis, skripsi ini dapat bermanfaat dan menambah khasanah keilmuan bagi siapa saja yang membacanya, khususnya penulis sendiri.
Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Dr. Ir. Sam Herodian, MS. selaku dosen pembimbing akademik yang selama ini telah memberikan bimbingan, arahan, masukan, serta motivasi yang berharga bagi penulis.
2. Dr. Ir. Desrial, M.Eng. dan Dr. Ir. M. Faiz Syuaib, M.Agr., yang telah berkenan untuk menjadi dosen penguji dan memberikan masukan yang sangat berharga bagi penulis.
3. Yayasan Karya Salemba Empat dan PT. Indofood Sukses Makmur Tbk yang telah memberikan bantuan dalam memenuhi kebutuhan hidup maupun akademik di kampus, serta memberikan motivasi dan pelajaran berharga untuk bersama memajukan negeri.
4. Sahabat-sahabat Griya Sakinah (Adhi, Salman, Soleh, Agus, dan Nanda) yang telah menjadi rekan seatap, seperjuangan, dan sepenanggungan selama lebih dari 2 tahun.
5. Keluarga besar Paguyuban Karya Salemba Empat IPB, khususnya Erna, Rima, Junda, Rendi, Hendra, Astra, Denis, dan Sobich yang selama ini telah berjuang bersama dalam kepengurusan dengan penuh semangat, canda, dan tawa.
6. Sedulur-sedulur Ikatan Kekeluargaan Cirebon IPB, terutama Adhi, Dani, Wildan, Arief, Ade Priyadi, Ary, Tri, Ade Irma, Risya, Kiki, Ninda, Ayu dll (Ikabon 45) yang telah meberikan kehangatan dalam kekeluargaan Cirebon.
7. Sahabat-sahabat TEP 45 (Magenta 45) yang telah mewarnai hari-hari perkuliahan dengan penuh rasa persahabatan, kekeluargaan, dan mengajarkan arti sebuah kebersamaan dan kepedulian.
8. Sahabat-sahabat Gursapala yang telah menemani dan memberikan keceriaan dalam setiap pendakian gunung dan penjelajahan alam selama ini.
9. Seluruh Dosen, Pegawai, teman-teman dan organisasi di IPB yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, terima kasih banyak atas perhatian, kerja sama, dan dukungannya selama ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam tulisan ini. Oleh karenanya, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan di waktu yang akan datang. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.
Bogor, Januari 2013
(11)
xi
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN... xiv
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1 LATAR BELAKANG ... 1
1.2 TUJUAN ... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1 GAMBARAN UMUM UDANG... 3
2.2 PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN ... 4
2.3 ALAT DAN CARA PEMANENAN UDANG ... 6
2.4 POMPA AIR ... 7
2.5 KERUGIAN DAYA TEKAN PADA SALURAN FLUIDA ... 8
III. METODE PENELITIAN ... 14
3.1 WAKTU DAN TEMPAT ... 14
3.2 ALAT DAN BAHAN ... 14
3.3 METODE PENELITIAN ... 15
IV. ANALISIS RANCANGAN ... 17
4.1 KRITERIA RANCANGAN ... 17
4.2 RANCANGAN FUNGSIONAL ... 17
4.3 RANCANGAN STRUKTURAL ... 18
V. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 30
5.1 PRINSIP KERJA MESIN ... 30
5.2 DEBIT DAN KECEPATAN ALIRAN SEBELUM INSTALASI POMPA VAKUM ... 32
5.3 UJI FUNGSIONAL MENGGUNAKAN KOMODITAS ... 33
5.4 DEBIT DAN KECEPATAN ALIRAN SETELAH INSTALASI POMPA VAKUM ... 34
5.5 TEKANAN DAN JENIS ALIRAN ... 36
VI. KESIMPULAN DAN SARAN ... 37
6.1 KESIMPULAN ... 37
6.2 SARAN ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 38
(12)
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Koefisien kerugian karena pembesaran diameter saluran ... 9
Tabel 2. Koefisien kerugian daya tekan karena penyempitan tiba-tiba ... 9
Tabel 3. Harga koefisien kerugiam daya tekan pada belokan ... 13
Tabel 4. Rancangan fungsional mesin pemanen dan udang tipe vakum... 17
(13)
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Morfologi udang panaeid ... 4
Gambar 2. Grafik koefisien kerugian daya tekan karena pembesaran saluran. ... 8
Gambar 3. Penyempitan diameter secara tiba-tiba... 9
Gambar 4. Perubahan penampang aliran dari pipa ke suatu tandon ... 10
Gambar 5. Perubahan aliran dari suatu tandon ke suatu pipa ... 10
Gambar 6. Bentuk pemasukan ke dalam pipa dan koefisien kerugian daya tekan ... 11
Gambar 7. Diagram Moody ... 12
Gambar 8. Flowchart tahapan penelitian ... 16
Gambar 9. Pompa air sentrifugasi ... 18
Gambar 10. Saluran inlet ... 19
Gambar 11. Saluran outlet ... 19
Gambar 12. Saluran perpindahan dan buang ... 19
Gambar 13. Tangki penampungan ... 20
Gambar 14. Pompa vakum ... 21
Gambar 15. Safety tank ... 23
Gambar 16. Level probes ... 23
Gambar 17. Komponen tambahan otomasi pompa vakum ... 24
Gambar 18. Solenoid valve (www.solenoid-valve.com) ... 25
Gambar 19. Sketsa instalasi pompa vakum dan perangkat tambahannya ... 25
Gambar 20. Diagram benda bebas rangka mesin ... 26
Gambar 21. Rangka mesin pemanen udang tipe vakum ... 27
Gambar 22. Roda mesin pemanen udang tipe vakum ... 28
Gambar 23. Diagram benda bebas roda mesin ... 28
Gambar 24. Rancangan tiga dimensi mesin pemanenan udang tipe vakum ... 29
Gambar 25. Prototipe mesin pemanen udang tipe vakum ... 30
Gambar 26. Prinsip kerja mesin pemanen udang tipe vakum ... 31
Gambar 27. (a) Bak untuk pengukuran debit (b) Pengukuran secara volumetrik ... 32
Gambar 28. Grafik pengukuran debit aliran sebelum instalasi pompa vakum ... 33
Gambar 29. Komoditas terhisap oleh mesin pada pengujian awal ... 34
Gambar 30. Grafik debit aliran setelah instalasi pompa vakum ... 35
(14)
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Pendugaan selang panjang dan berat udang putih... 40
Lampiran 2. Pendugaan selang panjang dan berat udang windu ... 41
Lampiran 3. Contoh perhitungan kapasitas pemanenan dan waktu pemanenan ... 42
Lampiran 4. Perhitungan head loss pada saluran distribusi ... 43
Lampiran 5. Perhitungan kebutuhan daya penggerak pompa air sentrifugal ... 46
Lampiran 6. Analisis dan perhitungan beban yang bekerja pada rangka mesin ... 47
Lampiran 7. Analisis dan perhitungan beban yang bekerja pada roda dan poros roda ... 53
Lampiran 8. Data pengujian debit pada tangki 1 sebelum instalasi pompa vakum ... 55
Lampiran 9. Data pengujian debit pada tangki 2 sebelum instalasi pompa vakum ... 58
Lampiran 10. Perhitungan kebutuhan pompa vakum ... 60
Lampiran 11. Data pengujian debit pada tangki 2 setelah instalasi pompa vakum ... 61
Lampiran 12. Tabel perbandingan debit dan kecepatan hisap sebelum dan setelah instalasi pompa vakum ... 63
Lampiran 13. Diagram alir prinsip kerja rangkaian otomasi pompa vakum ... 64
(15)
1
I.
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Produk yang dihasilkan dari sektor perikanan merupakan sumber protein hewani yang memiliki kandungan gizi tinggi sehingga sangat baik untuk dikonsumsi oleh masyarakat, termasuk udang. Udang merupakan komoditas sektor perikanan yang memiliki posisi penting bagi perekonomian di Indonesia dengan pemasaran di dalam maupun di luar negeri. Jenis udang yang banyak mendapatkan perhatian adalah jenis udang yang termasuk dalam keluarga Panaeidae. Dalam perdagangan, jenis ini terbagi menjadi dua kelompok yaitu udang putih (Banana prawns) dan udang harimau/windu (Tiger prawns). Selain dari jenis tersebut, sedikitnya masih terdapat sekitar tujuh jenis udang lain, akan tetapi memiliki harga pasaran yang lebih rendah jika dibandingklan dengan kedua jenis sebelumnya. Udang yang akan dikonsumsi harus memiliki kualitas yang baik. Oleh karena itu, keseluruhan proses produksi menjadi hal yang sangat diperhatikan agar diperoleh produk yang berkualitas tinggi, salah satu proses yang terpenting adalah pemanenan.
Sejauh ini mekanisme pemanenan udang masih menggunakan cara manual, baik pada proses pemanenan sebagian maupun pemanenan total. Cara yang paling modern untuk memanen udang adalah dengan menggunakan jaring (trawl) yang di bagian mulutnya dialiri arus listrik dan ditarik oleh 3-4 orang dengan mengelilingi tambak. Hal ini selain dapat mengakibatkan udang stress yang pada akhirnya berdampak pada kematian, juga beresiko bagi pemanen yang harus masuk ke dalam tambak (Mujiman dan Suyanto, 2004).
Kendala yang dihadapi dalam pemanenan hasil perikanan adalah banyaknya sumber daya manusia yang dibutuhkan sedangkan ketersediaannya relatif rendah. Dengan cara manual, tenaga kerja yang dibutuhkan cukup banyak, bisa berkisar 8-14 orang untuk satu tambak seluas 5000 m2 (Marsen 2010). Hal ini akan mengakibatkan biaya produksi menjadi tinggi. Selain itu, kendala lain yang dihadapi adalah hasil panen yang masih banyak mengalami kecacatan dan tingkat mortalitas yang tinggi yakni lebih dari 5%. Meskipun sudah menerapkan pemanen mekanis namun kendala ini masih belum teratasi sepenuhnya.
Pada penelitian sebelumnya (Hamdani 2005), mekanisme mesin pemanen udang masih menggunakan pompa air tipe sub-mersible pump dimana komoditas yang dipanen dihisap dan didistribusikan ke hopper melewati impeller pompa. Mekanisme ini mengakibatkan komoditas banyak yang mengalami kerusakan akibat gesekan dan benturan dengan impeller pompa. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pompa pada mesin pemanen udang jenis sentrifugal dengan sudu ulir mengerucut memiliki efisiensi pemanenan berdasarkan tingkat kelulusan hidup udang sebesar 75%. Nilai ini terbilang rendah, sehingga perlu ada penyempurnaan lebih lanjut agar diperoleh hasil yang lebih baik. Salah satu langkah yang dilakukan adalah perbaikan dan modifikasi sistem yang digunakan pada mesin pemanen udang yang sudah ada, sehingga hal ini akan meningkatkan efisiensi dan efektivitas pemanenan dengan tingkat kelulusan hidup komoditas yang tinggi.
Pada penelitian selanjutnya (Gumilang 2011), telah dibuat rancangan sistem penghisap pada mesin pemanen udang dan ikan dengan mekanisme baru yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensi dan efektivitas pemanenan dengan tingkat mortalitas komoditas rendah. Dari penelitian ini diperoleh tingkat kelulusan hidup udang sebesar 98.9%. Hal ini karena komoditas yang dipanen masuk ke dalam
hopper tanpa melalui impeller pompa, sehingga kerusakan yang terjadi pada komoditas dapat diminimalisir. Hasil penelitian ini akan dilanjutkan dengan pembuatan mesinnya agar dapat diuji performansi dan feasibilitas penggunaannya di lapangan.
(16)
2 Penelitian ini akan dilakukan secara berkelompok dengan topik yang berbeda-beda. Adapun topik penelitian yang dilakukan antara lain rancang bangun mesin, aspek ergonomika berdasarkan analisis antropometri, serta uji performansi mesin di lapangan
1.2
TUJUAN
Penelitian ini bertujuan untuk merancang bangun mesin pemanen udang dengan sistem pemanenan baru yang lebih efisien dan efektif sehingga dapat menghasilkan mutu udang yang baik. Dalam hal ini, topik yang diteliti oleh penulis adalah rancang bangun mesin sampai menghasilkan prototipe dan uji fungsional.
(17)
3
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
GAMBARAN UMUM UDANG
Udang memiliki ciri-ciri umum yaitu memiliki tubuh yang beruas-ruas, kaki bersambungan, tubuh terdiri dari kapala, thoraks, dan abdomen. Umumnya udang yang terdapat di pasaran sebagian besar terdiri dari udang laut. Hanya sebagian kecil saja yang terdiri dari udang air tawar, terutama di daerah sekitar sungai besar dan rawa dekat pantai. Udang air tawar pada umumnya termasuk dalam keluarga Palaemonidae, sehingga para ahli sering menyebutnya sebagai kelompok udang palaemonid. Sedangkan udang laut pada umumnya termasuk dalam keluarga Panaeidae, yang biasa disebut udang panaeid.
Menurut Mujiman dan Suyanto (2004), jenis udang yang paling banyak dibudidayakan adalah jenis udang yang termasuk dalam keluarga Panaeidae atau lebih dikenal dengan nama udang panaeid. Disamping itu terdapat juga jenis udang-udang dari keluarga lain, tetapi umumnya kurang populer dan memiliki harga pasaran yang lebih rendah.
Sebutan udang-udang ini berdasarkan dari klasifikasi berikut:
Filum : Arthopoda
Sub filum : Mandibulata
Kelas : Crustacea (binatang berkulit keras)
Sub kelas : Malacostraca (udang-udangan tingkat tinggi) Super ordo : Eucarida
Ordo : Decapoda (binatang berkaki sepuluh) Sub ordo : Natantia (kaki digunakan untuk berenang) Famili : Palaemonidae, Panaeidae
Seluruh tubuh tertutup oleh kerangka luar yang disebut eskoskeleton, yang terbuat dari chitin. Kerangka tersebut mengeras, kecuali pada sambungan-sambungan antara dua ruas tubuh yang berdekatan. Hal ini memudahkan mereka untuk bergerak. Bagian kepala-dada tertutup oleh sebuah kelopak yang dinamakan cangkang kepala atau kelopak kepala (Carapae). Dibagian depan, kelopak kepala memanjang dan meruncing, yang pinggirnya bergerigi dan disebut cucuk kepala (rostrum). Secara lengkap, bagian-bagian udang dapat dilihat pada Gambar 1.
Udang memiliki beberapa sifat dan ciri khas. Udang bersifat eurythaline, yakni secara alami bisa hidup di perairan yang berkadar garam dengan rentang yang luas, yakni 5 - 4η‰. Kadar garam ideal untuk pertumbuhan udang adalah 19 - 3η‰. Sifat lain yang juga menguntungkan adalah ketahanannya terhadap perubahan suhu yang dikenal sebagai eurythemal. Temperatur air juga mempengaruhi kebiasan udang dalam hal membenamkan diri. Jika temperatur dibawah 28oC, sekitar 50% udang membenamkan diri sedangkan pada suhu diatas 28oC, udang tidak membenamkan diri meskipun pada cahaya terang (Mujiman dan Suyanto, 2004).
Udang merupakan organisme yang aktif mencari makan pada malam hari (nocturnal). Jenis makannya sangat bervariasi tergantung pada tingkatan umur udang. Pada stadia benih, makanan utamanya adalah plankton (fitoplankton dan zooplankton). Udang dewasa menyukai daging binatang lunak atau molusca (kerang, tiram, siput), cacing, annelida yaitu cacing Polychaeta, dan crustacea. Dalam usaha budidaya, udang mendapatkan makanan alami yang tumbuh di tambak, yaitu klekap, lumut, plankton, dan benthos. Udang akan bersifat kanibal bila kekurangan makanan (Soetomo, 1990).
(18)
4 Menurut Sulistiyani (1991), secara morfologi panjang tubuh udang beragam tergantung dari ukuran panennya. Untuk ukuran 30 (terdapat 30 ekor dalam tiap 1 kg) panjang tubuhnya berkisar 13-14 cm. Sedangkan saat berenang panjang tubuhnya secara geometri lebih pendek karena struktur abdomen yang melengkung. Selain itu, udang memiliki kecepatan renang berkisar antara 0.541-1.147 m/det (Zhang et al 2006).
Pada siang hari, udang hanya membenamkan diri pada lumpur maupun menempelkan diri pada sesuatu benda yang terbenam dalam air (Soetomo, 1990). Apabila keadaan lingkungan tambak cukup baik, udang jarang sekali menampakkan diri pada siang hari. Apabila pada suatu tambak udang tampak aktif bergerak di waktu siang hari, hal tersebut merupakan tanda bahwa ada yang tidak sesuai. Ketidakesuaian ini disebabkan oleh jumlah makanan yang kurang, kadar garam meningkat, suhu meningkat, kadar oksigen menurun, ataupun karena timbulnya senyawa-senyawa beracun (Mujiman dan Suyanto 2004).
Gambar 1. Morfologi udang penaeid Keterangan:
a: alat pembantu rahang g: kaki jalan
b: kerucut kepala h: kaki renang
c: mata i: anus
d: cangkang kepala j: telson
e: sungut kecil k: ekor kipas
f: sungut besar
Sumber: Amri, K (2005)
2.2
PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN
Penelitian mengenai suatu desain mesin tertentu tidak hanya berhenti pada satu tahap saja, tetapi akan terus berlanjut demi penyempurnaan di masa yang akan datang. Berikut adalah beberapa penelitian mengenai mesin pemanen udang yang pernah dilakukan:
(19)
5
2.2.1
Rancang bangun konstruksi pemisah pada mesin pemanen udang
(Thoriq 2005)
Mesin pemanen udang yang dirancang merupakan inovasi yang akan menggantikan sistem pemanenan yang telah ada. Konstruksi pemisah pada mesin pemanen udang merupakan bagian dari rangkaian mesin pemanen udang oleh Hamdani dan Handoko, 2005. Bagian utama dari konstruksi pemisah pada mesin pemanen udang adalah hopper, sistem pemisahan, rangka, roda, dan batang tarik. Berdasarkan perhitungan kerugian head karena pengaruh pembesaran secara granual adalah 4.6 x 10-3 m dan besarnya kerugian head karena pengaruh belokan adalah 5.44 x 10-3 m. Beban yang diterima oleh penyangga bagian depan adalah sebesar 1677.135 N. Sedangkan beban yang ditumpu oleh masing-masing roda adalah 1620.675 N untuk roda bagian kanan dan 1466.325 N untuk roda bagian kiri.
Dari hasil pengujian terhadap 30 ekor udang setiap pemanenan, diperoleh rata-rata 3 ekor tersangkut pada pemisah udang, terutama tersangkut pada bagian pinggir pemisah udang. Hal ini disebabkan oleh jenis aliran yang masuk ke dalam hopper melalui input sehingga terjadi penggumpalan di tengah, debit yang dihasilkan oleh pompa kurang besar, dan kemiringan pemisah udang kurang optimum.
2.2.2
Rancang Bangun pompa pemanen udang jenis sentrifugal dengan
sudu ulir mengerucut (Hamdani 2005)
Penelitian ini merancang sebuah mesin pemanen udang dengan berbagai komponen. Komponen-komponen yang dibuat antara lain: 1) casing input yang berbentuk penampang potongan kerucut dengan lubang input 6 inchi dan panjang 200 mm; 2) casing output yang di buat agar berbentuk mekanisme sentrifugal dengan lubang keluaran sebesar 4 inchi; 3) penutup casing output yang berfungsi juga sebagai dudukan poros yang terbuat dari besi poros 3 inchi; 4) pemegang poros dan flens yang digunakan untuk menstabilkan putaran poros; 5) poros dengan diameter 1 inchi dan panjang 300 mm yang berfungsi sebagai tempat terpasangnya sudu pompa; 6) sudu pompa dengan bentuk ulir mengerucut yang terbuat dari plat 2 mm; dan 7) rangka pompa yang terbuat dari besi siku dan pipa besi berukuran ¾ inchi.
Dalam penelitian ini digunakan motor listrik dengan daya 3 HP, 1 Phase dengan besar putaran 1400 rpm sebagai tenaga penggerak. Untuk menyalurkan daya putar motor listrik digunakan roda gigi dengan perbandingan 1 : 2, sehingga daya putar poros pompa yang dihasilkan adalah sebesar 700 rpm.
Dari hasil pembuatan, didapatkan pompa pemanen udang dengan dimensi (p x l x t) 1000 x 450 x 650 mm dan berat pompa 74 kg dengan lubang pemasukan sebesar 6 inchi dan lubang pengeluaran sebesar 4 inchi. Mekanisme pemanenannya dimulai dari penghisapan komoditas oleh pompa secara langsung dan menyebabkan komoditas bergesekan langsung dengan impeler pompa yang mengekibatkan kecacatan pada komoditas hasil panen.
Pengujian performansi pompa pemanen udang ini dilakukan di kolam pemancingan ikan. Dari hasil uji fungsional didapatkan, kecepatan putar sudu pompa sebesar 729 rpm, ketinggian daya tekan pompa (head) yang dihasilkan sejauh 3.5 meter dengan debit air 11 liter/detik. Pengujian pemanenan udang dilakukan sebanyak 4 kali ulangan dengan jumlah sampel masing-masing ulangan adalah 30 ekor udang. Waktu rata-rata yang dibutuhkan untuk memanen 30 ekor udang adalah 63.76 detik. Tingkat kelulusan udang berdasarkan jumlah udang yang hidup dan tidak cacat adalah sebesar 75%, dalam keadaan mati sebesar 3.3%,
(20)
6 cacat sebesar 19.2%, dan tidak terhisap sebesar 2.5%, dengan waktu perjalanan (travel time) rata-rata yang dibutuhkan 1 ekor udang dari kolam sampai lubang keluaran adalah 7.23 detik.
2.2.3
Perancangan Mekanisme Sistem Penghisap pada Mesin Pemanen
Udang dan Ikan (Gumilang 2011)
Pada penelitian ini, dilakukan pengujian fungsional sebanyak 2 (dua) kali pengujian terhadap sistem model yang dibuat untuk mendapatkan data. Pengujian ini dilakukan dengan perlakuan 15 kombinasi. Pengujian pertama bertujuan untuk memperoleh data mengenai debit, kecepatan aliran, tekanan, dan jenis aliran pada sistem penghisap. Pengujian selanjutnya bertujuan untuk mengetahui kinerja fungsional sistem penghisap.
Berdasarkan data yang diperoleh diketahui bahwa debit yang terjadi relatif stabil, yaitu berkisar antara 0.576 liter/detik – 0.583 liter/detik. Nilai kecepatan yang diperoleh pada penampang hidraulik pertama dengan ukuran penampang hidraulik yang kecil berkisar antara 2.0219 m/s – 2.0465 m/s, sedangkan untuk nilai kecepatan pada penampang hidraulik yang besar berkisar antara 0.00505 m/s – 0.00512 m/s. Tekanan yang terjadi pada penampang hidraulik yang berukuran kecil bernilai sebesar 2.943 x 104 kPa, sedangkan tekanan yang terjadi pada penampang hidraulik yang berukuran besar bernilai sebesar 1.461 x 102 kPa. Jenis aliran yang terjadi pada penampang hidraulik dengan ukuran kecil adalah jenis aliran turbulen karena nilai bilangan Reynold yang diperoleh lebih besar dari 2300, yaitu berkisar antara 44720 – 45263, sedangkan jenis aliran yang terjadi pada penampang hidraulik dengan ukuran besar adalah jenis aliran laminer karena nilai bilangan Reynold yang diperoleh lebih kecil dari 2300, yaitu berkisar antara 2236 – 2263.
Kombinasi paling optimum untuk penempatan posisi pipa pemasukan dan pipa pengeluaran adalah pada kombinasi atas (pipa pemasukan) – atas (pipa pengeluaran), hal tersebut bukan hanya dipengaruhi oleh faktor dari fluida saja melainkan dengan mempertimbangkan tingkah laku komoditas pada saat dipanen yang cenderung berkumpul di bagian bawah saringan yang terdapat pada fish trap.
Untuk pengujian kinerja fungsional dipergunakan komoditas berupa beberapa jenis udang dengan jumlah total sebanyak 250 ekor. Pengujian yang dilakukan berupa pengujian pemanenan komoditas dan dilihat tingkat kelulusan hidupnya. Berdasarkan data yang diperoleh dari 15 kali ulangan diketahui bahwa tingkat kelulusan hidupnya sangat besar yaitu 98.9%. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme sistem penghisap berfungsi baik sesuai dengan yang diharapkan.
2.3
ALAT DAN CARA PEMANENAN UDANG
2.3.1
Pemanenan sebagian
Menurut Wibowo (1990) diacu dalam Handoko (2005), pemanenan sebagian adalah pemanenan terhadap udang yang memenuhi kebutuhan komersil (30 gram/ekor atau lebih). Pemanenan ini banyak dilakukan di tambak tradisional (ekstensif), karena biasanya ukuran udang yang tidak seragam. Alat yang biasa dipergunakan untuk pemanenan sebagian adalah prayang atau bubu. Menurut Adisukresno (1978) diacu dalam Thoriq (2005), pemanenan sebagian mempunyai beberapa permasalahan yang perlu diperhatikan, yaitu membutuhkan tenaga kerja musiman untuk menjaring, penguraian bahan organik di dasar kolam berlangsung
(21)
7 terus hingga suatu saat dapat membahayakan kehidupan udang, dan binatang lain seperti ikan, kepiting, dan sebagainya, tidak dapat dibersihkan dari kolam.
2.3.2
Pemanenan total
Menurut Wibowo (1990) diacu dalam Handoko (2005), pemanenan total adalah pemanenan terhadap semua udang di dalam tambak, banyak dilakukan di tambak semi-intensif atau intensif yang umumnya ukuran udang lebih seragam. Sebelum pemanenan, biasanya air tambak harus disurutkan sampai kedalaman tertentu, yaitu 20-50 cm. Penyusutan dapat dilakukan dengan pompa air yang pada bagian ujung penghisapnya diberi kasa untuk mencegah udang ikut terhisap bersama air atau dengan memanfaatkan pasang surut air laut. Jika kolam memiliki pengeluaran air dengan sistem monik atau pintu air untuk mengeringkan kolam maka udang dapat dipanen dengan memasang jaring penadah pada bukaan air. Pintu air dibuka dan diatur agar air mengalir perlahan-lahan agar udang tidak banyak yang tertinggal atau bersembunyi di dalam lumpur. Udang akan keluar bersama dengan air dan tertadah didalam jaring yang terpasang itu. Menurut Adisukresno (1978) diacu dalam Thariq (2005), pemanenan secara total mempunyai beberapa kerugian, diantaranya adalah udang yang masih berukuran kecil akan ikut terpanen dan air yang sudah kaya dengan berbagai jenis mineral dan organisme yang merupakan makanan alami udang terpaksa harus dibuang.
2.4
POMPA AIR
Pompa adalah suatu mesin pengangkut zat cair. Pengangkutan zat cair terjadi karena zat cair menerima tekanan atau energi dari pompa untuk mengatasi hambatan aliran yang dialami zat cair pada waktu mengalami pemindahan. Pemindahan zat cair dapat terjadi secara horisontal atau vertikal. Pada pemindahan dengan arah horisontal, terjadi hambatan yang disebabkan oleh gesekan dan pusaran. Sedangkan pada pemindahan dengan arah vertikal terjadi hambatan yang disebabkan oleh gesekan, pusaran, dan adanya perbedaan tinggi antara muka hisap dan muka dorong. Aliran suatu zat cair melalui suatu penampang saluran yang mempunyai tekanan statis p (kgf/m2), kecepatan rata-rata v (m/s), dan ketinggian z (m) diukur dari bidang referensi. Berdasarkan hukum Bernoulli, air pada penampang yang bersangkutan dikatakan mempunyai tinggi muka air (m) yang dinyatakan sebagai berikut:
H = p/γ + v2
/2g +z ...(1) dimana : γ: berat zat cair per satuan vulome, kgf/m3
g : percepatan gravitasi, m/s2
Menurut Susana (2001) diacu dalam Adisiswoyo (2004), adapun masing-masing suku dari persamaan (1) diatas, yaitu p/γ, v2/2g, dan z berturut-turut disebut head tekanan, head kecepatan, dan
head potensial. Ketiga head ini tidak lain adalah energi mekanik yang dikandung oleh satu satuan berat (1 kgf) air yang mengalir pada penampang yang bersangkutan. Menurut Sularso dan Tahara (2000) diacu dalam Adisiswoyo (2004), pompa air dapat merubah energi mekanik dalam bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head tekanan, head kecepatan, dan head potensial pada air yang mengalir secara kontinyu.
Prinsip kerja pompa air yang merupakan suatu mesin fluida dimulai dengan poros berputar dan kemudian membangkitkan gerak mekanik dari suatu fluida seperti air. Pada pompa, gerakan poros berputar dimanfaatkan untuk menggerakkan mesin yang berguna dalam pemindahan fluida. Mesin-mesin fluida tersebut dilengkapi dengan sudu-sudu pada impellernya. Menurut Sularso dan Tahara (2000) diacu dalam Adisiswoyo (2004), laju aliran pompa adalah sebagai berikut:
(22)
8
...(2) Sementara menurut Sularso dan Tahara (2000) diacu dalam Adisiswoyo (2004), head total efektif yang dibangkitkan pompa adalah sebagai berikut:
H = [Hgd + z1 + V1 2
/2g] – [ Hgs + z3 + v3 2
/2g] ... (3)
2.5 KERUGIAN DAYA TEKAN PADA SALURAN FLUIDA
Menurut Erizal dan Panjaitan (2007) setiap aliran fluida yang melalui jalur pipa atau selang, biasanya mengalami kerugian daya tekan, baik karena gesekan, bentuk penampang, atau perubahan arah aliran. Kerugian daya tekan di tempat-tempat transisi yang demikian itu dinyatakan secara umum dengan persamaan (4) berikut:
... (4) Dimana:
: Kecepatan rata-rata di dalam pipa (m/s)
: Koefisien kerugian
: Percepatan gravitasi (m/s2)
: Kerugian daya tekan (m)
Kerugian daya tekan karena bentuk penampang dapat dibagi menjadi empat jenis, yakni karena pembesaran diameter penampang secara granual, penyempitan diameter secara tiba-tiba, perubahan dari pipa ke suatu tandon, dan perubahan dari tandon ke pipa.
1. Kerugian daya tekan karena pembesaran diameter penampang secara granual
...(5) atau
... (6)
Dimana:
: Kecepatan rata-rata di penampang yang kecil (m/s) : Kecepatan rata-rata di penampang yang besar (m/s)
: Koefisien kerugian karena pembesaran diameter saluran
: Percepatan gravitasi (m/s2)
: Kerugian daya tekan (m)
Nilai dapat ditentukan dengan menggunakan Gambar 2 atau Tabel 1 di bawah ini:
(23)
9 Tabel 1. Koefisien kerugian karena pembesaran diameter saluran
Bentuk Perlebaran D1/D2 KE, θ = 10o KE, θ = 180o
0 - 1.00
0.20 0.13 0.92
0.40 0.11 0.72
0.60 0.06 0.42
0.80 0.03 0.16
2. Kerugian daya tekan karena penyempitan diameter secara tiba-tiba
Pada aliran yang mengalami penyempitan tiba-tiba akan terjadi kontraksi. Gambar 3 menunjukkan bahwa tepat di hilir penyempitan terjadi suatu vena kontrakta, yaitu suatu penampang menyempit dimana garis-garis arusnya lurus. Setelah vena kontrakta, aliran kembali menyebar memenuhi penampang pipa. Perlebaran ini menyebabkan terjadinya pusaran-pusaran arus diantara vena kontrakta sampai ke dinding pipa.
Gambar 3. Penyempitan diameter secara tiba-tiba
Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa vena kontrakta dan penamng 2 dimana aliran kembali seragam. Pola alirannya sama dengan pola aliran yang melebar secara tiba-tiba, sehingga diperoleh persamaan (7) di bawah ini:
...(7)
Dimana:
: Kerugian daya tekan karena penyempitan diameter tiba-tiba (m) : Koefisien kerugian daya tekan karena penyempitan
: Kecepatan aliran pada penampang sempit (m/det) : Percepatan gravitasi (m/det2)
Nilai dapat ditentukan dengan menggunakan Tabel 2 berikut ini. Tabel 2. Koefisien kerugian daya tekan karena penyempitan tiba-tiba
D1/D2 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.10 1.00
KC 0.45 0.43 0.42 0.42 0.37 0.28 0.01 0
3. Kerugian daya tekan karena perubahan pipa ke tandon (reservoir)
Perlebaran tiba-tiba dapat terjadi pada perubahan aliran dari suatu pipa ke suatu tandon. Misalnya aliran yang terjadi seperti pada Gambar 4. Kerugian daya tekan ini juga dikenal
(24)
10 Gambar 4. Perubahan penampang aliran dari pipa ke suatu tandon
Besarnya kerugian yang dialami dapat dihitung dengan persamaan (8) di bawah ini.
...(8)
Dimana:
: Kerugian daya tekan karena penyempitan diameter tiba-tiba (m) : Kecepatan aliran pada pipa (m/det)
: Percepatan gravitasi (m/det2)
4. Kerugian daya tekan karena perubahan tandon (reservoir) ke pipa
Jenis kerugian ini merupakan hal yang khusus dari kerugian daya tekan karena penyempitan tiba-tiba. Karena luas basah dari penampang melintang tandon jauh lebih besar daripada luas penampang pipa maka perbandingannya mendekati atau dianggap nol. Perubahan ini dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Perubahan aliran dari suatu tandon ke suatu pipa Kerugian yang terjadi dapat dihitung menggunakan persamaan (9) berikut ini:
...(9)
Dimana:
: Kerugian daya tekan karena penyempitan diameter tiba-tiba (m) : Koefisien kerugian daya tekan karena penyempitan
: Kecepatan aliran pada penampang sempit (m/det) : Percepatan gravitasi (m/det2)
Nilai tergantung pada bentuk hubungan antara tandon dan pipa (bentuk inlet ke pipa) yang ditunjukkan pada Gambar 6.
(25)
11 Gambar 6. Bentuk pemasukan ke dalam pipa dan koefisien kerugian daya tekan Kerugian karena gesekan pada saluran dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (10) namun ditentukan terlebih dahulu koefisien geseknya.
... (10) Dimana:
: Kerugian yang disebabkan oleh gesekan aliran fluida dan pipa (m) : Koefisien gesekan (diperoleh dari diagram Mody)
: Panjang pipa (m) D : Diameter pipa (m)
: Kecepatan aliran (m/s) : Percepatan gravitasi (m/s2)
Nilai f dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (12) jika aliran laminer dan persamaan (13) jika aliran turbulen yang terjadi pada saluran sangat halus seperti kaca dan plastik, termasuk PVC. Persamaan tersebut diturunkan dari diagram Moody yang dapat dilihat pada Gambar 7. Sedangkan jenis aliran fluida dapat diketahui berdasarkan bilangan Reynold-nya yang dapat ditentukan dengan persamaan (11).
... (11)
... (12)
(26)
12 Dimana:
Re : Nilai bilangan Reynold : Massa jenis fluida (kg/m3) : Diameter dalam pipa (m)
: Kecepatan aliran rata-rata fluida (m) : Viskositas dinamik fluida (Pa.s) : Viskositas kinematik fluida (Pa.s) : Koefisien gesekan
Gambar 7. Diagram Moody
Kerugian daya tekan karena belokan terdapat dua jenis, yakni belokan tajam dan belokan lengkungan. Untuk menentukan besarnya kerugian daya tekan karena belokan dapat menggunakan persamaan (14).
... (14) Dimana:
: Kecepatan rata-rata di dalam pipa (m/s)
: Koefisien kerugian karena belokan
: Percepatan gravitasi (m/s2)
: Kerugian daya tekan karena belokan (m)
(27)
13 Tabel 3. Harga koefisien kerugiam daya tekan pada belokan
(28)
14
III.
METODE PENELITIAN
3.1
WAKTU DAN TEMPAT
Penelitian dimulai sejak bulan Februari hingga bulan Desember 2012 di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
3.2
ALAT DAN BAHAN
Adapun alat dan bahan yang dipergunakan adalah:
3.2.1
Alat
Peralatan utama yang digunakan dalam pembuatan mesin ini adalah: a. Las listrik dan beserta perlengkapannya
b. Gerinda tangan dan gerinda duduk c. Gergaji mekanis
d. Bor tangan dan bor duduk
e. Penggaris besi, jangka sorong, busur derajat, micrometer sekrup f. Mesin bubut
g. Obeng
h. Perlengkapan kunci pas
i. Personal computer, CATIA V520 dan Proteus 7.8
3.2.2
Bahan
Bahan-bahan yang dipergunakan pada penelitian terdiri dari: a. Motor bensin 3.1 kW
b. Pompa air sentrifugal
c. Pompa vakum dan motor listrik 0.25 HP
d. Poros roda e. Roda mobilisasi f. Selang berserat dengan
berdiameter 4 inchi dan 2 inchi g. Pipa PVC berdiameter 2 inchi h. Plat besi
i. Besi hollow 37 mm x 37 mm dengan ketebalan 3 mm j. Besi kanal U ukuran 50 mm x
38 mm dengan ketebalan 5 mm k. Keran
l. Fastener, mur, dan baut m. Lem paralon
n. Dempul o. Akrilik p. Perpak q. PCB r. LED s. Transistor t. IC NE555 u. Dioda v. Kabel w. Saklar
x. Solenoid valve
y. Napple dan sock napple z. Tupperware
aa.Pipa alumunium bb.Lem besi (epoxy) cc.Sock PVC 2 inchi dd.Adapter
(29)
15
3.3
METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan adalah metode pendekatan rancangan secara umum, yaitu pendekatan analisis fungsional dan pendekatan analisis struktural. Analisis fungsional yaitu analisis yang menyangkut segi fungsi dan kegunaan dari setiap elemen penyusun mesin tersebut terhadap komoditi yang akan diproses. Analisis struktural yaitu analisis yang menyangkut bahan dasar, kekuatan bahan, dan konstruksi mesin. Diagram alir metode penelitian dapat dilihat pada Gambar 8. Tahapannya adalah sebagai berikut:
3.3.1
Identifikasi permasalahan
Perkembangan budidaya udang yang cukup pesat harus diiringi dengan penggunaan teknologi yang tepat untuk mendukung proses produksi secara keseluruhan. Sejauh ini, teknologi dalam proses pemanenan udang belum mendapatkan perhatian khusus dan masih mempergunakan alat dan cara tradisional. Penggunaan alat dan cara tradisional ini mengakibatkan ikan atau udang mengalami stres serta pemanenan yang kurang efektif dan efisien. Oleh karena itu, salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan sistem pemanenan secara mekanis. Untuk itu, perlu dilakukan desain mesin pemanen udang yang disesuaikan dengan permasalahan yang ada di lapangan, baik aspek tekins, ekonomi, sosial, maupun lingkungan.
Secara teknis, permasalahan khusus dari desain mesin ini adalah mekanisme kontinyu yang digunakan agar udang dapat terhisap dan dipindahkan ke wadah penampungan dengan mudah serta mengalami kerusakan seminimal mungkin. Hal ini tentu saja harus disesuaikan dengan karakteristik udang yang akan dipanen, dimana jenis dan ukuran udang sangat beragam. Dari aspek ekonomi tentu saja harus menimbang keseluruhan biaya tetap dan tidak tetap yang berbeda saat mesin ini diaplikasikan atau tidak. Perlu dilakukan pengkajian lebih lanjut mengenai feasibilitas penggunaan mesin ini di lapangan. Jika dipandang dari aspek sosial maka hubungannya adalah keterkaitan penggunaan mesin ini dengan penyerapan tenaga kerja bagi pengguna. Mesin ini tentu akan mengurangi jumlah tenaga kerja yang dibutuhkan saat pemanenan, namun hal ini tidak begitu berarti karena tenaga kerja yang dikurangi dapa diarahkan untuk proses budi daya lainnya di tambak. Bahkan pada tambak yang berada di daerah tertentu, ketersediaan tenaga kerja khususnya untuk proses pemanenan cukup sulit dipenuhi.
Jika dilihat dari aspek lingkungan, maka mesin ini harus didesain agar tidak mencemari lingkungan tambak dan masyarakat yang ada di sekitarnya. Fokus yang dilakukan adalah menghindari dampak ekologi negatif yang berhubungan dengan kualitas air yang terbatas pada BOD (Biological Oxygen Demand), N (Nitrogen), dan P (Phosphor).
3.3.2
Analisis fungsional
Mesin pemanen tipe vakum ini dirancang untuk meningkatkan efisiensi dan efektivitas pada proses pemanenan udang. Dalam penelitian ini, dibuat beberapa rancangan komponen mesin agar tujuan diatas dapat tercapai. Namun perlu dilakukan analisis fungsional terlebih dahulu untuk menentukan fungsi-fungsi utama mesin. Fungsi-fungsi utama tersebut kemudian dijadikan dasar untuk membuat komponen-komponen utama dari mesin pemanen udang tipe vakum ini.
(30)
16
3.3.3
Analisis struktural
Analisis struktural dilakukan untuk menentukan rancangan struktural mesin dengan bentuk dan ukuran yang sudah jelas. Rancangan struktural merupakan perwujudan dari rancangan fungsional yang telah ditentukan sebelumnya. Dalam hal ini, dibutuhkan data-data pendukung yang dapat berupa hasil pengamatan, pengukuran langsung, pendapat para ahli, paten, jurnal ilmiah, dan sebagainya. Mesin pemanen udang ini dirancang secara struktural agar berfungsi dengan baik, mudah dibawa dan dipindahkan, serta tidak memerlukan space yang terlalu besar.
3.3.4
Pembuatan prototipe
Setelah semua analisis rancangan diselesaikan dan telah disajikan ke dalam gambar teknik, maka tahapan selanjutnya adalah pembuatan prototipe dari mesin pemanen udang ini. Tahapan ini merupakan kegiatan manufaktur yang dilakukan di workshop dengan memanfaatkan alat dan bahan yang ada. Outputnya adalah mesin pemanen udang tipe vakum yang siap diuji.
3.3.5
Uji fungsional
Metode pengujian yang dipergunakan adalah metode uji fungsional dari masing-masing elemen mesin yang telah digabungkan. Parameter uji yang digunakan adalah debit keluaran air dan terhisap atau tidaknya komoditas. Apabila tidak berfungsi secara baik maka akan dilakukan desain dan analisis rancangan kembali. Secara keseluruhan, tahapan penelitian dapat diilustrasikan pada Gambar 8 berikut ini.
Gambar 8. Flowchart tahapan penelitian
Y N
Mulai
Identifikasi permasalahan
Desain dan analisis rancangan
Pembuatan prototipe
Uji fungsional
Selesai
Prototipe siap dilakukan uji performansi
(31)
17
IV.
ANALISIS RANCANGAN
4.1
KRITERIA RANCANGAN
Mesin pemanen udang dan ikan merupakan sebuah inovasi dari sistem pemanenan secara mekanis dan diharapkan dapat menggantikan sistem pemanenan yang selama ini masih dilakukan secara manual. Mesin pemanen udang ini memiliki sistem penghisap baru yang dapat meminimalisir tingkat kecacatan dan mortalitas dari komoditas yang dipanen sehingga diperlukan beberapa analisis teknik sesuai dengan keluaran yang diharapkan.
Adanya mesin pemanen udang dan ikan dengan sistem penghisap yang baru ini diharapkan kapasitas pemanenan dapat mencapai 3.78 ton/jam, contoh perhitungan terdapat pada Lampiran 3. Udang yang dipanen merupakan jenis udang windu atau udang putih yang memiliki size 30, artinya dalam tiap 1 kg panen terdapat 30 ekor udang. Biasanya udang dengan ukuran seperti ini secara morfologi memiliki panjang tubuh sebesar 13-14 cm, sedangkan saat berenang panjang tubuhnya akan lebih pendek karena struktur abdomen yang melengkung. Prinsip kerja mesin ini didesain dengan mekanisme hisapan melalui saluran tertentu. Udang memiliki kecenderungan melawan arus ketika dihisap. Maka yang dijadikan parameter desain pada mesin ini adalah lebar dan tinggi udang yang kurang dari 10 cm. Sehingga perlu dibuat saluran yang mampu menghisap udang dengan dimensi tubuh maksimum saat berenang melawan arus hisap.
Selain itu lebar mesin pun tidak lebih dari 120 cm, menimbang pematang antara pada tambak biasanya memiliki lebar 2 m. Mesin ini pun didesain agar tidak mencemari lingkungan sekitar tambak, khususnya terhadap kualitas air sehingga penggunaan bahan kimia yang mempengaruhi BOD, N, dan P pada air harus dihindari.
4.2
RANCANGAN FUNGSIONAL
Mesin pemanen udang dengan sistem penghisap yang baru berfungsi sebagai mesin pemanen dengan tingkat kelulusan komoditas panen yang tinggi yakni lebih dari 95%. Agar mesin pemanen ini dapat berfungsi sesuai dengan rancangan fungsionalnya maka diperlukan penjabaran fungsional dari rancangan strukturalnya yang direncanakan. Uraian fungsi dari mesin pemanen udang tipe vakum dapat dilihat pada Tabel 4 berikut ini:
Tabel 4. Rancangan fungsional mesin pemanen udang tipe vakum
No Nama Komponen Fungsi
1 Pompa air Memindahkan air dan komoditas dari kolam penampung menuju tangki penampungan.
2 Tangki penampungan Menampung ikan atau udang sementara dari hasil hisapan pompa air.
3 Pompa vakum Mempertahankan keadaan vakum dalam sistem dengan cara menghisap udara yang masuk ke dalam sistem dan membuangnya ke lingkungan.
4 Saluran distribusi Mendistribusikan aliran fluida ke dalam dan keluar tangki penampungan.
5 Rangka mesin Sebagai penyangga dan dudukan bagian-bagian mesin. 6 Roda mobilisasi Membantu mobilisasi mesin dari satu tempat ke tempat lain.
(32)
18
4.3
RANCANGAN STRUKTURAL
Setelah menentukan rancangan fungsional, maka selanjutnya dibuatlah rancangan struktural mesin. Pada tahap ini dibuat desain komponen-komponen utama mesin dengan bentuk, ukuran atau spesifikasi tertentu serta perhitungan analisis teknik pada beberapa komponen. Namun pada penerapannya, ada beberapa komponen yang memang sudah ada di pasaran, sehingga dalam tahap ini yang dibahas bukan bentuk dan ukurannya, melainkan dasar pemilihan komponen. Berikut adalah rancangan struktural dari komponen-komponen mesin pemanen udang tipe vakum:
4.3.1
Pompa Air
Pompa air yang digunakan adalah pompa air sentrifugal, berfungsi untuk memindahkan air dan komoditas dari kolam penampung menuju tangki. Daya yang dimiliki oleh pompa bersumber dari motor bensin dan merupakan pendorong yang efektif bagi fluida cair. Pompa air dapat dilihat pada Gambar 9 dan berikut adalah spesifikasi pompa yang digunakan:
Gambar 9. Pompa air sentrifugal
Spesifikasi:
Connection diameter: 50 mm, 2 inch
Delivery volume: 620 l/min, 163 gal/min
Total head hisap: 8 m
Total head dorong: 27 m, 90 ft
Power, speed: 3.1 kW, 3600 RPM
Net weight: 25.2 kg
Pemilihan pompa dengan delivery volume di atas disesuaikan dengan target waktu pemanenan yang disajikan pada Lampiran 3. Sedangkan perhitungan kebutuhan daya penggerak pompa ini dapat dilihat pada Lampiran 5.
4.3.2
Saluran Distribusi
Dalam rancangan ini dibutuhkan saluran untuk mendistribusikan aliran fluida ke dalam dan keluar tangki penampungan. Saluran ini terdiri dari tiga bagian, yakni:
1. Saluran inlet, yakni saluran yang mendistribusikan air dan komoditas pemanenan dari kolam masuk ke dalam tangki penampungan. Saluran ini terdiri dari selang berserat berdiameter 4 inchi dengan panjang 5 m dan PVC swing check valve
(33)
19 ada di dalam tangki tidak jatuh ke dalam kolam saat mesin tidak dioperasikan. Saluran inlet ini dapat dilihat pada Gambar 10. Penentuan diameter saluran inet
sebesar 4 inchi ini karena menyesuaikan dengan panjang tubuh udang yang dipanen tidak lebih dari 10 cm saat berenang. Selain itu dengan debit pompa sebesar 10.3 l/det maka diperoleh kecepatan hisap sebesar 1.270 m/det sehingga mampu menghisap udang yang memiliki kecepatan hisap sebesar 1.147 m/det. 2. Saluran outlet, yakni saluran yang mendistribusikan air dari tangki penampungan
keluar sistem melalui pompa air, terdiri dari beberapa komponen diantaranya
knee/elbow 90o2 inchi, pipa PVC 2 inchi, saluran T 2 inchi, ball valve 2 inchi, selang berserat 2 inchi. Saluran outlet dapat dilihat pada Gambar 11.
3. Saluran perpindahan, yakni saluran yang berfungsi untuk menyalurkan air dari tangki satu ke tangki lainnya untuk perpindahan operasi pemanenan. Komponen yang digunakan sama dengan saluran outlet.
4. Saluran buang, yakni saluran yang berfungsi untuk membuang air keluar sistem (tambak). Saluran perpindahan dan buang ini dapat dilihat pada Gambar 12. Penentuan diameter saluran outlet, perpindahan, dan buang sebesar 2 inchi karena menyesuaikan dengan connection diameter dari pompa.
Gambar 10. Saluran inlet
(34)
20 Setiap aliran fluida yang melalui jalur pipa atau selang, biasanya mengalami kerugian daya tekan (head loss), baik karena gesekan, perubahan bentuk penampang, atau perubahan arah aliran. Dari hasil perhitungan diperoleh kerugian daya tekan akibat gesekan adalah sebesar 1.4490 m, akibat perubahan bentuk penampang sebesar 0.7411 m dan akibat perubahan arah aliran (belokan) sebesar 2.8287 m. Sehingga total kerugian daya tekan yang terjadi pada mesin adalah sebesar 5.0188 m. Secara lengkap perhitungan ini disajikan pada Lampiran 4.
4.3.3
Tangki Penampungan
Tangki penampungan ini berfungsi untuk menampung ikan atau udang sementara dari hasil hisapan pompa air. Tangki ini terdiri dari dua buah dimaksudkan agar mesin dapat difungsikan secara kontinyu. Jika pada pengoperasian salah satu tangki penuh dengan hasil hisapan, maka mekanisme penghisapan dipindah ke tangki yang lain dengan cara men-switch
keran perpindahan dan keran buang. Tangki ini terbuat dari plat besi dengan ketebalan 2 mm dan didesain dengan perbandingan volume komoditas dan air sebesar 1:2. Volume total tangki ini sebesar 200 liter. Desain tangki ini dapat dilihat pada Gambar 13.
(35)
21
Perhitungan volume tangki berdasarkan kapasitas pemanenan dalam 1 (satu) batch:
Massa komoditas yang diinginkan : 45 kg
Asumsi massa jenis komoditas udang : 0.74 kg/liter (Hamdani, 2005) Perbandingan volume komoditas dan air optimum : 1:2 (Karim, 2006)
Maka untuk melakukan operasi 1 batch pemanenan, volume tangki yang didesain adalah:
Untuk menjaga kapasitas pemanenan dalam 1 batch, maka tangki harus dibuat dengan volume minimum 182.43 liter. Pada desain ini dibuatlah tangki dengan volume 200 liter.
Tangki ini didesain vakum, artinya ketika mesin beroperasi tidak ada udara luar yang masuk ke dalam sistem agar tekanan tetap terjaga rendah. Namun pada kenyataannya tetap saja ada udara yang masuk ke dalam sistem karena terdapat banyak kebocoran. Oleh karena itu dibutuhkan suatu komponen tambahan untuk menghisap udara yang masuk ke dalam tangki agar tekanan dan ketinggian muka air dalam sistem tetap terjaga. Dalam kasus ini, salah satu solusinya adalah pemasangan pompa vakum pada mesin.
4.3.4
Pompa Vakum
Instalasi pompa vakum pada mesin ini difungsikan untuk mempertahankan keadaan vakum dalam sistem dengan cara menghisap udara yang masuk ke dalam sistem dan membuangnya ke lingkungan. Pompa vakum yang digunakan adalah tipe 2X-1 yang sudah beredar di pasaran. Pompa vakum ini digerakkan oleh motor listrik satu fasa berdaya 0.25 HP dengan pumping speed 1 l/det. Pemilihan pompa vakum dengan spesifikasi ini berdasarkan penurunan debit saat mesin beroperasi yang dapat dilihat pada Lampiran 10. Bentuk pompa ini dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Pompa vakum
Spesifikasi:
Tipe : Rotary Vane-type Vacuum Pump 2X-1
Ultimate vacuum : 6x10-2 Pa
Pumping speed : 1 l/s
Rated speed : 500 RPM
Motor power : 0.25 HP
Air inlet diameter : 15 mm
Overall dimensions : 400 mm x 320 mm x 295 mm
Pompa ini dijalankan secara otomatis dengan mekanisme automatic water level switch, dimana pompa vakum beroperasi berdasarkan ketinggian muka air di dalam tangki.
(36)
22 Ada beberapa komponen yang perlu disandingkan agar pompa ini dapat beroperasi dengan baik, diantaranya adalah level probes, solenoid valve,safety tank, selang berkawat, rangkaian otomasi, dan adapter. Komponen-komponen tersebut memiliki fungsi seperti yang disajikan pada Tabel 5. Beberapa bentuk komponen tersebut disajikan pada Gambar 17.
Mekanisme otomasi pompa vakum ini adalah sebagai berikut:
Ketika mesin beroperasi, terjadi perubahan tekanan karena ada udara yang masuk ke dalam sistem, sehingga muka air dalam tangki pun turun.
Saat tinggi muka air minimum terdeteksi oleh level probes, maka secara otomatis pompa vakum menyala dan solenoid valve terbuka. Otomasi ini telah diatur dalam rangkaian otomasi yang disalurkan tegangan 12 V oleh adapter.
Ketika pompa vakum menyala, udara di dalam tangki dihisap oleh inlet line melalui selang berkawat kemudian dikeluarkan melalui exhaust line.
Sebelum udara melalui inlet line, terlebih dahulu masuk ke dalam safety tank.
Pompa vakum akan mati jika tinggi muka air maksimum dalam tangki terdeteksi oleh
level probes.
Tabel 5. Fungsi komponen tambahan untuk otomasi pompa vakum
No Nama Komponen Fungsi
1 Safety tank Sebagai tangki penampung air sementara, pengaman jika sewaktu-waktu air melewati solenoid valve dan hendak masuk ke dalam pompa vakum.
2 Level probes Mendeteksi tinggi muka air maksimum dan minimum di dalam tangki.
3 Solenoid valve Menahan aliran fluida baik air, oli, maupun udara agar tidak masuk dan keluar sistem saat pompa vakum tidak beroperasi.
4 Selang berkawat Menyalurkan udara yang dihisap oleh pompa keluar sistem.
5 Rangkaian otomasi Mengatur mekanisme otomasi penyalaan pompa vakum dan pembukaan solenoid valve.
6 Adapter Penyalur tegangan 12 V ke rangkaian otomasi
Safety tank (tangki pengaman) yang digunakan berupa tabung yang dibawahnya diberi
ball valve 2 inchi. Tangki ini didesain dengan sistem siklon dengan tujuan agar air yang masuk ke dalam langsung jatuh ke dasar tangki dan tidak ikut terhisap ke pompa vakum. Tidak ada parameter khusus untuk menentukan kapasitas optimumnya, karena tangki ini hanya digunakan sewaktu-waktu jika level probes tidak berfungsi dengan baik. Tangki ini memiliki volume sebesar 25 liter dengan diameter 30 cm dan tinggi 38 cm. Hal ini karena disesuaikan dengan dimensi ruang (panjang x lebar x tinggi) yang tersedia sebesar 45 cm x 70 cm x 53 cm. Kapasitas yang dimiliki oleh tangki ini untuk menampung air adalah sebesar 11.7 liter. Desain
(37)
23 Gambar 15. Safety tank
Level probes terbuat dari silinder alumunium yang diberi tiga kabel tembaga. Setiap kabel memiliki fungsi yang berbeda, satu kabel berfungsi untuk menyuplai tegangan 12 V (Vcc), sedangkan dua kabel lainnya berfungsi untuk mendeteksi level air minimum (Lmin) dan
maksimum (Lmax). Level minimum akan terbaca oleh rangkaian jika kabel Lmin menerima
tegangan 12 V dari kabel Vcc yang terhubung oleh air. Begitu pula level maksimum, akan terbaca oleh rangkaian jika kabel Lmax menerima tegangan 12 V dari kabel Vcc melalui air.
Gambar 16 menunjukkan desain level probes yang digunakan pada mesin ini.
(38)
24 (d)
Solenoid valve yang digunakan adalah yang sudah beredar di pasaran dengan diameter sebesar 0.75 inchi. Gambar 18 menunjukkan desain solenoid valve yang digunakan pada mesin ini.
Gambar 18. Solenoid valve (www.solenoid-valve-info.com) Gambar 17. Komponen tambahan otomasi pompa vakum: (a) Level probes,
(b) Solenoid valve, (c) Safety tank, (d) Rangkaian otomasi
(a) (b) (c)
Keterangan:
1. Valve body 6. Kabel suplai tegangan
2. Terminal masukan (inlet port) 7. Plunger
3. Terminal keluaran (outlet port) 8. Spring
4. Koil / koil solenoid 9. Lubang / exhaust
(39)
25 Rangkaian otomasi yang digunakan dalam rancangan ini mengacu pada desain rangkaian yang dibuat oleh I-Star Electronics (2011) dan disimulasikan menggunakan software
Proteus 7.8. Rangkaian elektroniknya dapat dilihat pada Lampiran Gambar sedangkan diagram alir prinsip kerjanya dapat dilihat pada Lampiran 13. Beberapa komponen yang digunakan antara lain resistor, integrated circuit, transistor, saklar, dioda, dan relay. Secara keseluruhan sketsa instalasi pompa vakum dan komponen tambahannya dapat dilihat pada Gambar 19. Rangkaian otomasi, solenoid valve, dan pompa vakum harus terhubung dengan tegangan sebesar 220 Volt.
.
4.3.5
Rangka Mesin
Rangka berfungsi sebagai penyangga dan dudukan bagian-bagian mesin. Dalam rancangan ini, bahan-bahan yang digunakan untuk pembuatan rangka mesin harus sesuai dengan beban yang diterima. Beberapa bahan yang dipilih adalah besi hollow, besi plat, besi strip, besi siku, dan besi kanal U yang memiliki ketebalan berbeda. Dimensi spesifik dari rancangan rangka ini dapat dilihat pada Lampiran Gambar.
Rangka ini juga dilengkapi dengan empat kaki penyangga yang difungsikan untuk menyangga seluruh beban mesin saat beroperasi atau saat disimpan di garasi. Hal ini bertujuan agar beban mesin tidak selalu diterima oleh roda. Pada salah satu sisi dari rangka ini dipasang pula tangga untuk pijakan operator. Hal ini dimaksudkan agar operator mampu menjangkau bagian-bagian mesin yang letaknya relatif tinggi. Pada bagian depan rangka ini diberi draw bar
yang dapat ditarik oleh ATV atau traktor untuk mobilisasi mesin di lapangan. Gambar tiga dimensi dari rangka mesin pemanen udang ini dapat dilihat pada Gambar 21.
Dalam rancangan ini, analisis beban yang diterima oleh rangka dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan kesetimbangan gaya dan momen seperti yang dijelaskan pada persamaan (15) dan (16). Sedangkan diagram benda bebas untuk analisis gayanya dapat dilihat pada Gambar 20.
(40)
26
... (15)
...(16)
Gambar 20. Diagram benda bebas rangka mesin Dimana:
Wp : Berat pompa sentrifugal (25.2 kg) Wst : Berat safety tank (4 kg)
Wpv : Berat pompa vakum (35 kg)
W1 : Berat sebaran dari rangka, tangki (terisi air), dan operator (118.67 kg)
W2 : Berat sebaran dari rangka, tangki (terisi air), dan operator (138.99 kg)
W3 : Berat sebaran dari rangka dan tangki (terisi air) (98.83 kg)
W4 = W3 = W5 = W6
Berdasarkan analisis dan perhitungan gaya yang bekerja pada rangka, diperoleh besarnya beban yang diterima oleh dpn1, dpn2, blk1, dan blk2 berturut-turut adalah sebesar 2089.96 N, 1668.81 N, 1767.37 N dan 1502.21 N. Bahan yang digunakan untuk kaki penyangga pada rangka ini adalah hollow S45C. Dari analisis kekuatan bahan diperoleh tegangan yang terjadi pada kaki penyangga dengan beban terberat (dpn1) adalah sebesar 0.978 kg/mm2. Desain ini dapat digunakan karena nilainya masih dibawah tegangan ijin yakni sebesar 7.25 kg/mm2.
Selain dilakukan analisis beban yang diterima oleh kaki penyangga, pada desain ini juga dilakukan analisis beban pada chasis bawah. Bahan yang digunakan adalah baja kanal U (UNP 50) berdimensi 50mm x 38 mm x 5 mm jenis S45C. Dengan beban terberat (W2) sebesar 1362.10 N, maka diperoleh tegangan geser yang terjadi sebesar 1.88 N/mm2, tegangan bengkok sebesar 5.37 kg/mm2, dan defleksi sebsesar 1.62 mm. Perhitungan beserta pemilihan bahan selengkapnya disajikan pada Lampiran 6.
dpn2 dpn1
blk2 blk1
B2 B1
Wpv
A2 A1
Wp
W1
W2
W3
W4
W5
W6
(41)
27 Gambar 21. Rangka mesin pemanen udang tipe vakum
4.3.6
Roda Mobilisasi
Roda mobilisasi ini berfungsi untuk membantu mobilisasi mesin dari satu tempat ke tempat lain. Roda ini menerima beban keseluruhan mesin saat mobilisasi dilakukan. Oleh karena itu perlu dibuat rancangan yang tepat, baik dari segi bentuk, ukuran, maupun pemilihan bahan agar dapat berfungsi dengan baik dan tahan lama.
Roda yang digunakan sebanyak dua buah berukuran 13 inchi yang disambung dengan poros baja S45C berdiameter 32 mm. Selain itu, pada poros roda diberi dua buah pillow block
agar dapat dipasangkan pada rangka mesin. Roda ini dapat dilihat pada Gambar 22, sedangkan diagram benda bebasnya dapat dilihat pada Gambar 23. Berdasarkan analisis dan perhitungan gaya yang bekerja pada rangka, diperoleh besarnya beban yang diterima oleh R1 dan R2 berturut-turut adalah sebesar 1282.07 N dan 1238.49 N. Oleh karena itu, dipilih roda yang sudah beredar di pasaran dengan kode 80/100-17M/C 46 P yang memiliki load index sebesar 161 kg dengan velg gerobak. Perhitungan dan pemilihan tipe roda dan diameter poros secara lengkap disajikan pada Lampiran 7.
(42)
28 Gambar 22. Roda mesin pemanen udang tipe vakum
Gambar 23. Diagram benda bebas roda mesin
... (17)
... (18) Setelah menentukan rancangan fungsional dan struktural, maka dibuatlah konseptualisasi gambar secara keseluruhan dari mesin ini dengan menggunakan software CATIA V5. Gambar 24 menunjukkan rancangan tiga dimensi dari mesin pemanen udang tipe vakum ini. Setelah itu, dilakukan proses manufaktur sesuai dengan bahan dan dimensi yang telah ditetntukan pada analisis rancangan.
b
R1 R2
F1 F2
(43)
29 Gambar 24. Rancangan tiga dimensi mesin pemanenan udang tipe vakum
(44)
30
V.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Mesin pemanen udang memang telah ada dan dibuat dengan tujuan meningkatkan efisiensi dan efektivitas pemanenan namun masih memiliki kendala, yaitu tingkat kecacatan dan tingkat mortalitas yang terjadi masih tinggi. Hal tersebut terjadi dikarenakan komoditas yang dipanen melewati impeler pompa pemanen sehingga terjadi kontak fisik secara langsung antara komoditas yang dipenen dengan logam yang bergerak. Rancang bangun mesin pemanen udang tipe vakum ini merupakan solusi untuk menjawab berbagai kendala pemanenan yang terjadi karena komoditas panen tidak langsung bersentuhan secara fisik dengan pompa yang digunakan. Rancangan ini merupakan tindak lanjut dari penelitian sebelumnya (Gumilang 2011) mengenai mekanisme sistem penghisap baru yang dihasilkan untuk mesin pemanen udang dan ikan.
Pembuatan prototipe ini bertujuan untuk melakukan pengujian apakah rancangan mesin yang dibuat untuk pemanenan udang ini dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan atau tidak. Jika berhasil, maka prototipe ini dapat diperbanyak menjadi mesin yang siap diaplikasikan di lapangan. Mesin ini diharapkan dapat membantu proses pemanenan udang di tambak, yakni dengan menghasilkan kapasitas pemenenan yang tinggi dan penggunaan tenaga kerja yang relatif sedikit sehingga dapat menurunkan biaya produksi. Prototipe mesin pemanen udang tipe vakum ini ditunjukkan oleh Gambar 25.
Gambar 25. Prototipe mesin pemanen udang tipe vakum
5.1
PRINSIP KERJA MESIN
Mesin ini terdiri dari beberapa komponen utama yang memiliki fungsi masing-masing. Seluruh komponen yang telah dibuat harus beroperasi dengan baik agar mesin dapat berfungsi sesuai dengan rancangan awal. Setiap mesin memiliki prinsip kerja tertentu sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai. Adapun prinsip kerja dari mesin pemanen udang ini disajikan pada Gambar 26.
(45)
31 Gambar 26. Prinsip kerja mesin pemanen udang tipe vakum
Dimana:
1. Tambak ikan atau udang 2. Saluran inlet
3. Tangki penampungan 4. Saluran outlet
5. Pompa air sentrifugal 6. Saluran buang 7. Saluran perpindahan
Aliran air dan komoditas Aliran air
Prinsip kerja dari mesin pemanen ini dijelaskan pada uraian berikut:
a. Pada awal pengoperasian, pemanenan hanya dioperasikan pada tangki 1 saja. Pada kondisi ini, saluran inlet baik yang terhubung dengan tangki 1 maupun tangki 2 harus berada di dalam tambak.
b. Tangki 1 diisi penuh oleh air yang dimasukkan melalui lubang intake.
c. Jika air sudah penuh maka selanjutnya pompa air dinyalakan. Pada kondisi ini, pastikan bahwa keran-keran yang ada pada saluran outlet dan saluran buang harus dalam keadaan terbuka agar air dapat mengalir melalui tangki 1 dan membuangnya kembali ke tambak. Sedangkan keran perpindahan harus dalam keadaan tertutup.
d. Saat mesin beroperasi, air dan komoditas di dalam tambak (1) dihisap menggunakan pompa air melalui saluran inlet (2) menuju tangki penampungan (3).
e. Komoditas yang masuk ke dalami tangki terperangkap, artinya tidak dapat keluar dari tangki karena pada lubang outlet dipasang filter berupa kawat berjaring. Sedangkan air terus mengalir keluar tangki melalui saluran outlet (4) menuju pompa air (5). Disinilah akhir dari aliran suction pompa air.
1 2
3
4
5
6 7
(46)
32 f. Air yang keluar dari pompa (discharge) kemudian dapat didistribusikan keluar sistem
(kembali ke tambak) melalui saluran buang (6) atau ke tangki 2 melalui saluran perpindahan (7) untuk pengoperasian batch nerikutnya.
g. Pengoperasian pada tangki 1 terus dilakukan hingga perbandingan komoditas pemanenan dan air sebesar 1:2 tampak dari jendela indikator pada tangki penampungan. Jika perbandingan tersebut sudah tercapai, maka pengoperasian dipindah ke tangki 2.
h. Untuk memindahkan operasi pemanenan ke tangki 2, cara yang dilakukan adalah dengan membuka saluran perpindahan dan menutup saluran buang sehingga air yang pada awalnya dibuang ke tambak dapat dipindahkan ke tangki 2.
i. Saat melakukan perpindahan operasi pemanenan, lubang intake pada tangki 2 harus dalam keadaan terbuka. Jika air pada tangki 2 sudah penuh, selanjutnya keran pada saluran oulet
di-switch kemudian keran buang dibuka dan keran perpindahan ditutup. Maka operasi pemanenan berpindah ke tangki 2.
j. Dan seterusnya.
5.2
DEBIT DAN KECEPATAN ALIRAN SEBELUM INSTALASI POMPA
VAKUM
Pengambilan data untuk debit dan kecepatan aliran ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan mesin dalam menghisap udang. Data debit yang diperoleh kemudian diperhitungkan untuk memperoleh data kecepatan, tekanan, dan jenis aliran dari bilangan Reynold yang diketahui. Pengukuran debit menggunakan metode volumetrik, artinya debit diperoleh dengan mengukur volume per satuan waktu secara langsung menggunakan wadah tertentu. Pengukuran debit secara volumetrik dapat dijelaskan dengan persamaan di bawah ini:
Pada penelitian ini, wadah yang digunakan berupa bak stainless steel yang memiliki volume sebesar 147 liter. Bentuk bak ini dapat dilihat pada Gambar 27. Sedangkan kecepatan yang dihitung adalah kecapatan hisap dimana ikan atau udang masuk ke dalam mesin (ujung saluran inlet). Kecepatan aliran dapat dihitung dengan parameter debit aliran dan luas penampang selang hisap seperti yang dijelaskan pada persamaan di bawah ini:
(a) (b)
(1)
60 Lampiran 10. Perhitungan kebutuhan pompa vakum
Diketahui:
Dtangki : 0.6 m Lprobes : 0.065 m
Penurunan debit rata-rata tertinggi (q): 0.49 liter
Waktu pengoperasian pompa vakum maksimum : 60 detik Perhitungan:
Volume udara yang dihisap =
Metode yang digunakan adalah metode trial and error, yakni dipilih pompa vakum dengan pumping speed (Q) sebesar 1 l/det dengan uraian sebagai berikut:
Waktu untuk menghisap (t) =
Udara ekstra yang masuk ke dalam tangki saat selama t = Ve = q x t = 0.49 x 17 = 8.33 liter Waktu untuk menghisap udara ekstra (te) =
= 8.33 detik Total waktu yang dibutuhkan = 17 detik + 8.33 detik = 25.33 detik
Dengan asumsi efisiensi pompa ( ) = θ0%, maka:
Total waktu aman untuk pengoperasian pompa vakum = x 25.33 detik = 42.22 detik < 60 detik
(2)
61 Lampiran 11. Data pengujian debit pada tangki 2 setelah instalasi pompa vakum
Pengujian Ulangan Waktu
ke- Q (l/det) v1 (m/s) v2
(m/s) Re1 Re2
Jenis Aliran 1 Jenis Aliran 2 p1 (kPa) p2 (kPa) Penurunan Debit (l/det) Penurunan Debit Rata-rata (l/det) 1
1 0:03:00 5,65 0,70 0,02 82263,47 10940,53 Turbulen Turbulen
78.40 15.92
-
0,02 2 0:06:00 5,65 0,70 0,02 82263,47 10940,53 Turbulen Turbulen 0,00
3 0:09:00 5,44 0,67 0,02 79216,67 10535,32 Turbulen Turbulen 0,21 4 0:12:00 5,88 0,73 0,02 85554,00 11378,15 Turbulen Turbulen -0,44 5 0:15:00 5,25 0,65 0,01 76387,50 10159,06 Turbulen Turbulen 0,63 6 0:18:00 5,65 0,70 0,02 82263,47 10940,53 Turbulen Turbulen -0,40 7 0:21:00 5,65 0,70 0,02 82263,47 10940,53 Turbulen Turbulen 0,00 8 0:24:00 5,25 0,65 0,01 76387,50 10159,06 Turbulen Turbulen 0,40 9 0:27:00 5,25 0,65 0,01 76387,50 10159,06 Turbulen Turbulen 0,00 10 0:30:00 5,44 0,67 0,02 79216,67 10535,32 Turbulen Turbulen -0,19
2
1 0:33:00 5,25 0,65 0,01 76387,50 10159,06 Turbulen Turbulen
78.40 15.92
-
0,04 2 0:36:00 5,44 0,67 0,02 79216,67 10535,32 Turbulen Turbulen -0,19
3 0:39:00 5,44 0,67 0,02 79216,67 10535,32 Turbulen Turbulen 0,00 4 0:42:00 5,07 0,63 0,01 73753,45 9808,75 Turbulen Turbulen 0,38 5 0:45:00 5,25 0,65 0,01 76387,50 10159,06 Turbulen Turbulen -0,18 6 0:48:00 4,90 0,60 0,01 71295,00 9481,79 Turbulen Turbulen 0,35 7 0:51:00 5,25 0,65 0,01 76387,50 10159,06 Turbulen Turbulen -0,35 8 0:54:00 5,07 0,63 0,01 73753,45 9808,75 Turbulen Turbulen 0,18 9 0:57:00 5,07 0,63 0,01 73753,45 9808,75 Turbulen Turbulen 0,00 10 1:00:00 4,90 0,60 0,01 71295,00 9481,79 Turbulen Turbulen 0,17
(3)
62 Lampiran 11. (Lanjutan)
Pengujian Ulangan Waktu
ke- Q (l/det) v1 (m/s) v2
(m/s) Re1 Re2
Jenis Aliran 1 Jenis Aliran 2 p1 (kPa) p2 (kPa) Penurunan Debit (l/det) Penurunan Debit Rata-rata (l/det) 3
1 1:03:00 4,59 0,57 0,01 66839,07 8889,18 Turbulen Turbulen
78.40 15.92
-
-0,02 2 1:06:00 5,25 0,65 0,01 76387,50 10159,06 Turbulen Turbulen -0,66
3 1:09:00 4,90 0,60 0,01 71295,00 9481,79 Turbulen Turbulen 0,35 4 1:12:00 5,07 0,63 0,01 73753,45 9808,75 Turbulen Turbulen -0,17 5 1:15:00 4,59 0,57 0,01 66839,07 8889,18 Turbulen Turbulen 0,48 6 1:18:00 4,90 0,60 0,01 71295,00 9481,79 Turbulen Turbulen -0,31 7 1:21:00 4,74 0,58 0,01 68995,17 9175,93 Turbulen Turbulen 0,16 8 1:24:00 4,90 0,60 0,01 71295,00 9481,79 Turbulen Turbulen -0,16 9 1:27:00 4,90 0,60 0,01 71295,00 9481,79 Turbulen Turbulen 0,00 10 1:30:00 4,74 0,58 0,01 68995,17 9175,93 Turbulen Turbulen 0,16
4
1 1:33:00 4,74 0,58 0,01 68995,17 9175,93 Turbulen Turbulen
78.40 15.92
-
0,09 2 1:36:00 4,74 0,58 0,01 68995,17 9175,93 Turbulen Turbulen 0,00
3 1:39:00 4,59 0,57 0,01 66839,07 8889,18 Turbulen Turbulen 0,15 4 1:42:00 4,45 0,55 0,01 64813,64 8619,81 Turbulen Turbulen 0,14 5 1:45:00 4,20 0,52 0,01 61110,00 8127,25 Turbulen Turbulen 0,25 6 1:48:00 4,59 0,57 0,01 66839,07 8889,18 Turbulen Turbulen -0,39 7 1:51:00 3,97 0,49 0,01 57806,76 7687,94 Turbulen Turbulen 0,62 8 1:54:00 4,20 0,52 0,01 61110,00 8127,25 Turbulen Turbulen -0,23 9 1:57:00 3,77 0,46 0,01 54842,31 7293,69 Turbulen Turbulen 0,43 10 2:00:00 3,97 0,49 0,01 57806,76 7687,94 Turbulen Turbulen -0,20
(4)
63 Lampiran 12. Perbandingan debit dan kecepatan hisap sebelum dan setelah instalasi pompa
vakum
Tangki Waktu
ke-
Debit Kecepatan
Hisap Rata-rata Ulangan 1 Ulangan 2 Ulangan 3 Ulangan 4 Rata-rata 1 (sebelum instalasi)
0:03:00 4,59 3,59 1,37 2,88 3,11 0,38
0:06:00 4,08 3,42 1,39 2,07 2,74 0,34
0:09:00 3,42 2,41 1,31 1,58 2,18 0,27
0:12:00 3,34 1,99 1,25 1,55 2,03 0,25
0:15:00 3,27 1,63 1,19 1,47 1,89 0,23
0:18:00 2,72 1,36 1,12 1,28 1,62 0,20
0:21:00 1,75 1,23 1,07 1,20 1,31 0,16
0:24:00 1,60 1,18 1,01 1,14 1,23 0,15
0:27:00 1,47 1,08 0,95 1,08 1,15 0,14
0:30:00 1,35 1,07 0,91 1,02 1,09 0,13
2 (sebelum instalasi)
0:03:00 4,20 5,44 2,45 3,97 4,02 0,50
0:06:00 3,27 4,08 1,96 3,34 3,16 0,39
0:09:00 3,06 2,37 1,84 3,00 2,57 0,32
0:12:00 2,67 2,04 1,25 2,23 2,05 0,25
0:15:00 2,53 1,40 1,27 1,84 1,76 0,22
0:18:00 2,13 1,20 1,29 1,56 1,55 0,19
0:21:00 1,84 1,13 1,16 1,47 1,40 0,17
0:24:00 1,77 1,16 1,15 1,32 1,35 0,17
0:27:00 1,63 1,06 1,13 1,25 1,27 0,16
0:30:00 1,62 1,05 1,15 1,19 1,25 0,15
2 (setelah instalasi)
0:03:00 5,65 5,25 4,59 4,74 5,06 0,62
0:06:00 5,65 5,44 5,25 4,74 5,27 0,65
0:09:00 5,44 5,44 4,90 4,59 5,10 0,63
0:12:00 5,88 5,07 5,07 4,45 5,12 0,63
0:15:00 5,25 5,25 4,59 4,20 4,82 0,59
0:18:00 5,65 4,90 4,90 4,59 5,01 0,62
0:21:00 5,65 5,25 4,74 3,97 4,90 0,60
0:24:00 5,25 5,07 4,90 4,20 4,85 0,60
0:27:00 5,25 5,07 4,90 3,77 4,75 0,59
(5)
64 Lampiran 13. Diagram alir prinsip kerja rangkaian otomasi pompa vakum
Kontroler otomatik
Aktuator
(Pompa vakum) (Solenoid valveAktuator )
Elemen ukur (Level probes)
Plant/proses Udara
(6)
65
LAMPIRAN GAMBAR
(Keterangan: Gambar yang sebenarnya disajikan untuk ukuran kertas A3, sedangkan yang tertera pada lampiran ini telah diperkecil dan dicetak pada kertas A4)