Mesin Pemeras tebu sistem mekanik 2 roll
TUGAS MATAKULIAH
RANCANGAN ALAT DAN MESIN
MESIN PEMERAS TEBU
Rahmat Haidy
05021281520094
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2018
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Tebu merupakan salah satu komoditas pertanian Indonesia yang cukup besar
produksinya. Total luas perkebunan tebu di Indonesia pada tahun 2014 mencapai
478.108 hektar sedangkan total produksi tebu pada tahun yang sama mencapai
2.579.173 ton. Produksi tebu didalam negeri mengalami peningkatan dari tahun
ketahun dimana pada tahun 2015 jumlah tebu yang di prosuksi sebanyak
2.623.931 ton, sementara total produksi tebu pada tahun 2016 mencapai 2.715.883
ton (Subiyantoro dan Arianto, 2016).
Pengolahan tebu di indonesia biasanya dijadikan gula dan penyedap rasa
(monosodium glutamat) namun
tebu juga dimanfaatkan masyarakat sebagai
bahan baku minuman yaitu es tebu. Es tebu adalah minuman yang di buat dari air
perasan tebu langsung dan di beri es batu sebagai penyegar. Usaha es tebu di
Indonesia sudah terbilang cukup banyak, dimana kita dapat menjumpai pedagang
es tebu di pasar dan di pinggir jalan.
Proses pembuatan es tebu mengharuskan air (nira) tebu di pisahkan dari
material lain selain nira tebu dengan cara memeras batang tebu dengan alat atau
mesin pemeras. Banyak alat dan mesin pemeras tebu yang berefisiensi besar
seperti halnya pada pabrik gula, namun untuk di gunakan membuat es tebu atau
produksi produk yang berbahan nira tebu dalam skala rumahan adalah tidak
mungkin mengingat mesin pemeras tebu skala pabrik gula rumit dan mahal.
Karena itu munculah berbagai alat dan mesin pemeras tebu skala kecil yang
menggunakan roller.
Telah banyak jenis mesin pemeras tebu di pasaran, namun mesin pemeras
tebu dipasaran didominasi menggunakan tenaga motor bakar dan proses pabrikasi
yang rumit karena memerlukan pengecoran besi dan sebagainya, hal-hal ini
menghalangi atau menghambat usaha es tebu berkembang. jika menggunakan
motor bakar mesin pemeras tebu tidak boleh masuk ke pusat perbelanjaan karena
menghasilakan
polusi,
sedangkan
pabrikasi
mesin
yang
rumit
akan
mengakibatakan harga mesin yang mahal.
1
Universitas Sriwijaya
2
1.2. Tujuan dan Manfaat
1.2.1. Tujuan
Tujuan dari penulisan proposal rancangan ini, sebagai berikut:
1. Untuk merancang mesin pemeras tebu yang murah dan mudah di
produksi secara masal namun tetap dapat menjaga efesiensi .
1.2.2. Manfaat
Manfaat dari perancangan dalam proposal ini, adalah:
1. Dapat digunakan sebagai pedoman dalam membuat mesin pemeras
tebu baik oleh perusahaan maupun masyarakat.
2. Proposal ini dapat menjadi panduan perancangan bagi mahasiswa dan
mahasiswi Jurusan Teknologi Pertanian, terutama Program Studi
Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sriwijaya.
Universitas Sriwijaya
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tebu (Saccharum officinarum L.)
Tebu merupakan jenis tanaman monokotil yang dibudidayakan sebagai
tanaman penghasil gula. Tanaman tebu diperbanyak secara vegetatif dalam bentuk
bagal, namun pada saat ini telah berkembang metode pembibitan mata ruas
tunggal, dan mata tunas tunggal (Rokhman et al., 2014). Tebu merupakan sumber
pemanis utama di dunia, hampir 70 % sumber bahan pemanis berasal dari tebu
sedangkan sisanya berasal dari bit gula (Lubis et al., 20s15). Menurut United
States Department of Agriculture (2013), klasifikasi tanaman tebu adalah sebagai
berikut:
Kingdom
: Plantae
Subkingdom : Tracheobionta
Superdivisi
: Spermatophyta
Divisi
: Magnoliophyta
Kelas
: Liliopsida
Subkelas
: Commelinidae
Ordo
: Cyperales
Famili
: Poaceae
Genus
: Saccharum L.
Spesies
: Saccharum officinarum L.
Tanaman tebu mempunyai batang yang tinggi, tidak bercabang dan tumbuh
tegak. Tanaman yang tumbuh baik, tinggi batangnya dapat mencapai 3-5 meter
atau lebih. Pada batang terdapat lapisan lilin yang berwarna putih dan keabuabuan. Lapisan ini banyak terdapat sewaktu batang masih muda. Ruas-ruas batang
dibatasi oleh buku-buku yang merupakan tempat duduk daun. Pada ketiak daun
terdapat sebuah kuncup yang biasa disebut “mata tunas”. Bentuk ruas batang dan
warna batang tebu yang bervariasi merupakan salah satu ciri dalam pengenalan
varietas tebu (Zaini et al., 2017).
3
Universitas Sriwijaya
4
2.2. Nira Tebu
Nira tebu merupakan cairan hasil perasan yang diperoleh dari penggilingan
tebu yang memiliki warna coklat kehijauan. Nira tebu selain mengandung gula,
juga mengandung zat-zat lainnya (zat non gula). Kandungan gula pada nira tebu
berbeda-beda, hal tersebut dipengaruhi oleh beberapa hal,
yaitu cara
pemeliharaan, jenis tebu, iklim, dan umur tebu, komponen lengkap yang
terkandung dalam tebu di tunjukan pada tabel 2.1. Pada proses pembuatan gula
Perolehan nira tebu yang mengandung sukrosa, diperoleh dari tebu dengan
pemerahan dalam unit penggilingan setelah melalui proses dalam unit pencacah
tebu. Proses ini dimaksudkan untuk mempermudah proses ekstraksi berikutnya.
Dalam unit penggilingan tebu, nira terperah keluar, yang tersisa adalah ampas
(Irawan et al., 2015).
Tabel 2.1. Komposisi Nira Tebu
Nira tebu mengandung senyawa-senyawa kimia baik yang larut maupun
yang membentuk koloid. Komposisi senyawa kimia di dalam nira tebu berbedabeda tergantung jenis tebu, lokasi penanaman dan umur tebu saat dipanen. Nira
memiliki sifat yang tidak tahan lama disimpan, setelah 4 jam akan terjadi
penurunan pH, hal ini disebabkan terjadinya proses fermentasi oleh khamir
(Irawan et al., 2015).
2.3. Mesin Pemeras Tebu
Kapasitas mesin pemeras tebu ditentukan oleh kebutuhan industri yang
berdasarkan konsumen. Saat ini telah banyak tipe mesin pemeras tebu yang
berada di pasaran. Terdapat tiga macam mesin pemeras tebu berdasarkan
tenaganya yaitu mesin pemeras tebu tenaga manual, mesin pemeras tebu tenaga
motor bensin, dan mesin pemeras tebu tenaga motor listrik. Sementara
Universitas Sriwijaya
5
berdasarkan jumlah rollernya, mesin pemeras tebu di bagi menjadi tiga yaitu
mesin pemeras tebu mekanik dua roll, mekanik tiga roll, dan mekanik empat roll
(Doe et al., 2016).
Untuk menghasilkan perasan tebu yang benar–benar tersisa ampasnya
dibutuhkan tekanan yang kuat untuk memeras tebu namun karena bentuk tebu
yang berbeda ukuranya jadi dibutuhkan kecepatan motor yang berbeda pula untuk
dapat memeras tebu, sehingga dapat menghasilkan perasan tebu yang maksimal.
Kecepatan roll pemeras tergantung tebu yang dimasukan kedalam roll pemeras,
jika jumlah tebu yang dimasukan kedalam roll pemeras semakin banyak maka
kecepatan putar motor akan semakin cepat (Sujito, 2010).
2.3.1. Pemerasan Mekanik Dua Roll
Mekanisme kerja mesin press tipe roll adalah ketika sumber daya berupa
motor dihidupkan, maka putaran dari motor akan memutar puli dan belt atau
sabuk akan menggerakkan puli transmisi, kemudian akan diteruskan ke Puli yang
terhubung dengan salah satu poros rol. Transmisi bertingkat ini dibuat untuk
menghasilkan putaran poros rol dengan putaran rendah. Tahap selanjutnya rol
yang difungsikan sebagai penekan dapat diturunkan dengan cara diputar hingga
menyentuh produ yang akan dilakukan pengerolan atau pengepressan
(Murdiyanto dan Redianto, 2015). Kelebihan dua roll pemeras tebu yaitu lebih
murah dibandingkan dengan yang meng-gunakan tiga roll, kelemahannya yaitu
tidak ada tempat hasil perasan tebu, sedangkan kelebihan memakai tiga roll
terdapat sela untuk hasil perasan tebu, namun kele-mahanya lebih mahal
dibandingkan yang menggunakan dua roll (Sujito, 2010).
Roll pemeras merupakan salah satu bagian penting pada mesin pemeras tebu
selain gear dan motor. Hasil perasan tebu menggunakan roll yang terbuat dari besi
lebih baik digunakan dibandingkan dengan perasan tebu menggunakan roll
yangterbuat dari kayu. Kelebihan roll yang terbuat dari besi yaitu tekanan untuk
memeras tebu lebih kuat dibandingkan roll yang terbuat dari kayu namun jarak
antar roll tidak dapat berubah (Sujito, 2010).
2.3.2. Stainless Steel 304
Universitas Sriwijaya
6
Roller pemeras tebu haruslah terbuat dari material yang kuat, tahan korosi,
dan aman untuk kontak langsung dengan makanan (food grade). Stainless Steel
adalah salah satu material yang tahan korosi dan aman untuk makanan terutama
tipe SS 304. Stainless steel merupakan baja paduan yang mengandung sedikitnya
11,5% krom berdasar beratnya. Stainless steel memiliki sifat tidak mudah
terkorosi sebagaimana logam baja yang lain. Stainless steel berbeda dari baja
biasa dari kandungan kromnya. Baja karbon akan terkorosi ketika diekspos pada
udara yang lembab. Besi oksida yang terbentuk bersifat aktif dan akan
mempercepat korosi dengan adanya pembentukan oksida besi yang lebih banyak
lagi. Stainless steel memiliki persentase jumlah krom yang memadahi sehingga
akan membentuk suatu lapisan pasif kromium oksida yang akan mencegah
terjadinya korosi lebih lanjut (Sumarji, 2011).
Stainless Steel 304 merupakan jenis baja tahan karat austenitic stainless
steel yang memiliki komposisi 0.042%C, 1.19%Mn, 0.034%P,
0.006%S,
0.049%Si, 18.24%Cr, 8.15%Ni, dan sisanya Fe. Beberapa sifat mekanik yang
dimiliki baja karbon tipe 304 ini antara lain: kekuatan tarik 646 Mpa, yield
strength 270 Mpa, elongation 50%, kekerasan 82 HRB. Stainless steel tipe 304
merupakan jenis baja tahan karat yang serbaguna.dan paling banyak digunakan.
Komposisi kimia, kekuatan mekanik, kemampuan las dan ketahanan korosinya
sangat baik dengan harga yang relative terjangkau. Stainless steel tipe 304 ini
banyak digunakan dalam dunia industri maupun skala kecil. Penggunaannya
antara lain untuk: tanki dan kontainer untuk berbagai macam cairan dan padatan,
peralatan pertambangan, kimia, makanan, dan industri farmasi (Sumarji, 2011).
2.3.3. Motor AC
Motor AC biasanya terdiri dari dua bagian dasar, sebuah stator stasioner
luar memiliki gulungan disertakan dengan arus AC untuk menghasilkan putaran
medan magnet, dan rotor di dalam melekat pada poros output yang diberikan torsi
oleh putaran medan magnet. Ada dua jenis motor AC, tergantung pada jenis rotor
yang digunakan. Jenis pertama adalah motor induksi, yang hanya berjalan sedikit
lebih lambat atau lebih cepat dari pasokan frekuensi. Medan magnet pada rotor
motor ini diciptakan oleh arus induksi. Tipe kedua adalah motor sinkron, yang
Universitas Sriwijaya
7
tidak bergantung pada induksi dan sebagai hasilnya, dapat memutar tepat pada
pasokan frekuensi atau sub-kelipatan pasokan frekuensi (Sujito, 2010).
Universitas Sriwijaya
BAB 3
PELAKSANAAN PERANCANGAN
3.1. Rancangan Struktural
3.1.1. Berat Teoritis
Komponen
Material
Roller
Pipa
Stainless
Steel
Baja
Karb
on
S30C
Besi Behel
Poros
Jari Jari
Bearing
Volume/satuan
per material
0.000268 m3
Massa
Jenis
7930
kg/m3
Jumlah
0.0005231 m3
(Kedua poros)
7850
kg/m3
2 (beda
panjang)
4,1 kg
0.0000027475
m3
-
7850
kg/m3
-
40
0,863 kg
4
0,648 kg
-
-
4
2,8 kg
2712
kg/m3
keseluruhan
0.007464
1
1,2 kg
1
20 kg
15 kg
3 kg
0,0471 kg
2
Rumahan
bearing
Penutup
dan sekat
Bearing
62/28E
Stainless
steel
Aluminium
304 0,2mm
Meja
kayu
0,01909 m3
Motor
listrik
reducer
Pulley
V belt
-
-
650
kg/ m3
-
Besi cor
Karet
-
-
1
1,2771 m
1
Baut
Penampung
nira
Baja
Aluminium
304 0,2mm
0,0369
kg/m
2712
kg/m3
Roda
Kerangka
Besi siku
2,91262 x
-6
3
10 m
5.12511 x
10-7 m3
11,97 m
3,78
kg
Berat Total
Berat
Total
4,250 kg
kg
2
1 kg
keseluruhan 0,001313
kg
4
-
1,6 kg
45,246 kg
89.7639kg
3.1.2. Titik Berat
8
Universitas Sriwijaya
9
Perhitungan titik berat ini di perlukan beberapa asumsi untuk mempermudah
perhitungan. Karena mesin simetris searah dengan sumbu z maka sumbu titik
berat pada sumbu z adalah 15,175 arah z. untuk mempermudah hitungan, berat
yang di perhitungan hanyakerangka, roller dan komponenya, serta reducer dan
motor listrik.
A1m1 = (30 x 34.55) x 25.291 kg = 26214,12 kg.cm2
X1=17,275
Y1=65,6
A2m2 = (50,6 x 80,6) x 22,5 kg =91763,1 kg.cm2
X2=40,3
Y2=25,3
A3m3 = (25,3 x 22,35) x 35 kg = 19791 kg.cm2
X3=71,725
Y3=12,65
X0 =
=
.
,
.
= 40,43 cm
Y0 =
.
,
.
,
, .
.
,
.
,
.
,
.
Universitas Sriwijaya
10
=
,
.
= 31,15 cm
,
, .
,
,
,
.
,
Jadi titik berat mesin pemeras tebu ini adalah 40,43 X, 31,5 Y, 15,175 Z.
3.1.3. Perancangan Kebutuhan Daya
Menghitung kebutuhan daya motor listrik sangat perlu dalam perancangan
mesin karena mencegah tidak proposionalnya daya yang di berikan pada
rangkaian mesin. Langkah awal menghitung kebutuhan daya adalah dengan
menghitung gaya tekan rollerer. Menurut Santoso (), tekanan yang di perlukan
untuk memeras tebu adalah 300 kgf/cm2. Maka:
P1 = 300 kgf/cm2 x
,
/
= 2940 N/ cm2
/
Dimana modulus young (E) stainless stell (AISI 304 ) = 190 GPa = 2,75 x
4
10 psi. Tebu memiliki diameter 2,5 hingga 4 cm. Diasumsikan tebu yang di pakai
pedagang adalah tebu yang kecil dengan ukuran 3 cm (do). jika celah antara kedua
roller di atur menjadi 0,5 mm (max df). Maka:
ε = ln ( ) = ln (
Yavg = (
,
) = 1,79
)=(
,
) MPa= 4101,3 N/cm2
Universitas Sriwijaya
11
Batang tebu meiliki serat kasar yang dapatterlihat dengan kasat mata, arah
serat tebu sejajar dengan panjang batang, artinya apabila tebu di press maka
perubahan bentuk mengarah horizontal karena serat tebu terurai dengan bentuk
penampang persegi dengan 32% dari volume tebu sebelum di peras. Karena rol
berbentuk gerigi dengan panjang satu buah gerigi adalah 1 mm maka diasumsikan
tebu kontak dengan satu buah gigi atas dan dua buah gigi bawah atau sebaliknya
sehingga lebar kontak roller adalah 3 mm. Maka dapat di ketahui panjang dan
lebar kontak pemerasan untuk satu batang tebu:
Ltebu sebelum press = Ltebu sesudah press
Π r2 = (P x df ) 32%
3,14 x (1,5)2 = (P x 0,5) x 32%
7,065 cm = (P x 0,5)
P= (
,
,
) x 32% = 4,52 cm = 0,0452 m
Putaran roller yang rencanakan adalah 25 rpm sedangkan efisiensi mesin
adalah 95%. Dengan hubungan torsi keceptan sudut maka dapat di ketahui daya
press roller, dengan mencari terlebih dahulu gaya yang bekerja pada tebu oleh
roller.
F = P.Ɩ.Yavg = 4,52cm x 0,3cm x 4101,3N/cm2 = 5561,36 N = 5,561 kN
T1 = F.do
= 5561,36 N x 0,0452 m
= 251,37 N.m =
ω=
,
= 2,61 rad/s
Nr = T x ω
= 251,37 N.m x 2,61 rad/s
= 657,75 watt
Nm =
=
,
,
= 692,368 watt ≈ 1 hp
Jadi motor listrik yang digunakan adalah motor listrik dengan daya 1 hp.
3.1.4. Perancangan Transmisi
Rasio untuk pulley yang di rencanakan masing-masing adalah 1 banding 2
untuk pulley reducer dan pulley roller. Putaran yang di kehendaki pada roller
Universitas Sriwijaya
12
adalah 21-25 rpm, dengan putaran pada motor listrik 2800 rpm. Transmisi dari
motor listrik ke reducer menggunakan sambungan ekspansi sehingga kecepatan
putar input reducer sama dengan motor listrik yaitu 2800 rpm. Sementara pulley
pada output reducer memiliki jari-jari (R2) 5 cm.
Reducer yang tersedia di
pasaran 1/20, 1/40, dan 1/60. Untuk memperkecil rpm digunakan reducer yang
memiliki rasio terbesar yaitu 1/60. N1: kecepatan putar motor listrik, N2:
kecepatan putar input reducer, N3: kecepatan putar output reducer, N4: kecepatan
putar roller. Untuk mengetahui jari-jari pulley pada roller adalah:
N1=N2= 2800 rpm
N3= N2 : rasio reducer
= 2800 : 60
= 46,67 rpm
N4 = N3 : rasio pulley
= 46,67 : 2 (rasio pulley yang memungkinkan)
= 23,3 rpm (memenuhi 21-25 rpm)
N3:N4 = R3:R2
46,67: 23,3= R3:5
R3 = (46,67: 23,3) x 5
= 10 cm
θ1 adalah sudut kontak, c adalah jarak anatar poros reducer dan roller yaitu
40 cm, ω adalah angular velocity, e adalah logaritma naperian, β (half of included
angle) adalah 18 derajat, f (faktor gesek yang terjadi) diasumsikan 0,3, a adalah
panjang bagian lurus belt, L panajang keseluruhan belt, V belt yang digunakan
pada transmisi pulley adalah:
T2 = hp x 63000 / n3 = 1hp x 63000 / 46,67rpm = 1349,03 lb.in = 152,41 Nm
c = 40 cm = 400 mm
sinα =
𝑹𝟐 𝑹𝟏
𝒄
=
(𝟏𝟎 𝟓)𝒄𝒎
𝟒𝟎 𝒄𝒎
= 0,125 → α = 7,18o= 0,125rad
θ1 = (π-2α) rad = 3,142-2x0,125 rad = 2,89rad = 165,58o
a = [c2 – (R2-R1)2]0,5 cm = [402-(10-5)2]0,5 cm = 39,68 cm
f = 0,3
β = 18
ω1 = 2πn3/60 = 2π x 46,67rpm / 60 = 4,88 rad/s
o
Universitas Sriwijaya
13
γ = efθ1/sinβ = e0,3 x 2,89rad / sin(18) = 16,53
L = 2a + R3(π-2α) + R4(π+2α)
L = 2x39,68 + 5(π-2x0,125) + 10(π+2x0,125) =
= 79,36 + 14,45 + 33,9 = 127,71 cm = 1277,1 mm
Pemilihan belt berdasarkan katalog SKF V-Belt. Untuk daya 1hp dengan N3
= 46.67rpm, maka ada beberapa pilihan tipe belt diantaranya SPA dan 5V. Dari
lebar, tebal belt dan harga, maka dipilih SPA yang memiliki lebar dan tebal yang
lebih kecil 5V supaya mereduksi biaya pembuatan namun tetap memenuhi
standar.
3.1.5. Perencanaan Bantalan
Perancangan ini menggunaka bantalan gelinding agar mampu menahan
beban radial yang besar. Pada perancangan ini bagian bantalan yang berotasi
adalah bagian dalam yang artinya faktor rotasinya adalah 1. Perancangan bantalan
digunakan untuk menopang poros roller yang artinya memberikan beban radial
pada bantalan sehingga beban aksial dapat dianggap tidak ada. Bantalan yang
digunakan adalah bantalan baris tunggal maka nilai X adalah 0,6 dan nilai Y
adalah 0,3. Diaman Fr adalah 5561,36 N atau 567,48 dengan pembebanan tetap
karena tidak terjadi perubahan putaran dan tidak bervariasi terhadap waktu serta
memiliki putaran yang mulus tanpa tumbukan karena menggunakan tenaga motor
listrik. Adapun bantalan yang digunakan adalah bantalan 62/28E dengan nilai C
adalah 17,8 kN atau 1816,32 kg. Jika diasumsikan faktor keaandalan bantalan
adalah 90%, dan bahan bantalan merupakan baja yang dicairkan secara terbuka
maka umur nominal bantalan adalah:
P X .V .Fr Y .Fa
= 0,6 x 1 x 567,48 + 0,3 x 0
= 340,5 kg
Lh = 500((
,
,
)1/3 x =
= 500(1,12 x 5,33)3
,
,
)3
= 500 x 213,24 = 106623,88
Ln = a1 x a2 x a3 x Lh
= 1 x 1 x 1 x 106623,88
Universitas Sriwijaya
14
= 106623,88 putaran
Jadi umur bantalan 62/28E adalah 106623,88 putaran atau dengan kata lain
dapat digunakan dalam waktu 76,26 jam.
3.1.6. Perencanaan Poros
Pada perancangan ini menggunakan poros berdiameter 4 cm dan berbahan
SNC22. untuk itu perlu diketahui apakah poros tersebut layak digunakan jika
diasumsikan Sf1 = 6, Sf2 = 2, Cb = 1 dan Kt=1. Sedangkan pembebanan poros
akibat pembebanan untuk pengepressan asalah 251,37 N.m namun karena
pemebebanan di lakukan pada kedua poros jadi untuk satu poros pembebanan
yang di terima 12825 kg.mm.
T3 = hp x 63000 / n4 = 1hp x 63000 / 23,3rpm = 2703,86 lb.in = 31151,8
kg.mm
τa = 100/(6 x 1,5) = 11,11 kg/mm2
ds = ((5,1/11,11) x 1 x 1 x (31151,8+ 12825)1/3= 27,28 mm ≈ 28 mm
Jadi terbukti bahwa poros dengan diameter 2,8 cm mampu menahan beban
roller dan pembebananya.
3.1.7. Kapasitas Kerja Teoritis
Kapasitas kerja mesin pemeras tebu dapat berupa banyak satuan, bisa
berupa liter air nira yang dihasilkan juga bisa berupa jumlah atau panjang tebu
yang di peras. Namun karena beda jenis tebu berbeda pula densitas dan kadar
niranya, untuk dari itu kapasitas kerja teoritis akan dihitung berdasarkan panjang
tebu. Jika diasumsikan 2 batang tebu hanya 1 kali pemerasan, dimana 1 batang
tebu setelah di peras melebar menjadi 4,52cm jadi untuk 2 batang tebu
memerlukan ruang 9,4 cm tanpa pengulangan . Maka:
Keliling roller = 2 π r
= 2 x 3,14 x 5
= 31,4 cm
Kecepatan press = (2 x 31,4 cm) x 23,3 rpm = 1463,24 cm/menit
= 87794,4 cm/jam
Universitas Sriwijaya
15
= 877,94 m tebu/jam
3.2. Rancangan Fungsional
3.2.1. Jejari Rollerer
Komponen ini berfungsi sebagai penampang radial rollerer stainless steel.
Penyambunganya dengan rollerer adalah dengan cara di las.
3.2.2. Baut dan Mur
Komponen ini berfungsi sebagai pengatur ketinggian rollerer atas. Dan
beberapa baut dan mur lain berfungsi sebagai perekat antara komponen lain
kekerangka.
3.2.3. Dudukan Bearing (Pillow Housing)
Komponen ini berfungsi sebagai tempat istalasi bantalan, adapun untuk
dudukan bearing pada roller bagian atas berfungsi sebagai slider untuk mengatur
elevasi rollerer atas.
3.2.4. Bearing
Komponen ini berfungsi sebagai penampang komponen yang berputar,
sekaligus sebagai penahan beban radial.
3.2.5. Saringan Nira
Saringan nira berfungsi untuk menyaring air nira perasan supaya tidak
bercampur dengan amapas dan serpihan kotoran. Saringan nira terbuat dari
stainles steel 304 baik pada jaring dan penampangnya.
3.2.6. Penampang Nira
Penampang nira berfungsi untuk manampung air nira hasil perasan.
Komponen ini juga terbuat dari stainles steel 304 baik pada jaring dan
penampangnya
3.2.7. Penutup
Universitas Sriwijaya
16
Penutup adalah komponen berupa plat aluminium setebal 2mm pada
bagaian atas depan dan samping mesin. Fungsinya adalah untuk keamanan dan
estetika.
3.2.8. Kerangka
Kerangka adalah komponen paling pentik dalam suatu mesin karena
berfungsi sebagai penopang semua komponen lain.
3.2.9. Roda
Roda berfungsi untuk mempermudah pemindahan mesin.
3.2.10. Meja
Meja berfungsi sebagai alas untuk melakukan kegiatan pemotongan,
peletakan, dan sebagainya.
3.2.11. Motor listrik
Komponen ini berfungsi sebagai sumber tenaga mesin.
3.2.12. Pulley dan V Belt
Pulley dan V belt adalah dua komponen penting dalam transmisi tenaga
pada mesin.
3.2.13. Reducer
Reducer berfungsi sebagai komponen penurunan kecepatan putar.
3.2.14. Inlet
Inlet berfungsi sebagai tempat memasukan bahan dalam hal ini tebu.
3.2.15. Poros
Poros berperan penting dalam transmisi daya(tenaga), anatara rollerer
dengan pulley.
Universitas Sriwijaya
17
3.2.16. Sekat
Sekat berfungsi melindungi bagian rollerer dari kotoran dan pelumas pada
bantalan dan poros.
3.2.17. Rollerer
Rollerer berfungsi sebagai komponen yang menggilas atau menekan
langsung tebu hingga mengeluarkan nira. Rollerer harus terbuat dari material yang
foodgrade contohnya stainless steel 304.
3.2.18. Besi lintasan
Komponen ini berfungsi sebagai lintasan dudukan bearing yang dapat
sliding.
Universitas Sriwijaya
DAFTAR PUSTAKA
Doe, H., Djamlu, Y., dan Liputo, B., 2016. Rancang bangun mesin peras tebu
sistem mekanik tiga roll menggunakan motor bensin. Jurnal Teknologi
Pertanian Gorontalo. Vol. 1. No. 1. Hal. 8-20.
Irawan, S.A., Ginting, S., dan Karo-Karo, T., 2015. Pengaruh perlakuan fisik dan
lama penyimpanan terhadap mutu minuman ringan nira tebu. Jurnal
Rekayasa Pangan dan Pertanian. Vol. 3. No. 3. Hal. 343-353.
Lubis, M.M.R., Marwani, L., dan Husni, Y., 2015. Respon pertumbuhan tebu
(Saccharum officinarum L.) terhadap pengolahan tanah pada dua kondisi
drainase. Jurnal Online Agroekoteknologi. Vol. 3.No. 1. Hal. 214-220.
Murdianto, D., dan Redianto, N.T., 2015. Rancangbangun alat roll press untuk
mengolah batang tanaman rumput payung (Cyperus Alternifolius) menjadi
serat bahan baku komposit. Jurnal Rekayasa Mesin. Vol. 6. No. 2. Hal. 111118.
Rochman, H., Taryono,. dan Supriyanta., 2014. Jumlah anakan dan rendemen
enam klon tebu (Saccharum officinarum L.) asal bibit bagal, mata ruas
tunggal, dan mata tunas tunggal. Jurnal Vegetalika. Vol. 3. No.3. Hal. 8996.
Subiyantoro, E., dan Arianto, Y. 2016., Statistik Perkebunan Indonesia Komoditas
Tebu 2014-2016. Direktorat Jendral Perkebunan. Jakarta.
Sujito,. 2010. Mesin pemeras tebu dengan sistem kontrol menggunakan sensor
tekanan. Jurnal TEKNO. Vol. 13. No.1. Hal. 64-74.
Sumarji,. 2011. Studi perbandingan ketahanan korosi stainless steel tipe ss 304
dan ss 201 menggunakan metode u-bend test secara siklik dengan variasi
suhu dan pH. Jurnal ROTOR. Vol. 4. No.1. Hal. 1-8.
United States Department of Agricultural. 2013. Saccharum officinarum L.
sugarcane.
USDA
Natural
Resource
Conservation
Service.
https://plants.usda.gov/core/profile?symbol=SAOF.
Zaini, A.H., Baskara, M., dan Wicaksono., K.P., 2017. Uji pertumbuhan berbagai
jumlah mata tunas tebu (Saccharum officinarum L.) varietas VMC 76-16
dan PSJT 941. Jurnal Produksi Tanaman. Vol. 5.No. 2. Hal. 182-190.
18
Universitas Sriwijaya
19
LAMPIRAN
Universitas Sriwijaya
20
Universitas Sriwijaya
21
Universitas Sriwijaya
22
Universitas Sriwijaya
23
Universitas Sriwijaya
24
Universitas Sriwijaya
25
Universitas Sriwijaya
26
Universitas Sriwijaya
27
Universitas Sriwijaya
28
Universitas Sriwijaya
29
Universitas Sriwijaya
30
Universitas Sriwijaya
31
Universitas Sriwijaya
RANCANGAN ALAT DAN MESIN
MESIN PEMERAS TEBU
Rahmat Haidy
05021281520094
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2018
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Tebu merupakan salah satu komoditas pertanian Indonesia yang cukup besar
produksinya. Total luas perkebunan tebu di Indonesia pada tahun 2014 mencapai
478.108 hektar sedangkan total produksi tebu pada tahun yang sama mencapai
2.579.173 ton. Produksi tebu didalam negeri mengalami peningkatan dari tahun
ketahun dimana pada tahun 2015 jumlah tebu yang di prosuksi sebanyak
2.623.931 ton, sementara total produksi tebu pada tahun 2016 mencapai 2.715.883
ton (Subiyantoro dan Arianto, 2016).
Pengolahan tebu di indonesia biasanya dijadikan gula dan penyedap rasa
(monosodium glutamat) namun
tebu juga dimanfaatkan masyarakat sebagai
bahan baku minuman yaitu es tebu. Es tebu adalah minuman yang di buat dari air
perasan tebu langsung dan di beri es batu sebagai penyegar. Usaha es tebu di
Indonesia sudah terbilang cukup banyak, dimana kita dapat menjumpai pedagang
es tebu di pasar dan di pinggir jalan.
Proses pembuatan es tebu mengharuskan air (nira) tebu di pisahkan dari
material lain selain nira tebu dengan cara memeras batang tebu dengan alat atau
mesin pemeras. Banyak alat dan mesin pemeras tebu yang berefisiensi besar
seperti halnya pada pabrik gula, namun untuk di gunakan membuat es tebu atau
produksi produk yang berbahan nira tebu dalam skala rumahan adalah tidak
mungkin mengingat mesin pemeras tebu skala pabrik gula rumit dan mahal.
Karena itu munculah berbagai alat dan mesin pemeras tebu skala kecil yang
menggunakan roller.
Telah banyak jenis mesin pemeras tebu di pasaran, namun mesin pemeras
tebu dipasaran didominasi menggunakan tenaga motor bakar dan proses pabrikasi
yang rumit karena memerlukan pengecoran besi dan sebagainya, hal-hal ini
menghalangi atau menghambat usaha es tebu berkembang. jika menggunakan
motor bakar mesin pemeras tebu tidak boleh masuk ke pusat perbelanjaan karena
menghasilakan
polusi,
sedangkan
pabrikasi
mesin
yang
rumit
akan
mengakibatakan harga mesin yang mahal.
1
Universitas Sriwijaya
2
1.2. Tujuan dan Manfaat
1.2.1. Tujuan
Tujuan dari penulisan proposal rancangan ini, sebagai berikut:
1. Untuk merancang mesin pemeras tebu yang murah dan mudah di
produksi secara masal namun tetap dapat menjaga efesiensi .
1.2.2. Manfaat
Manfaat dari perancangan dalam proposal ini, adalah:
1. Dapat digunakan sebagai pedoman dalam membuat mesin pemeras
tebu baik oleh perusahaan maupun masyarakat.
2. Proposal ini dapat menjadi panduan perancangan bagi mahasiswa dan
mahasiswi Jurusan Teknologi Pertanian, terutama Program Studi
Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sriwijaya.
Universitas Sriwijaya
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tebu (Saccharum officinarum L.)
Tebu merupakan jenis tanaman monokotil yang dibudidayakan sebagai
tanaman penghasil gula. Tanaman tebu diperbanyak secara vegetatif dalam bentuk
bagal, namun pada saat ini telah berkembang metode pembibitan mata ruas
tunggal, dan mata tunas tunggal (Rokhman et al., 2014). Tebu merupakan sumber
pemanis utama di dunia, hampir 70 % sumber bahan pemanis berasal dari tebu
sedangkan sisanya berasal dari bit gula (Lubis et al., 20s15). Menurut United
States Department of Agriculture (2013), klasifikasi tanaman tebu adalah sebagai
berikut:
Kingdom
: Plantae
Subkingdom : Tracheobionta
Superdivisi
: Spermatophyta
Divisi
: Magnoliophyta
Kelas
: Liliopsida
Subkelas
: Commelinidae
Ordo
: Cyperales
Famili
: Poaceae
Genus
: Saccharum L.
Spesies
: Saccharum officinarum L.
Tanaman tebu mempunyai batang yang tinggi, tidak bercabang dan tumbuh
tegak. Tanaman yang tumbuh baik, tinggi batangnya dapat mencapai 3-5 meter
atau lebih. Pada batang terdapat lapisan lilin yang berwarna putih dan keabuabuan. Lapisan ini banyak terdapat sewaktu batang masih muda. Ruas-ruas batang
dibatasi oleh buku-buku yang merupakan tempat duduk daun. Pada ketiak daun
terdapat sebuah kuncup yang biasa disebut “mata tunas”. Bentuk ruas batang dan
warna batang tebu yang bervariasi merupakan salah satu ciri dalam pengenalan
varietas tebu (Zaini et al., 2017).
3
Universitas Sriwijaya
4
2.2. Nira Tebu
Nira tebu merupakan cairan hasil perasan yang diperoleh dari penggilingan
tebu yang memiliki warna coklat kehijauan. Nira tebu selain mengandung gula,
juga mengandung zat-zat lainnya (zat non gula). Kandungan gula pada nira tebu
berbeda-beda, hal tersebut dipengaruhi oleh beberapa hal,
yaitu cara
pemeliharaan, jenis tebu, iklim, dan umur tebu, komponen lengkap yang
terkandung dalam tebu di tunjukan pada tabel 2.1. Pada proses pembuatan gula
Perolehan nira tebu yang mengandung sukrosa, diperoleh dari tebu dengan
pemerahan dalam unit penggilingan setelah melalui proses dalam unit pencacah
tebu. Proses ini dimaksudkan untuk mempermudah proses ekstraksi berikutnya.
Dalam unit penggilingan tebu, nira terperah keluar, yang tersisa adalah ampas
(Irawan et al., 2015).
Tabel 2.1. Komposisi Nira Tebu
Nira tebu mengandung senyawa-senyawa kimia baik yang larut maupun
yang membentuk koloid. Komposisi senyawa kimia di dalam nira tebu berbedabeda tergantung jenis tebu, lokasi penanaman dan umur tebu saat dipanen. Nira
memiliki sifat yang tidak tahan lama disimpan, setelah 4 jam akan terjadi
penurunan pH, hal ini disebabkan terjadinya proses fermentasi oleh khamir
(Irawan et al., 2015).
2.3. Mesin Pemeras Tebu
Kapasitas mesin pemeras tebu ditentukan oleh kebutuhan industri yang
berdasarkan konsumen. Saat ini telah banyak tipe mesin pemeras tebu yang
berada di pasaran. Terdapat tiga macam mesin pemeras tebu berdasarkan
tenaganya yaitu mesin pemeras tebu tenaga manual, mesin pemeras tebu tenaga
motor bensin, dan mesin pemeras tebu tenaga motor listrik. Sementara
Universitas Sriwijaya
5
berdasarkan jumlah rollernya, mesin pemeras tebu di bagi menjadi tiga yaitu
mesin pemeras tebu mekanik dua roll, mekanik tiga roll, dan mekanik empat roll
(Doe et al., 2016).
Untuk menghasilkan perasan tebu yang benar–benar tersisa ampasnya
dibutuhkan tekanan yang kuat untuk memeras tebu namun karena bentuk tebu
yang berbeda ukuranya jadi dibutuhkan kecepatan motor yang berbeda pula untuk
dapat memeras tebu, sehingga dapat menghasilkan perasan tebu yang maksimal.
Kecepatan roll pemeras tergantung tebu yang dimasukan kedalam roll pemeras,
jika jumlah tebu yang dimasukan kedalam roll pemeras semakin banyak maka
kecepatan putar motor akan semakin cepat (Sujito, 2010).
2.3.1. Pemerasan Mekanik Dua Roll
Mekanisme kerja mesin press tipe roll adalah ketika sumber daya berupa
motor dihidupkan, maka putaran dari motor akan memutar puli dan belt atau
sabuk akan menggerakkan puli transmisi, kemudian akan diteruskan ke Puli yang
terhubung dengan salah satu poros rol. Transmisi bertingkat ini dibuat untuk
menghasilkan putaran poros rol dengan putaran rendah. Tahap selanjutnya rol
yang difungsikan sebagai penekan dapat diturunkan dengan cara diputar hingga
menyentuh produ yang akan dilakukan pengerolan atau pengepressan
(Murdiyanto dan Redianto, 2015). Kelebihan dua roll pemeras tebu yaitu lebih
murah dibandingkan dengan yang meng-gunakan tiga roll, kelemahannya yaitu
tidak ada tempat hasil perasan tebu, sedangkan kelebihan memakai tiga roll
terdapat sela untuk hasil perasan tebu, namun kele-mahanya lebih mahal
dibandingkan yang menggunakan dua roll (Sujito, 2010).
Roll pemeras merupakan salah satu bagian penting pada mesin pemeras tebu
selain gear dan motor. Hasil perasan tebu menggunakan roll yang terbuat dari besi
lebih baik digunakan dibandingkan dengan perasan tebu menggunakan roll
yangterbuat dari kayu. Kelebihan roll yang terbuat dari besi yaitu tekanan untuk
memeras tebu lebih kuat dibandingkan roll yang terbuat dari kayu namun jarak
antar roll tidak dapat berubah (Sujito, 2010).
2.3.2. Stainless Steel 304
Universitas Sriwijaya
6
Roller pemeras tebu haruslah terbuat dari material yang kuat, tahan korosi,
dan aman untuk kontak langsung dengan makanan (food grade). Stainless Steel
adalah salah satu material yang tahan korosi dan aman untuk makanan terutama
tipe SS 304. Stainless steel merupakan baja paduan yang mengandung sedikitnya
11,5% krom berdasar beratnya. Stainless steel memiliki sifat tidak mudah
terkorosi sebagaimana logam baja yang lain. Stainless steel berbeda dari baja
biasa dari kandungan kromnya. Baja karbon akan terkorosi ketika diekspos pada
udara yang lembab. Besi oksida yang terbentuk bersifat aktif dan akan
mempercepat korosi dengan adanya pembentukan oksida besi yang lebih banyak
lagi. Stainless steel memiliki persentase jumlah krom yang memadahi sehingga
akan membentuk suatu lapisan pasif kromium oksida yang akan mencegah
terjadinya korosi lebih lanjut (Sumarji, 2011).
Stainless Steel 304 merupakan jenis baja tahan karat austenitic stainless
steel yang memiliki komposisi 0.042%C, 1.19%Mn, 0.034%P,
0.006%S,
0.049%Si, 18.24%Cr, 8.15%Ni, dan sisanya Fe. Beberapa sifat mekanik yang
dimiliki baja karbon tipe 304 ini antara lain: kekuatan tarik 646 Mpa, yield
strength 270 Mpa, elongation 50%, kekerasan 82 HRB. Stainless steel tipe 304
merupakan jenis baja tahan karat yang serbaguna.dan paling banyak digunakan.
Komposisi kimia, kekuatan mekanik, kemampuan las dan ketahanan korosinya
sangat baik dengan harga yang relative terjangkau. Stainless steel tipe 304 ini
banyak digunakan dalam dunia industri maupun skala kecil. Penggunaannya
antara lain untuk: tanki dan kontainer untuk berbagai macam cairan dan padatan,
peralatan pertambangan, kimia, makanan, dan industri farmasi (Sumarji, 2011).
2.3.3. Motor AC
Motor AC biasanya terdiri dari dua bagian dasar, sebuah stator stasioner
luar memiliki gulungan disertakan dengan arus AC untuk menghasilkan putaran
medan magnet, dan rotor di dalam melekat pada poros output yang diberikan torsi
oleh putaran medan magnet. Ada dua jenis motor AC, tergantung pada jenis rotor
yang digunakan. Jenis pertama adalah motor induksi, yang hanya berjalan sedikit
lebih lambat atau lebih cepat dari pasokan frekuensi. Medan magnet pada rotor
motor ini diciptakan oleh arus induksi. Tipe kedua adalah motor sinkron, yang
Universitas Sriwijaya
7
tidak bergantung pada induksi dan sebagai hasilnya, dapat memutar tepat pada
pasokan frekuensi atau sub-kelipatan pasokan frekuensi (Sujito, 2010).
Universitas Sriwijaya
BAB 3
PELAKSANAAN PERANCANGAN
3.1. Rancangan Struktural
3.1.1. Berat Teoritis
Komponen
Material
Roller
Pipa
Stainless
Steel
Baja
Karb
on
S30C
Besi Behel
Poros
Jari Jari
Bearing
Volume/satuan
per material
0.000268 m3
Massa
Jenis
7930
kg/m3
Jumlah
0.0005231 m3
(Kedua poros)
7850
kg/m3
2 (beda
panjang)
4,1 kg
0.0000027475
m3
-
7850
kg/m3
-
40
0,863 kg
4
0,648 kg
-
-
4
2,8 kg
2712
kg/m3
keseluruhan
0.007464
1
1,2 kg
1
20 kg
15 kg
3 kg
0,0471 kg
2
Rumahan
bearing
Penutup
dan sekat
Bearing
62/28E
Stainless
steel
Aluminium
304 0,2mm
Meja
kayu
0,01909 m3
Motor
listrik
reducer
Pulley
V belt
-
-
650
kg/ m3
-
Besi cor
Karet
-
-
1
1,2771 m
1
Baut
Penampung
nira
Baja
Aluminium
304 0,2mm
0,0369
kg/m
2712
kg/m3
Roda
Kerangka
Besi siku
2,91262 x
-6
3
10 m
5.12511 x
10-7 m3
11,97 m
3,78
kg
Berat Total
Berat
Total
4,250 kg
kg
2
1 kg
keseluruhan 0,001313
kg
4
-
1,6 kg
45,246 kg
89.7639kg
3.1.2. Titik Berat
8
Universitas Sriwijaya
9
Perhitungan titik berat ini di perlukan beberapa asumsi untuk mempermudah
perhitungan. Karena mesin simetris searah dengan sumbu z maka sumbu titik
berat pada sumbu z adalah 15,175 arah z. untuk mempermudah hitungan, berat
yang di perhitungan hanyakerangka, roller dan komponenya, serta reducer dan
motor listrik.
A1m1 = (30 x 34.55) x 25.291 kg = 26214,12 kg.cm2
X1=17,275
Y1=65,6
A2m2 = (50,6 x 80,6) x 22,5 kg =91763,1 kg.cm2
X2=40,3
Y2=25,3
A3m3 = (25,3 x 22,35) x 35 kg = 19791 kg.cm2
X3=71,725
Y3=12,65
X0 =
=
.
,
.
= 40,43 cm
Y0 =
.
,
.
,
, .
.
,
.
,
.
,
.
Universitas Sriwijaya
10
=
,
.
= 31,15 cm
,
, .
,
,
,
.
,
Jadi titik berat mesin pemeras tebu ini adalah 40,43 X, 31,5 Y, 15,175 Z.
3.1.3. Perancangan Kebutuhan Daya
Menghitung kebutuhan daya motor listrik sangat perlu dalam perancangan
mesin karena mencegah tidak proposionalnya daya yang di berikan pada
rangkaian mesin. Langkah awal menghitung kebutuhan daya adalah dengan
menghitung gaya tekan rollerer. Menurut Santoso (), tekanan yang di perlukan
untuk memeras tebu adalah 300 kgf/cm2. Maka:
P1 = 300 kgf/cm2 x
,
/
= 2940 N/ cm2
/
Dimana modulus young (E) stainless stell (AISI 304 ) = 190 GPa = 2,75 x
4
10 psi. Tebu memiliki diameter 2,5 hingga 4 cm. Diasumsikan tebu yang di pakai
pedagang adalah tebu yang kecil dengan ukuran 3 cm (do). jika celah antara kedua
roller di atur menjadi 0,5 mm (max df). Maka:
ε = ln ( ) = ln (
Yavg = (
,
) = 1,79
)=(
,
) MPa= 4101,3 N/cm2
Universitas Sriwijaya
11
Batang tebu meiliki serat kasar yang dapatterlihat dengan kasat mata, arah
serat tebu sejajar dengan panjang batang, artinya apabila tebu di press maka
perubahan bentuk mengarah horizontal karena serat tebu terurai dengan bentuk
penampang persegi dengan 32% dari volume tebu sebelum di peras. Karena rol
berbentuk gerigi dengan panjang satu buah gerigi adalah 1 mm maka diasumsikan
tebu kontak dengan satu buah gigi atas dan dua buah gigi bawah atau sebaliknya
sehingga lebar kontak roller adalah 3 mm. Maka dapat di ketahui panjang dan
lebar kontak pemerasan untuk satu batang tebu:
Ltebu sebelum press = Ltebu sesudah press
Π r2 = (P x df ) 32%
3,14 x (1,5)2 = (P x 0,5) x 32%
7,065 cm = (P x 0,5)
P= (
,
,
) x 32% = 4,52 cm = 0,0452 m
Putaran roller yang rencanakan adalah 25 rpm sedangkan efisiensi mesin
adalah 95%. Dengan hubungan torsi keceptan sudut maka dapat di ketahui daya
press roller, dengan mencari terlebih dahulu gaya yang bekerja pada tebu oleh
roller.
F = P.Ɩ.Yavg = 4,52cm x 0,3cm x 4101,3N/cm2 = 5561,36 N = 5,561 kN
T1 = F.do
= 5561,36 N x 0,0452 m
= 251,37 N.m =
ω=
,
= 2,61 rad/s
Nr = T x ω
= 251,37 N.m x 2,61 rad/s
= 657,75 watt
Nm =
=
,
,
= 692,368 watt ≈ 1 hp
Jadi motor listrik yang digunakan adalah motor listrik dengan daya 1 hp.
3.1.4. Perancangan Transmisi
Rasio untuk pulley yang di rencanakan masing-masing adalah 1 banding 2
untuk pulley reducer dan pulley roller. Putaran yang di kehendaki pada roller
Universitas Sriwijaya
12
adalah 21-25 rpm, dengan putaran pada motor listrik 2800 rpm. Transmisi dari
motor listrik ke reducer menggunakan sambungan ekspansi sehingga kecepatan
putar input reducer sama dengan motor listrik yaitu 2800 rpm. Sementara pulley
pada output reducer memiliki jari-jari (R2) 5 cm.
Reducer yang tersedia di
pasaran 1/20, 1/40, dan 1/60. Untuk memperkecil rpm digunakan reducer yang
memiliki rasio terbesar yaitu 1/60. N1: kecepatan putar motor listrik, N2:
kecepatan putar input reducer, N3: kecepatan putar output reducer, N4: kecepatan
putar roller. Untuk mengetahui jari-jari pulley pada roller adalah:
N1=N2= 2800 rpm
N3= N2 : rasio reducer
= 2800 : 60
= 46,67 rpm
N4 = N3 : rasio pulley
= 46,67 : 2 (rasio pulley yang memungkinkan)
= 23,3 rpm (memenuhi 21-25 rpm)
N3:N4 = R3:R2
46,67: 23,3= R3:5
R3 = (46,67: 23,3) x 5
= 10 cm
θ1 adalah sudut kontak, c adalah jarak anatar poros reducer dan roller yaitu
40 cm, ω adalah angular velocity, e adalah logaritma naperian, β (half of included
angle) adalah 18 derajat, f (faktor gesek yang terjadi) diasumsikan 0,3, a adalah
panjang bagian lurus belt, L panajang keseluruhan belt, V belt yang digunakan
pada transmisi pulley adalah:
T2 = hp x 63000 / n3 = 1hp x 63000 / 46,67rpm = 1349,03 lb.in = 152,41 Nm
c = 40 cm = 400 mm
sinα =
𝑹𝟐 𝑹𝟏
𝒄
=
(𝟏𝟎 𝟓)𝒄𝒎
𝟒𝟎 𝒄𝒎
= 0,125 → α = 7,18o= 0,125rad
θ1 = (π-2α) rad = 3,142-2x0,125 rad = 2,89rad = 165,58o
a = [c2 – (R2-R1)2]0,5 cm = [402-(10-5)2]0,5 cm = 39,68 cm
f = 0,3
β = 18
ω1 = 2πn3/60 = 2π x 46,67rpm / 60 = 4,88 rad/s
o
Universitas Sriwijaya
13
γ = efθ1/sinβ = e0,3 x 2,89rad / sin(18) = 16,53
L = 2a + R3(π-2α) + R4(π+2α)
L = 2x39,68 + 5(π-2x0,125) + 10(π+2x0,125) =
= 79,36 + 14,45 + 33,9 = 127,71 cm = 1277,1 mm
Pemilihan belt berdasarkan katalog SKF V-Belt. Untuk daya 1hp dengan N3
= 46.67rpm, maka ada beberapa pilihan tipe belt diantaranya SPA dan 5V. Dari
lebar, tebal belt dan harga, maka dipilih SPA yang memiliki lebar dan tebal yang
lebih kecil 5V supaya mereduksi biaya pembuatan namun tetap memenuhi
standar.
3.1.5. Perencanaan Bantalan
Perancangan ini menggunaka bantalan gelinding agar mampu menahan
beban radial yang besar. Pada perancangan ini bagian bantalan yang berotasi
adalah bagian dalam yang artinya faktor rotasinya adalah 1. Perancangan bantalan
digunakan untuk menopang poros roller yang artinya memberikan beban radial
pada bantalan sehingga beban aksial dapat dianggap tidak ada. Bantalan yang
digunakan adalah bantalan baris tunggal maka nilai X adalah 0,6 dan nilai Y
adalah 0,3. Diaman Fr adalah 5561,36 N atau 567,48 dengan pembebanan tetap
karena tidak terjadi perubahan putaran dan tidak bervariasi terhadap waktu serta
memiliki putaran yang mulus tanpa tumbukan karena menggunakan tenaga motor
listrik. Adapun bantalan yang digunakan adalah bantalan 62/28E dengan nilai C
adalah 17,8 kN atau 1816,32 kg. Jika diasumsikan faktor keaandalan bantalan
adalah 90%, dan bahan bantalan merupakan baja yang dicairkan secara terbuka
maka umur nominal bantalan adalah:
P X .V .Fr Y .Fa
= 0,6 x 1 x 567,48 + 0,3 x 0
= 340,5 kg
Lh = 500((
,
,
)1/3 x =
= 500(1,12 x 5,33)3
,
,
)3
= 500 x 213,24 = 106623,88
Ln = a1 x a2 x a3 x Lh
= 1 x 1 x 1 x 106623,88
Universitas Sriwijaya
14
= 106623,88 putaran
Jadi umur bantalan 62/28E adalah 106623,88 putaran atau dengan kata lain
dapat digunakan dalam waktu 76,26 jam.
3.1.6. Perencanaan Poros
Pada perancangan ini menggunakan poros berdiameter 4 cm dan berbahan
SNC22. untuk itu perlu diketahui apakah poros tersebut layak digunakan jika
diasumsikan Sf1 = 6, Sf2 = 2, Cb = 1 dan Kt=1. Sedangkan pembebanan poros
akibat pembebanan untuk pengepressan asalah 251,37 N.m namun karena
pemebebanan di lakukan pada kedua poros jadi untuk satu poros pembebanan
yang di terima 12825 kg.mm.
T3 = hp x 63000 / n4 = 1hp x 63000 / 23,3rpm = 2703,86 lb.in = 31151,8
kg.mm
τa = 100/(6 x 1,5) = 11,11 kg/mm2
ds = ((5,1/11,11) x 1 x 1 x (31151,8+ 12825)1/3= 27,28 mm ≈ 28 mm
Jadi terbukti bahwa poros dengan diameter 2,8 cm mampu menahan beban
roller dan pembebananya.
3.1.7. Kapasitas Kerja Teoritis
Kapasitas kerja mesin pemeras tebu dapat berupa banyak satuan, bisa
berupa liter air nira yang dihasilkan juga bisa berupa jumlah atau panjang tebu
yang di peras. Namun karena beda jenis tebu berbeda pula densitas dan kadar
niranya, untuk dari itu kapasitas kerja teoritis akan dihitung berdasarkan panjang
tebu. Jika diasumsikan 2 batang tebu hanya 1 kali pemerasan, dimana 1 batang
tebu setelah di peras melebar menjadi 4,52cm jadi untuk 2 batang tebu
memerlukan ruang 9,4 cm tanpa pengulangan . Maka:
Keliling roller = 2 π r
= 2 x 3,14 x 5
= 31,4 cm
Kecepatan press = (2 x 31,4 cm) x 23,3 rpm = 1463,24 cm/menit
= 87794,4 cm/jam
Universitas Sriwijaya
15
= 877,94 m tebu/jam
3.2. Rancangan Fungsional
3.2.1. Jejari Rollerer
Komponen ini berfungsi sebagai penampang radial rollerer stainless steel.
Penyambunganya dengan rollerer adalah dengan cara di las.
3.2.2. Baut dan Mur
Komponen ini berfungsi sebagai pengatur ketinggian rollerer atas. Dan
beberapa baut dan mur lain berfungsi sebagai perekat antara komponen lain
kekerangka.
3.2.3. Dudukan Bearing (Pillow Housing)
Komponen ini berfungsi sebagai tempat istalasi bantalan, adapun untuk
dudukan bearing pada roller bagian atas berfungsi sebagai slider untuk mengatur
elevasi rollerer atas.
3.2.4. Bearing
Komponen ini berfungsi sebagai penampang komponen yang berputar,
sekaligus sebagai penahan beban radial.
3.2.5. Saringan Nira
Saringan nira berfungsi untuk menyaring air nira perasan supaya tidak
bercampur dengan amapas dan serpihan kotoran. Saringan nira terbuat dari
stainles steel 304 baik pada jaring dan penampangnya.
3.2.6. Penampang Nira
Penampang nira berfungsi untuk manampung air nira hasil perasan.
Komponen ini juga terbuat dari stainles steel 304 baik pada jaring dan
penampangnya
3.2.7. Penutup
Universitas Sriwijaya
16
Penutup adalah komponen berupa plat aluminium setebal 2mm pada
bagaian atas depan dan samping mesin. Fungsinya adalah untuk keamanan dan
estetika.
3.2.8. Kerangka
Kerangka adalah komponen paling pentik dalam suatu mesin karena
berfungsi sebagai penopang semua komponen lain.
3.2.9. Roda
Roda berfungsi untuk mempermudah pemindahan mesin.
3.2.10. Meja
Meja berfungsi sebagai alas untuk melakukan kegiatan pemotongan,
peletakan, dan sebagainya.
3.2.11. Motor listrik
Komponen ini berfungsi sebagai sumber tenaga mesin.
3.2.12. Pulley dan V Belt
Pulley dan V belt adalah dua komponen penting dalam transmisi tenaga
pada mesin.
3.2.13. Reducer
Reducer berfungsi sebagai komponen penurunan kecepatan putar.
3.2.14. Inlet
Inlet berfungsi sebagai tempat memasukan bahan dalam hal ini tebu.
3.2.15. Poros
Poros berperan penting dalam transmisi daya(tenaga), anatara rollerer
dengan pulley.
Universitas Sriwijaya
17
3.2.16. Sekat
Sekat berfungsi melindungi bagian rollerer dari kotoran dan pelumas pada
bantalan dan poros.
3.2.17. Rollerer
Rollerer berfungsi sebagai komponen yang menggilas atau menekan
langsung tebu hingga mengeluarkan nira. Rollerer harus terbuat dari material yang
foodgrade contohnya stainless steel 304.
3.2.18. Besi lintasan
Komponen ini berfungsi sebagai lintasan dudukan bearing yang dapat
sliding.
Universitas Sriwijaya
DAFTAR PUSTAKA
Doe, H., Djamlu, Y., dan Liputo, B., 2016. Rancang bangun mesin peras tebu
sistem mekanik tiga roll menggunakan motor bensin. Jurnal Teknologi
Pertanian Gorontalo. Vol. 1. No. 1. Hal. 8-20.
Irawan, S.A., Ginting, S., dan Karo-Karo, T., 2015. Pengaruh perlakuan fisik dan
lama penyimpanan terhadap mutu minuman ringan nira tebu. Jurnal
Rekayasa Pangan dan Pertanian. Vol. 3. No. 3. Hal. 343-353.
Lubis, M.M.R., Marwani, L., dan Husni, Y., 2015. Respon pertumbuhan tebu
(Saccharum officinarum L.) terhadap pengolahan tanah pada dua kondisi
drainase. Jurnal Online Agroekoteknologi. Vol. 3.No. 1. Hal. 214-220.
Murdianto, D., dan Redianto, N.T., 2015. Rancangbangun alat roll press untuk
mengolah batang tanaman rumput payung (Cyperus Alternifolius) menjadi
serat bahan baku komposit. Jurnal Rekayasa Mesin. Vol. 6. No. 2. Hal. 111118.
Rochman, H., Taryono,. dan Supriyanta., 2014. Jumlah anakan dan rendemen
enam klon tebu (Saccharum officinarum L.) asal bibit bagal, mata ruas
tunggal, dan mata tunas tunggal. Jurnal Vegetalika. Vol. 3. No.3. Hal. 8996.
Subiyantoro, E., dan Arianto, Y. 2016., Statistik Perkebunan Indonesia Komoditas
Tebu 2014-2016. Direktorat Jendral Perkebunan. Jakarta.
Sujito,. 2010. Mesin pemeras tebu dengan sistem kontrol menggunakan sensor
tekanan. Jurnal TEKNO. Vol. 13. No.1. Hal. 64-74.
Sumarji,. 2011. Studi perbandingan ketahanan korosi stainless steel tipe ss 304
dan ss 201 menggunakan metode u-bend test secara siklik dengan variasi
suhu dan pH. Jurnal ROTOR. Vol. 4. No.1. Hal. 1-8.
United States Department of Agricultural. 2013. Saccharum officinarum L.
sugarcane.
USDA
Natural
Resource
Conservation
Service.
https://plants.usda.gov/core/profile?symbol=SAOF.
Zaini, A.H., Baskara, M., dan Wicaksono., K.P., 2017. Uji pertumbuhan berbagai
jumlah mata tunas tebu (Saccharum officinarum L.) varietas VMC 76-16
dan PSJT 941. Jurnal Produksi Tanaman. Vol. 5.No. 2. Hal. 182-190.
18
Universitas Sriwijaya
19
LAMPIRAN
Universitas Sriwijaya
20
Universitas Sriwijaya
21
Universitas Sriwijaya
22
Universitas Sriwijaya
23
Universitas Sriwijaya
24
Universitas Sriwijaya
25
Universitas Sriwijaya
26
Universitas Sriwijaya
27
Universitas Sriwijaya
28
Universitas Sriwijaya
29
Universitas Sriwijaya
30
Universitas Sriwijaya
31
Universitas Sriwijaya