METODE PENELITIAN
2 Bulk Density Berat serasah tebu di lapangan
=
Alat yang digunakan patok, meteran dan timbangan gantung
3 Kadar air Pengukuran berat daun, batang dan pucuk dengan
menggunakan timbangan digital. Kadar air diukur dengan metode gravimetri
KA % = W basah – W kering x 100 W kering
Kadar air yang dihutung adalah kadar air basis kering
4 Elastisitas • Pengukuran ketebalan serasah sebelum diberi tekanan
(cm)
• Pengukuran ketebalan serasah setelah diberi tekanan
(cm)
• Penentuan beban tekan dan luas penampang (kg)
• Koefisien elastisitas (kg/cm)
• Ratio elastisitas (sebelum dan sesudah diberi tekanan)
5 Profil guludan
lahan tebu
• Lebar guludan (cm)
• Jarak antar tanaman (cm)
• Tinggi guludan (cm)
Adapun metode yang digunakan dalam pengukuran karakteristik serasah tebu adalah dengan cara melakukan pengukuran langsung dengan alat ukur yaitu mistar, jangka sorong dan timbangan digital. Jumlah data yang diukur untuk daun dan pucuk tebu adalah 100 data.
22
Pengukuran kerapatan isi (bulk density) serasah tebu dilakukan langsung di
lahan tebu. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kondisi lahan sebenarnya karena desain mesin serasah tebu akan diaplikasikan pada lahan tebu. Pengambilan sampel tumpukan serasah dilakukan pada luasan 2 x 2 meter secara acak. Alat yang digunakan adalah patok, meteran dan timbangan gantung.
Kadar air serasah tebu berfungsi untuk mengetahui kandungan air yang terdapat pada serasah setelah pemanenan. Varietas tanaman tebu yang digunakan adalah PS 865 langsung diambil di perkebunan tebu – PG Subang 1 minggu setelah panen. Metode pengukuran kadar air bahan dilakukan dengan cara metode gravimetrik yaitu dengan menimbang berat bahan serasah berupa daun, pucuk dan tebu setelah pemanenan, setelah ditimbang selanjutnya bahan tersebut dimasukkan
kedalam oven denganm suhu 100oC lalu ditimbang ulang.
Elastisitas dilakukan dengan cara menekan serasah tebu dengan beban hingga ketinggian tertentu beban yang diberikan adalah 80 kg dan 50 kg dengan
luas penampang 448 cm2
Pengukuran Kalibrasi Strain - Torsi
sebanyak 20 kali. Pengukuran ketinggian serasah sebelum dan sesudah ditekan di catat sehingga rasio perbandingan pemadatan dapat diperoleh.
Pengukuran profil guludan di lahan sangat diperlukan untuk menentukan dimensi dari rancangan mesin yang akan dibuat. Adapun alat yang digunakan
pada saat pengukuran di lahan adalah relief meter, water pas dan penggaris.
Mekanisme pengukuran dilakukan dengan cara memasang relief meter pada lahan guludan tebu yang dilengkapi dengan water pas dengan tujuan agar posisi relief meter dalam posisi lurus seimbang. Setelah mendapatkan posisi lurus dan seimbang langkah selanjutnya lebar guludan, ketinggian guludan dan jarak antar
tanaman diukur menggunakan penggaris.
Kalibrasi strain – torsi dilakukan sebelum pengukuruan torsi pemotongan
dengan tujuan untuk mendapatkan persamaan regresi yang menghubungkan antara
strain dengan torsi. Alat ukur yang digunakan pada kalibrasi ini adalah strain gauge, brigde box, timbangan, beban, handy strain meter. Untuk mengindera
perubahan strain tersebut, pada poros pisau dipasang strain gauge tipe silang yang
23
Adapun skema pemasangan sensor strain gauge dan alat ukur yang lainnya
untuk kalibrasi strain torsi dapat disajikan pada Gambar 21.
Rg1 Tampak Atas A Tampak Samping
Gambar 21 Skema pengukuran kalibrasi strain – torsi.
Pengukuran kalibrasi strain - torsi dilakukan pada dua titik pengukuran
yaitu pada poros pisau pencacah dan poros penjepit (Gambar 22). Sensor strain
B C Rg2 Poros pencacah Bantalan Strain gauge Lengan beban Brigde box Handy strain Silinder pencacah Pisau Pencacah A B C Lengan beban Beban
24
gauge dipasang pada kedua poros tersebut yang berfungsi untuk mengindra regangan yang terjadi pada saat proses puntiran dilakukan. Lengan beban dipasang tegak lurus pada setiap poros dengan panjang 1 meter yang ujungnya diberi beban. Pada saat beban diberikan regangan yang terjadi dibaca
menggunakan alat handy strain meter.
Gambar 22 Pengukuran kalibrasi strain - torsi.
Ukuran beban yang digantung pada ujung lengan beban dilakukan secara bertahap dari nilai yang terkecil hingga yang paling besar dan sebaliknya. Panjang lengan beban yang dirancang adalah 1 m sedangkan beban yang diberikan adalah 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 kg. Setiap pemberian beban dibaca besarnya
strain pada alat ukur handy strain meter (Gambar 23).
Gambar 23 Pembacaan strain pada saat diberi beban. Strain gauge pada
poros penjepit
Strain gauge pada poros pisau Lengan
beban
Beban
25 Instrumen dan Perlengkapan Pengukur Torsi
Pemilihan instrumen dan perlengkapan pada pengukur torsi pemotongan merupakan langkah awal yang harus dilakukan sebelum melakukan pengukuran torsi pemotongan ataupun kalibrasi sensor.
Adapun instrumen dan perlengkapan yang digunakan untuk mengukur torsi pemotongan adalah sebagai berikut :
1. Strain Gauge tipe silang berfungsi untuk mengindera perubahan regangan pada poros pencacah dan penjepit.
2. Slip ring yang berfungsi untuk meneruskan tegangan dari sensor strain gauge
yang menuju brigde box.
3. Brigde box yang berfungsi untuk meneruskan tegangan dari strain gauge
menuju strain amplifier.
4. Strain amplifier yang berfungsi untuk menaikkan tegangan sehingga bisa
dibaca pada analog to digital converter (ADC).
5. Analog to digital converter (ADC) berfungsi untuk membaca tegangan analog menjadi digital.
6. Tachometer untuk mengukur kecepatan putar pada poros pencacah dan poros penjepit.
7. Komputer berfungsi untuk menampilkan grafik tegangan pada saat
pencacahan berlansung.
8. Timbangan untuk menimbang berat serasah.
9. Multimeter dalam penelitian ini hanya untuk mengukur tegangan.
10.Alat uji berupa satu unit pencacah serasah tebu yang berfungsi untuk
mencacah serasah tebu hingga potongan kecil .
11.Bak pemadatan yang berfungsi sebagai landasan serasah tebu dan
memadatkan serasah tebu.
Instrumen dan perlengkapan pengukur torsi tersebut kemudian dipasang pada alat uji unit pencacah yang dilengkapi dengan bak pemadatan. Setelah itu mempersiapkan bahan serasah yang akan diuji. Adapun skema pemasangan alat ukur untuk pengukuran torsi pemotongan seperti yang disajikan pada Gambar 24.
26 Gambar 24 Skema pengujian torsi pemotongan serasah tebu.
Pengkuran Kalibrasi Strain – Tegangan
Kalibrasi strain – tegangan dilakukan untuk memperoleh persamaan regresi
yang menghubungkan antara strain dengan tegangan. Pemasangan alat ukur untuk
kalibrasi ini adalah strain gauge, dynamic strain amplifier, brigde box, slip ring, software analog to digital converter (ADC) dan 1 unit komputer (Gambar 25). Pengukuran kalibrasi ini dilakukan sebelum pengujian berlangsung. Variasi beban
diperoleh dengan mengatur beban strain pada dynamic strain amplifier dengan
berbagai nilai strain. Nilai beban strain yang diberikan adalah 50, 100, 150, 200,
250, 300, 350, 400, 450 dan 500 με. Setiap kali pemberian beban strain dibaca
keluaran tegangan pada komputer.
Pendorong serasah Bak pemadatan Silinder penjepit Silinder pencacah Mesin diesel Gear box Strain gauge Slip ring Brigde box ADC Dynamic Strain Amplifier Komputer Belt Puli
27 Gambar 25 Pengukuran kalibrasi strain – tegangan.
Pengukuran Torsi
Parameter yang diukur dalam pengujian adalah perubahan torsi akibat pemotongan. Pengukuran torsi pemotongan dilakukan dengan cara memotong
serasah tebu yang masuk ke dalam mesin pencacah serasah tebu lalu sensor strain
gauge akan mengindera regangan yang terjadi. Alat ukur yang digunakan dalam
pengujian torsi pemotongan adalah strain gauge, dynamicstrain amplifier, brigde
box, slip ring, software analog to digital converter (ADC), stabilizer, tachometer, stopwatch, 1 unit komputer, alat uji berupa unit pencacah dan bak pemadatan.
Bak pemadatan dirancang dengan ukuran panjang 1.2 m, lebar 60 cm dan tinggi 10 cm yang berfungsi untuk memasukkan serasah tebu yang akan dicacah Ukurun tersebut dirancang untuk memperoleh kecepatan umpan 0.3 m/s dan kerapatan isi serasah tebu yang dapat ditekan hingga ketebalan 10 cm sesuai dengan jarak silinder penjepit (Gambar 26).
Gambar 26 Bak pemadatan. Bak pemadatan
Alat uji Strain Amplifier
28
Slip ring dipasang pada ujung poros pencacah dan poros penjepit yang
berfungsi untuk meneruskan sinyal listrik dari sensor strain gauge menuju brigde
box ketika pengujian berlangsung (Gambar 27). Agar kabel listrik tidak melilit
pada poros yang sedang berputar maka sepanjang poros dibuat alur dengan cara membubut poros dengan kedalaman tertentu. Sinyal yang telah diterima oleh
brigde box selanjutnya diteruskan ke dynamic strain amplifier. Alat ukur ini berfungsi untuk membesarkan atau menguatkan sinyal dari sensor yang relative
masih kecil. Untuk dapat dibaca di komputer maka dibutuhkan suatu software
analog to digital converter (ADC) yang berfungsi untuk merubah data analog ke digital.
Gambar 27 Posisi slip ring pada poros pencacah dan poros penjepit.
Setelah alat ukur terpasang seluruhnya pada alat uji, langkah awal adalah
melakukan kalibrasi strain - tegangan dengan tujuan agar alat ukur dapat
berfungsi dengan baik. Kalibrasi strain – tegangan selalu dilakukan setiap kali
akan melakukan pengujian. Pengujian dimulai dengan mempersiapkan serasah tebu yang akan dicacah selanjutnya menghidupkan mesin diesel. Kecepatan putar
dari mesin diesel direduksi dengan rasio 1 : 4 dengan menggunakan belt dan puli
agar diperoleh kecepatan putar poros pencacah yang diinginkan. Adapun variasi kecepatan putar pada saat pengujian adalah 400, 450, 500, 550 rpm dengan sudut
pemotongan pisau 3o. Mengingat serasah tebu bersifat bulky, serasah dapat
dipadatkan hingga 4 kali dengan variasi kepadatan dibuat 4 perlakuan yaitu 8, 16,
24, 32 kg/m3. Nilai tersebut diambil dengan dasar kapasitas lapang hasil
perhitungan adalah 1.9 ton/ jam yang bisa dipadatkan hingga 4 kalinya. Pada saat Slip ring
29 alat uji mulai beroperasi kecepatan putar pada poros pencacah diukur dengan
menggunakan tachometer langkah selanjutnya adalah memasukkan serasah tebu
yang telah dipersiapkan ke dalam bak pemadatan. Mekanisme pengumpanan dilakukan secara manual yaitu dengan cara mendorong serasah tebu dengan menggunakan alat pendorong agar masuk pada silinder penjepit. Waktu yang dibutuhkan untuk mendorong serasah tebu adalah 4 detik dengan jarak tempuh adalah 1.2 m sehingga kecepatan maju serasah pada pengumpanan adalah 0.3 m/s. Pengujian ini dilakukan dengan ulangan sebanyak 2 kali.
Persamaan Torsi Terukur
Kalibrasi strain – torsi dan kalibrasi strain – tegangan masing – masing
akan menghasilkan suatu persamaan regresi. Persamaan strain - tegangan yang
diperoleh kemudian disubsitusi ke dalam persamaan strain - torsi sehingga
diperoleh persamaan torsi terukur.
Akusisi dan Pengolahan Data
Akusisi data dilakukan sebelum pengujian berlangsung. Adapun dasar dalam penentuan sampling data adalah kecepatan putar yang akan digunakan. Kecepatan putar yang digunakan pada saat pengujian adalah 500 rpm dengan jumlah pisau sebanyak 8 buah sehingga jumlah pemotongan setiap menitnya adalah 500 x 8 = 4000 pemotongan/menit atau 66 pemotongan/detik. Frekuensi sampling yang diperlukan jika 1 siklus diambil data sebanyak 5 kali adalah 5 x 66
= 333 Hertz. Frekuensi yang disetting pada software analog to digital converter
(ADC) yang digunakan adalah 500 Hertz. Nilai tersebut dipilih karena mendekati nilai frekuensi hasil perhitungan. Adapun periode sampling untuk setiap data yang
terekam adalah T = 1/f = 1/500 = 2 ms (milli second). Skala tegangan yang
digunakan pada saat pengujian adalah 10 V dalam bentuk + 5 dan -5 V.
Data pengukuran terdiri dari 2 jenis yaitu data tegangan tanpa beban dan data tegangan dengan beban yang dilakukan pada 2 titik sensor yaitu pada poros pencacah dan poros penjepit. Hasil data pengukuran kemudian direkam oleh komputer untuk keperluan analisis data.
Data hasil pengukuran selanjutnya diolah untuk memperoleh grafik torsi pemotongan. Adapun cara pengolahan data hasil pengukuran adalah mencari standar deviasi, tegangan maksimum, tegangan minimum, rata – rata tegangan
30 sebelum pembebanan, rata – rata tegangan setelah pembebanan dan rata – rata tegangan pemotongan (Lampiran 5).
Voltase pemotongan (Vp) yang digunakan untuk torsi adalah voltase
pemotongan yang diperoleh dari persamaan berikut :
Vp = Vb – Vtb ...(4)
di mana :
Vp = voltase pemotongan (V)
Vb = voltase dengan beban (V)
Vtb = voltase tanpa beban (V)
Torsi pemotongan diperoleh dengan mensubsitusikan Vp ke persamaan yang
diperoleh dari hasil kalibrasi.
T = Vp . d . b……….….(5) di mana : T = torsi terukur (kg.m) Vp Pengukuran Kapasitas = voltase pemotongan (V)
d = gradien kurva hasil kalibrasi strain - tegangan (με/V)
b = gradien kurva hasil kalibrasi strain – torsi (kg.m/ με)
Hasil dari akusisi dan pengolahan data pengukuran kemudian dianalisis untuk memperoleh hubungan torsi pemotongan terhadap tingkat kepadatan serasah dengan berbagai kecepatan putar unit pencacah, hubungan antara daya pemotongan dengan tingkat kepadatan dengan berbagai kecepatan putar yang terjadi untuk setiap perlakuan dan panjang serasah tebu hasil cacahan.
Kapasitas mesin dilakukan sebanyak 4 kali sesuai dengan tingkat kepadatan
yaitu 8,12,24 dan 32 kg/m3. Untuk mendekati kecepatan umpan 0.3 m/s maka
dirancang dimensi bak pemadatan dengan ukuran panjang 1.2 m, tinggi 0.1 m dan lebar 0.6 cm dengan waktu yang dibutuhkan untuk sekali pengumpanan adalah 4 detik. Berdasarkan hasil perhitungan (Lampiran 19) berat serasah yang diumpankan adalah 0.6 kg, 1.2 kg, 1.7 kg, 2.3 kg sehingga kapasitas teoritis untuk masing – masing pengumpanan adalah 540 kg/jam, 1.08 ton/jam, 1.53 ton/jam dan 2.07 ton/jam.
31 Pengukuran Panjang Potongan
Hasil cacahan berupa serasah tebu yang telah terpotong kemudian diambil secara acak untuk setiap perlakuan. Adapun metode pengukuran yang dilakukan yaitu dengan cara mengukur langsung setiap panjang potongan hasil cacahan dengan menggunakan jangka sorong dan penggaris seperti yang disajikan pada Gambar 28.
Gambar 28 Pengukuran panjang hasil pemotongan serasah.
Jumlah data yang diukur untuk setiap perlakuan adalah 30 potongan serasah tebu. Perlakuan pada saat pengujian adalah 16 perlakuan sehingga total data panjang serasah hasil pengukuran berjumlah 480 data. Data aktual panjang pemotongan kemudian dianalisis untuk setiap kecepatan putar yang berbeda dan dibandingkan dengan data perhitungan panjang pemotongan secara teoritis.
32