Karakteristik Fisik SerasahTebu
Pengukuran karakteristik daun dan pucuk telah dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian seperti yang disajikan pada Gambar 37.
Gambar 37 Pengukuran karakteristik serasah tebu.
Dari hasil pengukuran terhadap daun dan pucuk tebu (Lampiran 6) diperoleh data – data seperti pada Tabel 3.
Tabel 3 Karakteristik fisik daun tebu
Karakteristik Rata – rata Kisaran Simpangan baku
Panjang daun 161.51 cm 117 – 195 cm 14.45
Lebar posisi tepi daun 4.38 cm 3.0 – 6.0 cm 0.8
Lebar posisi tengah daun 4.08 cm 2.8 – 5.6 cm 0.67
Lebar posisi ujung daun 3.89 cm 2.9 -5.3 cm 0.65
Tebal daun 0.25 cm 0.25 cm 0
Berat daun 8.90 gram 3.5 – 13 gram 1.78
Dari data tersebut diperoleh lebar rata – rata daun adalah 4.12 cm Sedangkan data hasil pengukuran terhadap pucuk tebu (Lampiran 7) dengan metode pengukuran yang sama adalah seperti pada Tabel 4.
41 Tabel 4 Karakteristik fisik pucuk tebu
Karakteristik Rata – rata Kisaran Simpangan baku
Panjang pucuk 162.54 cm 130 – 190 cm 11.6
Jumlah daun 4 unit 3.0 -6.0 unit 0.8
Lebar pucuk 5.02 cm 4.0 – 6.0 cm 0.74
Diameter pucuk 21.34 mm 15.3 – 32.3 mm 3.64
Tebal pucuk 0.35 cm 0.2 – 0.5 cm 0.06
Berat pucuk 57.35 gram 29.0 – 98.1 gram 14.87
Data – data tersebut sangat diperlukan khususnya dalam mendesain unit pencacah serasah tebu dan alat pengujian torsi karena tebal pucuk ada yang 0.2 cm ( 2 mm) maka jarak antara pisau pemotong pucuk tidak boleh lebih dari 2 mm.
Kerapatan Isi (Bulk Density) Serasah Tebu
Pengukuran kerapatan isi (bulk density) serasah tebu dilakukan langsung di
lahan tebu seperti yang disajikan pada Gambar 38.
Gambar 38 Pengukuran serasah tebu di lahan.
Berdasarkan hasil pengukuran yang disajikan pada Lampiran 8 rata-rata tinggi tumpukan serasah tebu di lahan adalah 0.36 meter, dan memiliki kerapatan
isi rata-rata 7.7 kg/m3. Ketinggian tumpukan ini sebagai dasar dalam mendisain
unit pengambilan serasah tebu. Sementara, kerapatan isi akan sangat mempengaruhi mekanisme pengangkatan, pengaliran serasah menuju bagian
42 penjepit dan akhirnya sampai pada bagian pencacah. Data tersebut juga bermanfaat untuk menentukan bentuk dan ukuran unit pengumpan dan unit pencacah serasah tebu.
Kadar Air Serasah Tebu
Hasil pengukuran dan perhitungan mengenai kadar air serasah tebu pada basis kering menunjukan bahwa rata – rata kadar air batang adalah 84.1%, rata – rata kadar air pucuk adalah 15.7%, dan rata – rata kadar air daun adalah 16.9% (Lampiran 9).
Elastisitas Serasah Tebu
Serasah tebu yang tersebar di lahan bersifat bulky dan berrongga sehingga
memungkinkan untuk dipadatkan. Berdasarkan hasil pengukuran (Lampiran 10) serasah tebu dapat dipadatkan hingga 4 kali. Hal ini sebagai dasar pertimbangan untuk desain silinder penjepit dan pengujian pemadatan.
Profil Guludan Lahan Tebu
Pengukuran profil guludan dilakukan langsung di lapangan seperti yang disajikan Gambar 39.
43 Data profil guludan sangat diperlukan untuk mendisain dimensi dan ketinggian rangka dari mesin pencacah serasah tebu, untuk menghidari benturan antara mesin pencacah dengan tinggi guludan. Sedangkan data lebar jarak tanaman diperlukan untuk lebar pengambilan serasah dan posisi pijakan roda agar bisa bergerak sesuai dengan alur. Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh data bahwa lebar guludan 120 cm, jarak antar tanaman 120 cm, tinggi guludan 20 cm (Gambar 40).
Gambar 40 Profil guludan di perkebunan tebu – PG Subang Jawa Barat.
Lebar mesin pencacah yang dirancang adalah 240 cm dua kali jarak tanaman. Hal ini karena mempertimbangkan pemasangan alat lain pada mesin
pencacah seperti lebar gear box, lebar sprocket dan lebar bantalan. Selain itu
posisi roda harus masuk pada alur guludan. Adapun lebar unit pengambil dirancang 60 cm setengah dari jarak tanaman dengan harapan agar serasah yang ada di lahan bisa terambil dengan baik. Mengingat unit pengambil terintegrasi dengan unit pencacah maka nilai lebar unit pengambil tersebut merupakan dasar dalam menentukan panjang silinder penjepit ataupun silinder pencacah.
Pembuatan Unit Pencacah Serasah Tebu
Secara keseluruhan proses pembuatan prototipe mesin pencacah serasah tebu didasarkan pada gambar kerja hasil rancangan (Lampiran 23). Adapun proses pembuatan dimulai dari pembuatan rangka, silinder pemcacah, silinder penjepit, dan konveyor (Gambar 41). Akan tetapi pada penelitian ini hanya dibahas pada unit pencacah saja.
120 cm
120 cm
20
cm
44 Gambar 41 Proses pembuatan prototipe mesin pencacah.
Dengan mengikuti kaidah – kaidah dalam mendisain suatu mesin, khususnya mesin – mesin pertanian pada akhirnya desain unit pencacah yang merupakan bagian dari mesin pencacah dan pengambil serasah tebu dapat di pabrikasi. Secara struktural mesin pencacah serasah tebu dapat dilihat pada Gambar 42.
Gambar 42 Prototipe mesin pencacah serasah tebu.
Rangka Silinder pencacah
45 Uji Kinerja Mesin Pencacah Serasah Tebu
Uji kinerja secara stasioner (off farm) terhadap mesin pencacah serasah tebu
telah dilakukan dengan bahan umpan adalah serasah tebu. Tujuan utama dalam uji kinerja ini adalah untuk mengetahui kemampuan mengambil serasah dari atas tanah, mengalirkan sekaligus menekan, mengumpan sambil menjepit dan mencacahnya. Selain itu juga untuk mengetahui kapasitas aktual pada mesin tersebut dan hasil cacahannya.
Berdasarkan hasil pengukuran (Lampiran 11) kapasitas aktual mesin serasah tebu adalah 398 kg/jam. Waktu yang diukur pada saat pengujian dimulai dari serasah masuk unit pengambil kemudian diteruskan pada bagian penjepit dan akhirnya pada bagian pencacah. Tetapi panjang potongan dari serasah tebu masih jauh dari harapan lebih dari 4 cm dan hasil potongannya tidak seragam. Hal ini dikarenakan sudut pemotongan dari pisau pemotong tidak seragam, jarak antara pisau yang bergerak dengan pisau diam kurang rapat sekitar 1 – 2 mm. Untuk mendapatkan hasil yang diharapkan telah dilakukan perbaikan khususnya pada
unit pencacah terutama sudut pemotongan yang telah diseragamkan sebesar 3o
Hasil Pengukuran Kalibrasi Strain – Torsi
, lalu memperbaiki kerapatan antara pisau bergerak dengan pisau diam dengan jarak 0.5 mm. Hasil pemotongan serasah setelah posisi pisau diperbaiki yaitu berkisar antara 1.7 – 3.2 cm mendekati perhitungan secara teoritis.
Berdasarkan hasil pengukuran kalibrasi strain - torsi diperoleh persamaan
untuk poros pisau pencacah (Lampiran 12):
ε
= 45.66 T – 0.313 ……….(6)sedangkan persamaan untuk poros silinder penjepit (Lampiran 13):
ε
= 77.81 T + 0.376………(7)Hasil Pengukuran Kalibrasi Strain – Tegangan
Berdasarkan hasil pengukuran kalibrasi strain – tegangan (Lampiran 14)
diperoleh persamaan untuk poros pisau pencacah :
V = 0.004
ε
– 0.098 ………(8)46
V = 0.004
ε
+ 0.413……….(9)Persamaan Torsi Terukur
Torsi terukur diperoleh dengan cara mensubtitusi persamaan (8) ke persamaan (6) (Lampiran 15). Adapun persamaan yang diperoleh untuk poros pisau pencacah adalah sebagai berikut :
T = 5.474 V + 0.543 ………(10)
Sedangkan torsi pada poros silinder penjepit dengan cara mensubsitusi persamaan (9) ke persamaan (7) (Lampiran 16) sehingga diperoleh :
T = 3.2 V - 1.317………..(11)
Persamaan (10) dan persamaan (11) digunakan sebagai persamaan untuk mengkonversi data tegangan hasil pengukuran menjadi torsi pemotongan pada percobaan pencacahan serasah tebu.
Hasil Pengujian Torsi Pemotongan
Pengujian torsi pemotongan dilakukan secara berkelanjutan mulai sebelum pemotongan, selama pemotongan, dan setelah pemotongan dengan periode
perekaman untuk setiap data adalah 2 ms (milli second) pada variasi kecepatan
putar dan bulk density yang berbeda – beda dengan sudut potong 3o. Jumlah data
yang terekam berupa tegangan kemudian disimpan menggunakan seperangkat komputer yang selanjutnya dapat diperagakan untuk keperluan analisis data Sebagai salah satu contoh hasil pengukuran dapat dilihat pada Gambar 43.
47 Sedangkan waktu yang diperlukan ketika dilakukan pengujian torsi sebelum pemotongan, pada saat pemotngan dan setelah pemotongan dapat disajikan pada Gambar 44.
Gambar 44 Contoh data pengukuran torsi pemotongan dalam selang waktu. Grafik tersebut menunjukan bahwa pada saat alat uji dioperasikan dengan
kecepatan putar 450 rpm dan bulk density 16 kg/m3 untuk selang waktu 0 – 3
detik belum terjadi peningkatan tegangan. Kemudian pada selang waktu 3 – 5.5 detik terjadi peningkatan tegangan. Tegangan maksimal yang terjadi pada detik ke-4 dengan nilai tegangan 0.69 Volt (Lampiran 17). Setelah detik ke-5.5 tegangan kembali normal, yang berarti serasah tebu telah melewati tahapan proses pencacahan. Rata – rata tegangan sebelum pembebanan adalah 0.032 Volt dan setelah pembebanan 0.445 Volt. Rata – rata pemotongan adalah 0.413 Volt yang diperoleh dari selisih antara tegangan sebelum dan setelah pembebanan. Standar deviasi sebelum pembebanan adalah 0.181
Mengacu pada persamaan (10) diperoleh nilai torsi untuk variasi kecepatan
putar 450 rpm dan bulk density 16 kg/m3 adalah 2.8 kg.m atau 27.5 N.m sehingga
daya yang dibutuhkan berdasarkan persamaan (3) diperoleh 1.73 hp (Lampiran 18). Sedangkan torsi untuk silinder penjepit bernilai 0, hal ini karena pada saat terjadi pembebanan fluktuasi nilai tegangan pada silinder penjepit sangat kecil berkisar antara 0.01 – 0.009 Volt (Lampiran 17).
48 Analisis Data
Hasil Analisis Torsi Pemotongan Terhadap Tingkat Kepadatan
Serasah tebu yang telah melewati silinder penjepit selanjutnya masuk pada silinder pencacah. Torsi pemotongan yang terjadi pada silider pencacah diperoleh dari selisih antara rata – rata tegangan sebelum pembebanan dan rata – rata tegangan setelah diberi beban. Adapun grafik hubungan antara torsi pemotongan, kecepatan putar dan tingkat kepadatan seperti disajikan pada Gambar 45.
Gambar 45 Grafik hubungan torsi pemotongan dengan tingkat kepadatan.
Gambar 45 menunjukkan bahwa pada saat serasah masuk pada silinder pencacah terjadi peningkatan torsi yang cukup signifkan dengan naiknya tingkat kepadatan untuk semua perlakuan. Nilai torsi terbesar terjadi pada kecepatan putar
400 rpm yaitu sebesar 4.03 kg.m dengan bulk density 32 kg/m3. Sedangkan untuk
kecepatan putar 550 rpm adalah sebesar 3.37 kg.m dengan bulk density 32 kg/m3.
Pada nilai bulk density yang sama besarnya torsi pemotongan sangat dipengaruhi
oleh kecepatan putar yang terjadi. Semakin tinggi nilai kecepatan putar maka torsi yang terjadi akan mengecil begitupun sebaliknya, hal ini membuktikan bahwa persamaan (3) sesuai dengan hasil pengujian. Pada kecepatan putar yang lebih rendah beban yang diterima oleh pisau pemotong untuk memotong serasah cukup besar. Hal ini karena serasah mengalami kompaksi yang dilakukan oleh tekanan
pisau pemotong cukup besar dengan meningkatnya bulk density dan akibatnya
49
dihasilkanpun besar yaitu 4.03 kg/m3
Hasil Analisis Daya Pemotongan Terhadap Tingkat Kepadatan
. Nilai torsipun sangat dipengaruhi oleh kondisi serasah yang ada di lapangan. Semakin lama serasah tersimpan di lahan maka kondisinya akan semakin lapuk, hal ini akan memperkecil nilai torsi yang dihasilkan karena beban untuk memotong serasah akan lebih ringan.
Kebutuhan daya yang dibutuhkan sangat penting khususnya dalam memilih mesin penggerak mula dalam pengoperasian mesin pencacah serasah tebu. Nilai torsi yang diperoleh kemudian dimasukkkan pada persamaan (3) dengan nilai kecepatan putar dari 400 hingga 550 rpm. Adapun grafik hubungan antara daya pemotongan, kecepatan putar dan tingkat pemadataan dapat dilihat pada Gambar 46.
Gambar 46 Kebutuhan daya untuk mesin pencacah serasah tebu.
Gambar 46 menunjukkan bahwa daya pemotongan mengalami trend menaik seiring dengan meningkatnya tingkat kepadatan dari serasah tebu. Daya pemotongan tertinggi terjadi pada kecepatan putar 550 rpm yaitu 2.55 HP dengan perlakuan bulk density 32 kg/m3
Hubungan Kecepatan Putar, Kapasitas dan Daya Pemotongan
. Begitu juga sebaliknya daya yang terjadi akan menurun seiring dengan menurunnya kecepatan putar.
Adapun hubungan antara kecepatan putar, kapasitas dan daya pemotongan dapat dilihat pada Gambar 47.
50 Gambar 47 Grafik hubungan antara kapasitas dengan daya pemotongan.
Dengan mengacu pada kecepatan umpan serasah 0.3 m/s maka daya pemotongan mengalami trend menaik dengan meningkatnya kapasitas alat pencacah. Pada kecepatan putar 550 rpm kapasitas mesin yang dihasilkan adalah 2.07 ton/jam (Lampiran 19). Dengan demikian energi pemotongan terkecil per kg serasahnya adalah 0.792 Watt jam/kg (Lampiran 20)
Hasil Pemotongan Serasah Tebu
Jika dilihat secara keseluruhan terhadap hasil pemotongan serasah tebu. Maka terlihat bahwa pemotongan terhadap serasah tebu dengan menggunakan
mesin pencacah serasah tebu tipe reel mendapatkan hasil potongan yang cukup
rapih dan seragam. Adapun beberapa daun yang tidak tercacah dikarenakan daun tersebut berbentuk pipih dan biasanya melilit pada silinder pencacah. Hasil cacahan serasah tebu pada unit pencacah dapat dilihat pada Gambar 48.
51 Untuk mengetahui panjang pemotongan pada setiap perlakuan maka hasil cacahan diambil secara random setiap kali pengujian seperti terlihat pada Gambar 49. Adapun hasil pengukuran setiap perlakuan dapat dilihat pada Lampiran 20.
Gambar 49 Contoh serasah tebu hasil pemotongan.
Kualitas pemotongan tergantung pada kondisi serasah, perlakuan pengujian
dan kerapatan posisi pisau terhadap bed knife pada saat memotong. Semakin
tinggi kecepatan putar silinder pencacah semakin rapi dan pendek hasil potongannya, begitupun sebaliknya. Secara hitungan teori panjang potongan yang diharapkan adalah 0.41 – 0.56 cm (Lampiran 3). Pada kenyataanya rata – rata potongan berdasarkan hasil pengukuran adalah 1.7 – 3.2 cm. Seperti yang disajikan pada Gambar 50.
52 Beberapa faktor yang mempengaruhi panjang pemotongan melebihi panjang hitungan teoritis di antaranya adalah sebagai berikut :
1. Pada saat pemotongan kondisi serasah berada pada posisi miring, sehingga
ukuran serasah akan lebih panjang dibandingkan dengan posisi lurus seperti
yang disajikan pada Gambar 51.
Gambar 51 Panjang potongan pada posisi miring dan lurus.
2. Pada Gambar 52 terlihat bahwa potongan sudah mendekati hitungan toritis
yaitu sekitar 0.5 cm tetapi belum putus. Hal ini dikarenakan ukuran serasah yang tipis sehingga terbawa atau tertarik oleh pisau pertama, dan
kemungkinan baru terpotong oleh pisau berikutnya.
Gambar 52 Serasah yang tidak terpotong langsung.
Jarak antara pisau pemotong dengan bed knife adalah 0.5 mm, bila tebal
serasah terutama daun lebih tipis dari nilai tersebut maka serasah tidak akan terpotong melainkan terbawa dan terbelit pada silinder pencacah seperti yang disajikan pada Gambar 53.
53 Gambar 53 Serasah yang terpotong dan tidak terpotong.
Untuk serasah yang mempunyai ketebalan di atas 0.5 mm, dapat dipotong dengan baik dengan potongan yang pendek - pendek seperti yang disajikan pada Gambar 54.
Gambar 54 Potongan serasah dengan ketebalan di atas 0.5 mm.
3. Pisau yang digunakan adalah pisau lurus bukan helix mengingat pisau helix
sulit untuk dibuat dan biayanya cukup mahal. Dengan menggunakan pisau pada reel, tidak seluruh panjang pisau bersentuhan dengan bed knife (Gambar 55) dibagian tengah terdapat renggang yang memungkinkan serasah tidak terpotong.
Gambar 55 Kondisi pemotongan dengan menggunakan pisau lurus.
Serasah yang tidak terpotong Serasah yang terpotong
54
4. Adanya perbedaan kecepatan maju serasah yang terjadi pada pengumpanan
dan silinder penjepit. Hal ini dikarenakan jumlah gigi sprocket yang digunakan adalah 30 gigi yang seharusnya 25 gigi.
Agar mendapatkan hasil potongan yang optimal pisau yang digunakan sebaiknya menggunakan pisau helix agar seluruh permukaan tajam pisau dapat bersentuhan dengan bedknife sehingga pemotongannnya sempurna. Untuk mendekati nilai kecepatan maju serasah 0.3 m/s disarankan bawah jumlah gigi sproket yang digunakan adalah 25 gigi dan silinder pengarah bawah jumlah gigi sproket yang digunakan adalah 9 gigi.
55