Hasil Teknis Rancangan Alat
Model grafis dari alat pengupas buah durian manual tipe pres ulir sebagai berikut:
Gambar 2. Rangka dan alas
Alat pengupas kulit durian yang dirancang pada penilitian ini adalah alat sederhana yang dapat dipakai untuk mengupas buah durian dalam jumlah banyak dengan waktu yang relatif singkat. Rancangan pada alat pengupas kulit durian ini bertujuan untuk menguji kelayakan alat dari segi ekonomi maupun teknis sehingga alat ini memiliki nilai ekonomis yang terjangkau dan ergonomis bagi operator.
Sasaran pembuatan pada alat ini yaitu kepada masyarakat yang berwirausaha pada komoditas durian baik itu pengusaha kecil ataupun besar, dimana dengan alat yang ekonomis ini mampu meningkatkan efektifitas waktu pengupasan dalam jumlah buah yag banyak.
Dasar Rancangan Dimensi Rangka
Perancangan rangka memakai bahan besi hollow dengan ukuran 4cm x 5cm.
Dimensinya dibuat dengan tinggi 80 cm. Angka ini didapat dari literatur antropometri yang menjadi kerangka berfikir bagi penulis untuk menentukan ukuran dimensi alat, yaitu dgn cara rata rata-rata ketinggian laki-laki Indonesia 164,5 cm dan ketinggian rata-rata perempuan 153,7 cm dibagi dengan golden ratio (1,6). Hasil pembagian
tersebut didapat nilai berturut-turut sebesar 102,8cm & 96cm. dari hasil tersebut yang menjadi acuan penulis untuk menentukan rangka setinggi 80 cm, dimana angka ketinggian ini juga ditambah oleh ketinggian roda 4 cm dan besi engsel tuas 10 cm. Sehingga ketinggian alat dari pengguna mendekati golden ratio dari tinggi rata-rata masyarakat Indonesia (96 cm).
Dasar Rancangan Dimensi Alas Bawah
Pada bagian bawah, dihubungan besi plat sebesar 60 cm x 40 cm, dimana dari data lebar durian yang tidak melebihi 25 cm yang dijadikan sebagai kerangka berfikir oleh penulis untuk menentukan ukuran ini. Karena alas ini akan diletakkan piringan dudukan dengan diameter lebih besar dari diameter maksimum durian, maka ukuran dimensi daripada alas bawah ini dilebihkan sehingga didapat ukuran alas yang pas yaitu 60x40 cm.
Rancangan Tuas dan Momen Maksimum yang dihasilkan
Alat pengupas kulit durian ini memiliki tuas sebagai penggerak AS pisau dengan ukuran panjan 80 cm berdiameter 3 cm dengan ketebalan 3 mm. Dengan Panjang tuas 80 cm, pada ujung tuas (titik B) memiliki total momen gaya sebesar 145,488 Nm, dan di titik C (titik tumpu pisau) sebesar 29,7038 Nm, dan momen yang ada di poros yaitu 0. Dari hasil perhitungan tersebut (terlampir), didapat bahwa momen gaya minimum untuk mengupas buah durian pada tuas sepanjang 80 cm dengan titik tumpu pengupasan 35 cm sebesar 145,448 Nm dengan pemberian beban minimun pada ujung tuas sebesar 10 Kg.
Perhitungan momen gaya menggunakan hukum 1 dan 3 newton. Dimana
∑F=0 untuk poros (titik a), dan Faksi (titik B)=Freaksi (titik A). Pemberian beban 10 Kg dikarenakan beban seberat ini adalah beban minimum untuk membelah durian dari
percobaan yang dilakukan. Sehingga F=9,8N di titik B. dengan lengan gaya sepanjang 80 cm, maka inilah lengan gaya. Pada pemberian beban, beban tidak tegak lurus, dan membentuk sudut ϴ=60o sehingga agar tegak lurus, total beban dikali dengan sin ϴ. Dari perkalian tersebut maka didapat: ∑ma=0, ∑mc=29,7038 Nm,
∑mb=145,488 Nm. Dari hasil perhitungan didapat momen gaya terbesar terjadi di titik B (letak tangan operator sebagai pusat beban), sehingga desain panjang tuas sudah tepat dengan nilai momen terbesar berada pada titik genggaman. Berdasarkan perhitungan (lampiran 7) juga dapat disimpulkan bahwa pemilihan bahan dan bentuk desain sudah tepat karena nilai tegangan bengkok < tegangan izin.
Gambar 3. Rancang tuas handle pada alat pengupas kulit durian
Gambar 4. Tuas Handle pada alat pengupas kulit durian
Rancang Mata Pisau dan Aspek Teknisnya.
Perancangan pisau dilaukan berdasarkan literatur ukuran durian dimana lebar rata-rata durian 20-25 cm dan tingginya 30-45 cm. Sehingga didesain mata pisau setinggi 10 cm dimana nilai ketinggian pisau dapat dikatakan efektif (1/3 dari rata-rata ketinggian) karena tidak mencapai setengah dari ketinggian durian yang dapat mengakibatkan kerusakan daging buah. Untuk lebar pisau yaitu 3,8 cm dimana nilai ini lebih kecil dari ukuran lebar minimum durian yaitu 20 cm, dan tidak melebihinya.
Kekuatan tekanan pada pisau dengan ukuran 10 cm x 3,8 cm didapat gaya sebesar 5,54 N dengan mengasumsikan bahwa penekanan pada kulit durian oleh pisau mendekati tegangan geser lilin, dimana tegangan geser lilin bernilai 0,05 kg/cm2 (Sapta, 2006). Dan dihitung menggunakan persamaan 13 & 14 (terlampir).
Adapun pada pemilihan bahan yang dilakukan, mata pisau dibuat dengan stainlees steel 304. Pemilihan ini berdasarkan literatur (Sari, 2016) dimana jenis logam ini termasuk 'stainless steel food grade' atau jenis logam yang paling sering dipakai oleh industry produksi makanan. Loga mini juga dikenal sebagai '18-8' stainless dikarenakan mengandung kromium 18% dan nikel sebesar 8%. Selain mudah dibentuk, stainless steel 304 mudah dilas dan memiliki ketahanan korosi yang sangat tinggi sehingga pisau yang merobek kulit durian tidak meninggalkan karat pada daging buah nya.
Gambar 5. Rancangan pisau
Gambar 6. Pisau pada alat pengupas serta lubang setel Rancangan Dudukan Buah
Untuk dudukan pada alat ini dirancang dapat disetel menyesuaikan ukuran diameter buah durian. Pada perancangannya, menggunakan plat besi piringan dengan diameter 35 cm dengan ketebalan 2 cm diameter ini diambil dari data literatur yang menyatakan lebar durian maksimal 25 cm. Sehingga dengan diameter tersebut, durian dengan ukuran paling maksimal cukup pada dudukan alat ini.
Kemudian di piringan diberi plat bergerigi sebagai penyangga buah setinggi 10,5 cm x 10,5 cm. Dengan ukuran ini, plat penyangga dapat menahan 1/3 dari bagian durian dengan mengacu pada data ketinggian durian yaitu berkisar 30-45 cm.
dibagian bawah dilas besi bosch untuk membuat piringan dapat berputar pada tapak bawah alat pengupas.
Gambar 7. Rancang dudukan buah
Gambar 8. Dudukan buah Uji Simulasi Statis Hasil Rancangan
Pada rangka, menerima beban total sebesar 12,1 Kg dari berat AS pisau 1,3 Kg, tuas 0,8 Kg dan pemberian beban sebesar 10 Kg pada ujung tuas. Sedangkan pada tuas menerima beban total sebesar 10 Kg.
a. Uji tegangan (stress) pada Tuas dan Rangka
Hasil uji tegangan menunjukkan besar nilai tagangan yang dialami oleh rangka dan tuas berdasarkan kode warna, yang mana kedua komponen tersebut merupakan komponen yang mengalami tegangan. Didapat hasil dari simulasi yang
dilakukan yaitu tegangan terbesar pada rangka sebesar 3.448.438,250 N/m2, sedangkan pada tuas sebesar 8.138,738 N/m2 yang msing-masing ditunjukkan oleh kode warna merah. Tegangan terkecil yang terjadi pada rangka dan tuas berturut-turut ialah 216,195 N/m2 dan 209,265 N/m2 yang ditunjukkan oleh kode warna biru.
Dari gambar 9 &10 dapat dilihat bahwa nilai tegangan maksimum rangka dan tuas lebih kecil daripada tegangan Tarik maksimum rangka dan tuas sebesar 710 N/mm2 dan 350 N/mm2 berturut-turut, maka desain ini disimpulkan dapat menahan beban dengan baik.
Gambar 9. Hasil Uji Analisis Static Stress Rangka
Gambar 10. Hasil Uji Analisis Static Stress Tuas
b. Uji perubahan/perpindahan (displacement)
Uji Displacement bertujuan untuk mengetahui perubahan bentuk yang terjadi pada suatu rangka akibat tegangan beban. Kode warna merah menunjukkan besar perubahan pada bentuk rangka sedangkan kode warna biru menunjukkan besar perubahan terkecil yang terjadi pada bentuk rangka. Dari gambar dapat kita ketahui bahwa nilai perubahan terbesar pada rangka akibat tekanan yaitu sebesar 1,89 mm dan 1,512 mm pada tuas yang masing-masing ditunjukkan oleh kode warna merah. Sedangkan perubahan terkecil pada rangka dan tuas yaitu 1,00 mm yuang ditunjukkan oleh kode warna biru. Dari gambar 11 & 12 dapat dilihat bahwa tidak ada lekukan actual pada rangka dan tuas, namun hanya menunjukkan kemungkinan lekukan terbesar yang terjadi.
Gambar 11. Hasil Uji Analisis Static Displacement Rangka
Gambar 12. Hasil Uji Analisis Static Displacement Tuas
c. Uji factor of safety (FoS)
Uji FoS dilakukan untuk mengetahui tingkat keamanan pada suatu desain baik rangka ataupun komponen lainnya. Rancangan rangka dapat dikatakan aman apabila nilai FoS nya lebih besar dari 2, sehingga bila nilai faktor keamanan suatu rancangan rangka semakin besar, maka rancangan semakin aman digunakan. Pada rangka dan tuas yang mengalami pembebanan utama memiliki nilai factor keamanan secara berurut yaitu 2,4 dan 4,3.
Gambar 13. Hasil Uji Analisis Factor of Safety Rangka
Gambar 14. Hasil Uji Analisis Factor of Safety Tuas
Prinsip Kerja Alat
Tuas yang ditekan searah vertikal akan membuat mata pisau bergerak turun sekaligus berputar sebesar 4,7 radian dengan kedalaman 6 cm untuk mengepres dan membelah kulit durian, tuas yang ada pada dudukan buah dapat digunakan untuk menambah daya sobek terhadap bukaan buah.
Perlakuan, Pengulangan dan Hasil Pengukuran terhadap Bahan
Sebelum melakukan pengupasan, perlakuan yang ada pada durian adalah meletakkan buah tersebut di samping alat, kemudian buah diletakkan pada dudukan, lalu dipress. Dengan perlakuan yang sama, dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali berdasarkan literatur (kemas, 2010) yang menyatakan minimal pengulangan pada penelitian minimal harus 3 kali. Buah yang dijadikan sebagai bahan yaitu 9 buah, dengan berat 0,4 kg beridameter rata-rata 12,26 cm, 1 kg berdiameter rata-rata 14,53 cm, dan 1,5 kg berdiameter rata-rata 16,13 cm.
Tabel 3. Pengukuran waktu pengupasan, diameter dan berat bahan
Ulangan
Setelah pengulangan dilakukan pada seluruh buah, didapat hasil pengupasan pada buah pertama, kedua dan ketiga dengan berat 0,4 kg terkupas seluruh ruasnya
(5 ruas). Dan pada buah dengan berat 1 kg hanya 1 buah yang berhasil terkupas kelima ruasnya, sedangkan dua sisanya terkupas hanya dua ruas dengan keadaan kulit atas hancur dikarenakan kedua buah ini berkondisi mengkal, tidak seperti kedua buah matang dengan berat yang sama. Untuk ketiga buah dengan berat 1,5 kg dapat terkupas seluruh nya (kelima ruas). Dari kesimpulan diatas didapat bahwa buah alat ini hanya tidak mampu mengupas sempurna durian berkategori mentah (Gambar 18 & 19).
Gambar 15. Penyetelan dudukan
Gambar 16. Peletakan buah pada dudukan
Gambar 17. Pengepresan pisau terhadap buah
Gambar 18. Buah yang terkupas sempurna (5 ruas)
Gambar 19. Buah mengkal yang rusak tidak terkupas Kapasitas Efektif alat
Pada proses pengukuran kapasitas efektif alat, dilakukan pengupasan buah oleh operator (laki-laki) 1 orang dengan 9 kali pengulangan. Setiap pengulangan, diberikan perlakuan yang sama, yaitu waktu dihitung dimulai buah diambil, lalu diletakkan pada dudukan buah, hingga pengepresan mata pisau dengan tuas.
Perlakuan tersebut diberikan pada buah durian dengan berat 0,4 kg sebanyak 3 buah, 1 kg sebanyak 3 buah, dan 1,5 kg sebanyak 3 buah. Lalu, diperoleh data kapasitas efektif alat sebagai berikut:
Tabel 4. Kapasitas efektif alat pengupas kulit durian mulai dari pengambilan buah. durian dengan perlakuan yang sama pada masing- masing buah dengan berat 0,4 kg diameter rata-rata 12,26 cm, 1 kg diameter rata-rata 14,53 cm, dan 1,5 kg diameter rata-rata 16,13 cm yang masing-masing berjumlah 3 buah adalah total keseluruhan sama dengan 267 buah/jam dengan rata-rata 270 buah/jam dari total keseluruhan pengulangan. Alat ini dapat dipakai untuk seluruh bentuk dan berat durian, dimana bahwa dari hasil tersebut dapat dilihat perbedaan kapasitas efektif tidak terlalu jauh dengan berat bahan yang berbeda, serta diameter yang beragam, dan seluruhnya dapat terkupas. Hanya saja, tingkat kematangan sangat berpengaruh terhadap kemampuan alat mengupas kulit durian, hal ini dapat dilihat dari data pengulangan 5 dan 6 dimana waktu pengupasan adalah yang paling lama dikarenakan sulitnya mata piasu menembus tekstur kulit keras pada buah mengkal. Dan dapat dilihat pula pada (gambar 6) bahwa kulit mengalami kerusakan pada buah yang mengkal.
Analisis ekonomi
Analisis ekonomi digunakan untuk menentukan besarnya biaya yang harus dikeluarkan saat produksi menggunakan alat pengupas durian ini. Dengan analisis
ekonomi dapat diketahui seberapa besar biaya produksi sehingga keuntungan alat dapat diperhitungkan.
Dari penelitian yang dilakukan (Lampiran 11) diperoleh biaya untuk pengupasan durian sama tiap tahunnya yaitu sebesar Rp. 38,41/kg pada tahun pertama hingga tahun ke lima. Hal ini disebabkan karena persamaan nilai biaya penyusutan pada tiap tahunnya sehingga mengakibatkan nilai biaya tetap alat ini pada setiap tahunnya adalah sama.
Biaya pengupasan durian merupakan biaya yang harus dikeluarkan untuk setiap proses pengupasan, biaya pengupasan durian ini sudah mencakup biaya modal, biaya perbaikan, biaya operator dan biaya listrik, sehingga dengan mengetahui biaya pengupasan durian yang harus dikeluarkan kita dapat menentukan berapa biaya (upah) yang akan dibayarkan oleh konsumen untuk setiap kali pengupasan durian dalam proses pengupasan perbuahnya.
Break Even Point
Berdasarkan data yang diperoleh dari penelitian yang dilakukan diperoleh nilai break even point yang diperoleh (Lampiran 12) alat ini mencapai titik impas apabila telah melakukan pengupasan sebanyak 182 buah/tahun.
Menurut Waldiyono (2008), analisis titik impas umumnya berhubungan dengan proses penentuan tingkat produksi untuk menjamin agar kegiatan usaha yang digunakan dapat membiayai sendiri (self financing), dan selanjutnya dapat berkembang sendiri (self growing). Dalam analisis ini keuntungan awal dianggap nol. Manfaat perhitungan titik impas adalah untuk mengetahui batas produksi minimal yang harus dicapai dan dipasarkan agar usaha yang dikelola masih layak
untuk dijalankan. Pada kondisi ini income yang diperoleh hanya cukup untuk menutupi biaya operasional tanpa adanya keuntungan.
Net Present Value
Net present value (NPV) adalah kriteria yang digunakan untuk mengukur suatu alat layak atau tidak layak untuk menjadi usaha. Dalam menginvestasikan modal dalam penambahan alat pada suatu usaha maka NPV ini dapat dijadikan satu alternatif dalam analisis financial.
Dari percobaan dan data yang diperoleh (Lampiran 13) pada penelitian yang dilakukan dapat diketahui besarnya NPV dengan suku bunga 5 % adalah sebesar Rp. 26.675.905.260,548/tahun. Hal ini berarti usaha ini layak untuk dijalankan karena nilainya lebih besar dari nol. Menurut pernyataan Giatman (2006) yang menyatakan bahwa kriteria NPV yaitu:
- NPV > 0, berarti usaha yang telah dilaksanakan menguntungkan
- NPV < 0, berarti sampai dengan n tahun investasi usaha tidak menguntungkan - NPV = 0, berarti tambahan manfaat sama dengan tambahan biaya yang dikeluarkan.
Internal Rate of Return
Menurut Giatman (2006), yang menyatakan bahwa dengan menggunakan metode IRR menjelaskan seberapa kemampuan cash flow dalam mengembalikan modalnya dan seberapa besar pula kewajiban yang harus dipenuhi. Berdasarkn perhitungan yang tela dilakukan didapat hasil IRR pada alat ini yaitu 42,15 % (Lampiran 14). Artinya, dari hasil yang diperoleh didapat kesimpulan bahwa suku bunga bank tidak boleh diatas 42,15 %. Jika bunga pinjaman bank melebihi batas tersebut maka usaha ini tidak layak diusahakan dan juga jika bunga pinjaman bank tinggi, maka keuntungan yang didapat pada usaha ini juga semakin sedikit.