Rak pengering dengan sistim getaran yang digunakan pada percobaan ini memiliki empat buah pegas sebagai tumpuan dan dilengkapi dengan satu buah massa eksentrik, poros dan kopling serta satu buah motor listrik sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 7.
5 1 3 6 2 8 4 7 9
Keterangan:
1 Rak pengering 4. Pegas rak 7. Tumpuan / Alas 2 Motor listrik 5. Ventilasi 8. Tempat komoditi 3 Massa eksentrik 6. Komoditi 9. Kaki alat pengering
Gambar 7 Letak komponen penggetar dan komoditi pada rak pengering Percobaan getaran diawali dengan menyiapkan ruang pengering yang dilengkapi dengan motor listrik dan penggetar serta rak pengering tanpa komoditi kacang mete karena percobaan ini hanya memastikan kemampuan motor listrik beroperasi selama satu hari penuh. Selanjutnya pada pagi hari berikutnya rak pengering di isi kacang mete di mana percobaan getaran ini dilakukan guna memastikan getaran pada rak pengering mampu menyebabkan permukaan seluruh kacang mete bisa memperoleh udara panas, baik kacang mete gelondongan maupun kacang mete yang hanya memiliki kulit ari tanpa merusak permukaan kacang mete tersebut. Sebelum dilakukan percobaan maka terlebih dahulu dipersiapkan alat dan bahan percobaan lalu memasang alat-alat ukur maupun kacang mete yang akan digunakan. Alat ukur percepatan getaran diletakkan pada rak pengering, dan beberapa buah massa eksentrik dipersiapkan guna mengganti massa eksentrik yang tidak mampu menghasilkan gerakan biji kacang mete yang diharapkan Biji kacang mete tersebut diletakkan di atas rak pengering lalu motor listrik dioperasikan hingga diperoleh getaran rak pengering yang diharapkan yakni: setiap biji kacang mete yang sedang dikeringkan mampu bergerak sehingga udara panas bisa mengenai semua permukaan komoditi kacang mete yang sedang dikeringkan selama proses pengeringan berlangsung. Kacang mete diletakkan pada rak bagian atas dengan jumlah yang relatif sedikit, lalu kacang mete pada rak bagian atas tersebut selalu di tambah atau dikurangi jumlahnya dan getaran pada rak pengering maupun gerakan kacang mete harus diperhatikan. Selanjutnya rak pengering berikutnya di isi kacang mete sedikit demi sedikit sebagaimana rak pengering paling atas. Getaran rak pengering maupun gerakan kacang mete dapat di atur sesuai dengan yang diharapkan dengan cara menambah atau mengurangi jumlah kacang mete dan mengganti massa eksentrik pada penggerak rotasi. Bila getaran dalam menggerakkan kacang mete yang sedang dikeringkan telah tercapai maka selanjutnya dilakukan pengukuran tentang waktu yang dibutuhkan dalam
menggerakkan kacang mete di atas rak pengering, percepatan getaran, massa eksentrik dari penggerak rotasi, serta kecepatan putar motor listrik. Kecepatan minimum untuk resonansi adalah kurang dari kecepatan desain ((Suwardi 2008). Data pengukuran dari hasil percobaan getaran ini merupakan komponen- komponen yang besarnya akan digunakan pada percobaan-percobaan berikutnya.
Hasil dan Pembahasan Massa Eksentrik, Beban Rak dan Resonansi
Percobaan yang menggunakan massa eksentrik ini dilakukan sebanyak empat kali, dimana selama percobaan menggunakan beban rak maupun massa eksentrik yang bervariasi. Setelah dilakukan percobaan diperoleh bahwa perbandingan kecepatan sudut putar dengan kecepatan sudut alamiah akan mengalami penurunan bila beban massa eksentrik ditingkatkan, Hal ini disebabkan bahwa massa eksentrik yang besar menyebabkan putaran motor listrik akan berkurang sehingga kecepatan sudut putar menurun, sebagaimana Tabel 1 berikut:
Tabel 1 Percobaan getaran dengan hanya menggunakan massa eksentrik Perc. Beban Rak, M (kg) Jumlah Kacang mate, (kg) Massa eksentrik, m (kg) Putaran motor, n (rpm) Kec. sudut putar, ω (rad/s) Kec. sudut alamiah, ωn (rad/s) Perb. Kec. Sudut, r (-) I 15 5 0.2 695 69.5 57.2 1.22 0.25 438 43.8 57.2 0.77 0.3 434 43.4 57.2 0.75 II 20 10 0.2 475 47.5 49.5 0.96 0.25 395 39.5 49.5 0.80 0.3 298 29.8 49.5 0.60 III 30 20 0.2 469 46.9 40.4 1.16 0.25 438 43.8 40.4 1.08 0.3 256 25.6 40.4 0.63 IV 40 30 0.2 476 47.6 40.4 1.36 0.25 438 43.8 40.4 1.25 0.3 413 41.3 40.4 1.12
Selanjutnya diketahui bahwa pada r = 1 akan terjadi resonansi, namun pada percobaan ini diperoleh nilai r hanya mendekati 1 yakni: r = 0.96 sebagaimana yang ditunjukkan pada Tabel 1. Kondisi ini mendekati resonansi dan terjadi pada putaran motor listrik, n = 475 rpm, beban rak, M = 20 kg dan massa eksentrik, m = 0.2 kg serta nilai XM/me = 5. Kondisi ini dapat menyebabkan gerakan komoditi yang berada di atas rak dapat bergerak secara maksimal atau lompat. Pada percobaan diperlihatkan pula bahwa pada putaran motor 395 rpm diperoleh besarnya MX/me = 4. Hasil percobaan ini relatif sama dengan hasil analisis sebagaimana Gambar 8.
Hasil percobaan pada r = 1.08 diperoleh nilai X/Y = 4.6 sedangkan hasil percobaan pada r = 1.16 diperoleh nilai X/Y = 4.5. Hasil percobaan ini relatif sama dengan hasil analisis sebagaimana yang diperlihatkan pada Gambar 9 tentang perbandingan kecepatan sudut putar dengan kecepatan sudut alamiah, r terhadap besarnya perbandingan X/Y pada beban rak, M = 30 kg.
0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 600 800 1000 1200
Putaran motor listrik (rpm)
Ni la i X M / m e
Gambar 8 Perubahan M X/m e terhadap putaran poros motor listrik (rpm) dengan beban pegas yang konstan sebesar 20 (kg)
0 1 2 3 4 5 6 0 0,5 1 1,5 2 r X/ Y
Gambar 9 Perbandingan kecepatan sudut putar dengan kecepatan sudut alamiah (r) terhadap besarnya perbandingan X/Y pada beban rak, M = 30 kg
Pemanfaatan Massa Eksentrik Untuk Pengeringan
Setelah dilakukan percobaan dan simulasi getaran dengan menggunakan empat buah pegas serta satu buah motor listrik yang dihubungkan langsung dengan massa eksentrik, maka pada percobaan tentang kemampuan motor listrik menunjukkan bahwa komponen-komponen motor listrik tersebut mampu bila dioperasikan selama se-hari. Pada percobaan getaran tentang gerakan kacang mete yang berada diatas rak pengering memperlihatkan bahwa motor listrik yang diletakkan diluar ruang pengering ini memiliki putaran sebesar n = 438 rpm dan massa eksentrik yang diletakkan tepat di bawah rak pengering memiliki massa sebesar m = 0.48 kg.. Hal ini menunjukkan hasil bahwa kacang mete yang berada di atas rak pengering dapat bergerak sesuai dengan yang diharapkan sehingga aliran udara panas yang mengalir kedalam ruang pengering bisa mengenai seluruh permukaan komoditi kacang mete yang berada di atas rak pengering. Percobaan ini menunjukkan pula bahwa pergerakan komoditi kacang mete yang berada di atas rak pengering tidak menimbulkan kerusakan atau cacat pada permukaan komoditi kacang mete tersebut. Demikian pula komponen-komponen peralatan yang digunakan seperti pegas, kopling, poros, massa eksentrik maupun motor listrik tidak mengalami kerusakan selama percobaan berlangsung.
Pengoperasin motor listrik dalam membantu menggerakkan komoditi kacang mete yang berada di atas rak pengering perlu diatur selama satu jam beroperasi dan satu jam diistrahatkan lalu satu jam berikutnya dioperasikan lagi, demikian seterusnya. Hal ini dilakukan karena pada percobaan getaran ini terlihat bahwa gerakan kacang mete setiap satu jam diprediksi telah cukup menerima aliran udara panas ke seluruh permukaannya dan demi mengurangi penggunaan energi listrik. Data-data penting yang diperoleh dari hasil percobaan getaran tanpa peredam maupun hasil simulasi sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 10.
0 1 2 3 4 5 6 7 0 500 1000 1500 2000 2500
Putaran motor listrik (rpm)
Ni la i X M / m e
Gambar 10 Perubahan M X/m e terhadap putaran poros motor listrik (rpm) dengan beban pegas yang konstan sebesar 40 (kg)
Gambar 10 memperlihatkan hasil percobaan dan simulasi tentang perubahan putaran poros motor listrik, n (rpm) terhadap besarnya getaran XM/me. Hasilnya diperoleh bahwa besarnya putaran poros motor listrik mempengaruhi besarnya getaran, dan putaran motor listrk yang dapat menghasilkan getaran XM/me terbesar terjadi pada putaran motor listrik sebesar n = 334.59 rpm. Hal ini disebabkan bahwa kecepatan sudut putar sebesar ω = 35,02 rad/det akan sama besarnya dengan kecepatan sudut alamiah ωn = 35.02 rad/s apabila putaran motor listrik sebesar n = 334.59 rpm akan diperoleh pada kondisi tersebut. Pada percobaan yang dilakukan tidak bisa diperoleh besarnya putaran motor listrik, n = 334.59 rpm. Namun demikian, percobaan ini diperoleh bahwa putaran motor
listrik sebesar, n = 438 rpm yang menghasilkan nilai XM/me = 2.4 telah mampu menyebabkan kacang mete yang berada di atas rak pengering bergerak sebagaimana yang diharapkan. Selanjutnya pada percobaan ini diperoleh pula bahwa pada putaran 413 rpm diperoleh XM/me = 5.33. Hasil lengkap ditunjukkan pada tabel Lampiran 4.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Beban Eksentrik, m (kg) A m p li tu d o , X ( m m ) M = 40 kg M = 38 kg M = 36 kg M = 34 kg M = 32 kg M = 30 kg perc.
Gambar 11 Perubahan besarnya amplitudo, X (mm) terhadap perubahan beban yang diterima pegas, M (kg) serta perubahan beban eksentrik, m (kg) pada
putaran konstan sebesar n = 438 rpm
Gambar 11 menjelaskan pula hasil percobaan dan simulasi tentang perubahan besarnya amplitudo, X (mm) terhadap perubahan beban yang diterima oleh pegas, M (kg) serta perubahan massa eksentrik, m (kg) pada putaran motor listrik yang diperoleh dari percobaan sebesar n = 438 rpm. Hasilnya menunjukkan bahwa penempatan massa eksentrik (m) yang lebih besar pada setiap beban yang diterima pegas, M (kg) akan dapat menyebabkan peningkatan amplitudo getaran. Oleh sebab itu dengan melakukan perubahan beban yang diterima oleh pegas, M (kg) serta perubahan massa eksentrik, m (kg) pada putaran tertentu dari motor listrik yang digunakan maka getaran rak pengering ataupun gerakan yang diharapkan dari suatu komoditi yang berada di atas rak pengering akan dapat tercapai. Percobaan ini dilakukan beberapa kali perubahan atau pergantian beban yang di terima oleh pegas maupun massa eksentrik agar kacang mete yang berada
di atas rak pengering dapat bergerak sebagaimana yang diharapkan. Hasilnya menjelaskan bahwa hal ini dapat tercapai apabila besarnya beban yang diterima oleh pegas, M = 40 kg, massa eksentrik sebesar, m = 0.48 kg, percepatan getaran, A = 2.3 m/det2 dan besarnya amplitudo adalah, X = 2.88 mm. Hasil ini berbeda dengan besarnya amplitudo optimum yang telah dilakukan oleh Das at al. (2009) pada pengeringan padi yang juga menggunakan getaran, yakni diperoleh amplitudo optimum sebesar, X = 8 mm hingga 9 mm. Hal ini diprediksi disebabkan oleh dimensi biji padi yang relatif lebih kecil dibanding dengan dimensi biji kacang mete sehingga amplitudo optimum yang dibutuhkan pada pengeringan padi relatif lebih besar dibanding amplitudo optimum untuk pengeringan kacang mete.
Jadi dari beberapa hasil analisis, simulasi dan percobaan tersebut diperlihatkan bahwa perubahan amplitudo, X (mm) hingga kondisi resonansi dapat diperoleh dengan cara mengatur besarnya beban yang diterima oleh pegas, M (kg), kecepatan sudut putar, ω (rad/det), beban massa eksentrik, m (kg) maupun besarnya kecepatan sudut alamiah, ωn (rad/det) yang terjadi pada rak pengering.
Pada percobaan yang telah dilakukan agak sulit mendapatkan kondisi resonansi sebagaimana hasil yang telah diperolah pada analisis yakni perbandingan kecepatan sudut sebesar, r = 1. Namun demikian pada percobaan ini tetap diusahakan agar gerakan kacang mete yang berada di atas rak pengering sebagaimana yang diharapkan yakni seluruh permukaan kacang mete memperoleh aliran udara panas dan tidak menimbulkan kerusakan atau cacat pada kacang mete tersebut. Untuk mencapai hal ini maka pada percobaan tersebut diperoleh bahwa putaran motor listrik yang terjadi guna memperoleh gerakan kacang mete yang diharapkan adalah sebesar, n = 438 rpm dengan amplitudo getaran sebesar 0.00288 m. Jumlah komoditi kacang mete yang sedang dikeringkan sebanyak 30 kg atau 26.3 kg berada di atas rak pengering sehingga dapat memperoleh getaran dan sisanya sebesar 3.7 kg berada pada tempat yang digantung sehingga tidak memperoleh getaran. Gerakan rotasi memiliki massa eksentrik sebesar, m = 0.48 kg. Pemanfaatan gerakan rotasi dari massa eksentrik ini menghasilkan gerakan ayunan tanpa benturan pada rak pengering yang ditumpu 4 buah pegas. Besar ataupun kecilnya gerakan ini dapat di atur dengan cara mengganti massa eksentrik
sesuai dengan besarnya gerakan kacang mete yang berada diatas rak pengering sebagaimana yang diharapkan. Selanjutnya nampak bahwa gaya pengganggu, Fo akibat adanya massa eksentrik sebesar 101 63 N sebagaimana yang ditunjukkan pada Lampiran 12, lebih besar dibanding berat kacang mete dan juga kecepatan motor listrik yang relatif besar dibanding gerakan kacang mete. Jadi dengan memanfaatkan gerakan rotasi yang bersumber dari putaran motor listrik, maka pada percobaan ini terlihat adanya gerakan ayunan pada rak pengering sehingga komoditi kacang mete yang sedang dikeringkan turut bergeser atau bergerak di atas rak pengering tersebut.
Simpulan
Hasil penelitian pada bab ini dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Percobaan dengan beban rak M = 20 kg diperoleh bahwa kondisi komoditi yang berada di atas rak sudah dapat lompat pada saat getaran mendekati resonansi yakni terjadi pada putaran, n = 475 rpm dan massa eksentrik sebesar, m = 0.2 kg serta nilai MX/me = 0.96.
2. Percobaan dengan beban rak, M = 40 kg diperoleh bahwa besarnya getaran yang diprediksi telah mampu menyebabkan aliran udara panas mengenai seluruh permukaan kacang mete terjadi pada putaran, n = 438 rpm dan massa eksentrik sebesar, m = 0.48 kg. Sedangkan percepatan getaran diperoleh sebesar, A = 2.3 m/det2 dan amplitudo getaran sebesar, X = 2.88 mm.
3. Percobaan getaran ini tidak mengakibatkan kerusakan ataupun cacat pada komponen peralatan maupun komoditi kacang mete yang berada di atas rak pengering. Panjang lengan massa eksentrik yang digunakan setiap percobaan adalah, e = 0.1 m sedangkan daya motor listrik sebesar 0.5 hp.
BAB 4
ANALISIS KESEIMBANGAN ENERGI