DESAIN DAN UJI TEKNIS SISTEM MEKANIK
MESIN SORTASI BUAH MANGGIS
MUHARFIZA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis “Desain dan Uji Teknis sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis” adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka dibagian akhir tesis ini.
Bogor, 13 Oktober 2006.
Muharfiza
ABSTRAK
MUHARFIZA. F151030061. Desain dan Uji Teknis Sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis. Dibimbing oleh SUROSO dan I WAYAN BUDIASTRA.
Manggis merupakan salah satu produk perkebunan unggulan Indonesia dengan nilai ekspor yang mencapai US$9.31 juta pada tahun 2003. Untuk tetap meningkatkan dan mempertahankan nilai ekspor ini diperlukan penanganan sortasi yang baik. Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini, proses sortasi dan pemutuan buah manggis banyak dikembangkan secara otoma tis menggunakan bantuan komputer. Ini didorong oleh terbatasnya kemampuan dan waktu manusia untuk dapat melakukan penyortiran serta berbedanya persepsi setiap penyortir. Pemutuan buah manggis yang sedang dikembangkan dewasa ini adalah pemutuan kualitas bagian dalam dari buah seperti tingkat kematangan, rasa maupun kerusakan. Hingga saat ini, alat sortasi manggis secara otomatis belum ada. Oleh itu diperlukan perekayasaan alat penyortir yang dapat bekerja secara otomatis dan akurat mulai dari pemasukkan buah sampai dengan penampungan hasil sortasi.
Penelitian ini bertujuan untuk merancang (kapasitas, daya, sistem transmisi dan poros), membangun (rangka, unit pengolahan citra, unit ultrasonik dan sistem transportasi) serta menguji sistem mekanik alat sortasi buah manggis.
DESAIN DAN UJI TEKNIS SISTEM MEKANIK
MESIN SORTASI BUAH MANGGIS
MUHARFIZA
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Penelitian : Desain dan Uji Teknis Sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis Nama Mahasiswa : Muharfiza
NRP : F151030061
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr Dr. Ir. I Wayan Budiastra, M.Agr
Ketua Anggota
Diketahui
a.n. Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana IPB Ilmu Keteknikan Pertanian
Sekretaris,
Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr Prof. Dr. Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 21 Nopember 1979 dari ayah Rizal Saleh, SE dan ibu Hafnizar Hasan. Penulis merupakan putra pertama dari tiga bersaudara.
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis yang berjudul “Desain dan Uji Teknis Sistem Mekanik Mesin Sortasi Buah Manggis”. Tesis ini merupakan hasil penelitian yang telah penulis laksanakan mulai bulan September 2005 – Juli 2006. Perancangan dilakukan dengan menggunakan bantuan software komputer, perakitan dilakukan di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian, Departemen Pertanian RI di Serpong sedangkan untuk penyetelan dan pengujian dilakukan di Laboratorium Metatron Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini merupakan bagian dari Program Hibah Pasca yang terdiri dari beberapa bagian penelitian, penulis termasuk dala m bagian manufakturing dengan kegiatan merancang, merakit dan menguji transportasi mesin sortasi tersebut.
Penulis menghaturkan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada Bapak Dr. Ir. H. Suroso, M.Agr selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Bapak Dr. Ir. I Wayan Budiastra, M.Agr selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan arahannya dari awal penelitian hingga selesainya penulisan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku Penguji Luar Komisi yang telah banyak memberikan masukan dan pengayaan dalam tesis ini. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Bapak Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M. Agr yang telah banyak membantu penulis dalam memberikan masukan secara langsung maupun tidak langsung.
Ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada Direktur Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional, yang telah memberikan biaya bantuan pendidikan pascasarjana (BPPS) selama 18 bulan, kepada Rektor Universitas Gunung Leuser serta kepada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, yang juga telah memberikan bantuan biaya penelitian dalam program Hibah Tim Pascasarjana hingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan ini.
Ucapan terima kasih selanjutnya penulis haturkan kepada Bapak Sulyaden sebagai teknisi di Bengkel Departemen Teknik Pertanian IPB, kepada rekan-rekan penulis: Mas Wagimin, Mas Andre, B’Ade, B’Wein, B’Samsul, B’Din, P’Sandra, B’Ayus, B’Can, C’Mun, Bayu, Iqbal dan Mala yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian tesis ini, serta teman-teman di IKAMAPA yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Selanjutnya ucapan terima kasih yang teramat dalam penulis haturkan kepada istri penulis tercinta Yudia Handayani, SE yang selalu mendoakan, mencurahkan kasih sayang dan mendorong penulis untuk berhasil. Tidak lupa do’a penulis kepada Ayahanda Rizal Saleh, SE dan Ibunda penulis Hafnizar Hasan yang telah melahirkan, membesarkan serta mendidik penulis juga kedua adik tercinta Drh. Dian Keumala dan Citra Dewi Keumala. Selanjutnya terima kasih kepada Mertua Penulis, Keluarga Besar di Jakarta dan Banda Aceh.
Bogor, 13 Oktober 2006
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ··· x
DAFTAR TABEL ··· xiii
DAFTAR GAMBAR ··· xiv
DAFTAR LAMPIRAN ··· xv
PENDAHULUAN Latar Belakang ··· 1
Tujuan Penelitian ··· 3
Manfaat Penelitian ··· 3
TINJAUAN PUSTAKA Manggis ··· 4
Mesin Sortasi ··· 6
TAHAPAN PENELITIAN Identifikasi Masalah ··· 8
Gagasan Awal ··· 8
Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan ··· 8
Analisis ··· 9
Pelaksanaan ··· 9
PENDEKATAN DESAIN Desain Fungsional ··· 11
Rangka ··· 11
Unit penggerak ··· 12
Unit pengolahan citra ··· 12
Unit ultrasonik ··· 12
Unit pendoromg ··· 12
Unit penampung ··· 13
Desain Struktural ··· 13
Unit penggerak ··· 13
Konstruksi rangka ··· 13
Unit pengolahan citra ··· 14
Unit pengolahan ultrasonik ··· 14
xi
METODOLOGI PENELITIAN ··· 16
Waktu dan Tempat ··· 16
Alat dan Bahan ··· 16
Analisis Perencanaan ··· 16
Perencanaan kapasitas ··· 16
Perencanaan kebutuhan daya ··· 16
Faktor keamanan ··· 17
Perencanaan sistem transmisi sabuk gilir (timming belt) ··· 19
Perencanaan poros dan pasak ··· 23
Analisis lenturan (bending analysis) ··· 29
Sistem transportasi buah ··· 30
Uji Teknis ··· 31
Analisa kapasitas mesin ··· 31
HASIL PERANCANGAN Perencanaan Kapasitas ··· 32
Perhitungan Daya yang Dibutuhkan ··· 32
Perhitungan Transmisi Sabuk Gilir ··· 32
Perhitungan sabuk gilir untuk menggerakkan reducer ··· 33
Perhitungan sabuk gilir untuk menggerakkan konveyor ··· 38
Perhitungan Poros dan Pasak ··· 42
Perencanaan pemilihan poros dengan beban puntir ··· 42
Perencanaan pemilihan pasak dan alur pasak ··· 45
Analisa Lenturan ··· 47
Perhitungan gaya akibat beban terpusat ··· 49
Perhitungan momen jarak ··· 50
Perhitungan kontrol tegangan dan lendutan ··· 53
HASIL DAN PEMBAHASAN Daya Penggerak yang Digunakan ··· 55
Transmisi Sabuk Gilir ··· 56
Poros dengan Beban Puntir dan Pasak ··· 58
Rangka Utama, Pengolahan Citra dan Ultrasonik ··· 59
Bak Penampung ··· 61
Mangkuk dan Sistem Transportasi ··· 62
Penguat Tegangan Rantai ··· 64
Rancangan Solenoid ··· 65
xii
Hasil Uji Teknis ··· 67
SIMPULAN
Simpulan ··· 68
Saran ··· 68
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Komposisi kandungan nilai gizi
buah manggis per 100 gr ··· 1
2 Perkembangan ekspor
buah manggis Indonesia tahun 2000 – 2004 ··· 2
3 Persyaratan mutu manggis segar ··· 5
4 Baja paduan untuk poros ··· 23
5 Baja karbon untuk konstruksi mesin
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Diameter poros standar ··· 72
2 Faktor konsentrasi tegangan ß untuk pembebanan puntir statisdari suatu poros bulat dengan pengecilan diameter yang diberi filet ··· 73
3 Faktor konsentrasi tegangan a untuk pembebanan puntir statis dari suatu poros bulat dengan alur pasak persegi yang diberi filet ··· 73
4 Pemilihan untuk uk uran pasak dan alur pasak ··· 74
5 Faktor koreksi K? ··· 75
6 Daerah penyetelan jarak sumbu poros ··· 75
7 Tipe, ukuran dan pemakaian sabuk gilir ··· 76
8 Kapasitas daya yang ditransmisikan setiap inchi (25.4 mm) lebar sabuk gilir Po (kW) ··· 77
9 Nomor nominal, jumlah gigi dan panjang untuk sabuk gilir standar ··· 78
10 Faktor koreksi untuk berbagai JGT (Jumlah Gigi Terkait) ··· 79
11 Motor listrik dan reducer ··· 80
12 Rancangan rangka utama ··· 81
13 Rancangan unit pengolahan citra ··· 82
14 Rancangan unit ultrasonik ··· 83
15 Rancangan dudukan solenoid ··· 84
16 Rancangan mangkuk ··· 85
17 Rancangan bak penampung ··· 86
18 Rancangan sistem transmisi ··· 87
19 Gambar sistem transportasi buah ··· 88
20 As dan sproket tensioner ··· 89
21 Mesin sortasi hasil rancangan ··· 90
22 Gambar unit ultrasonik hasil rancangan ··· 90
xvi
24 Gambar solenoid ··· 91
25 Gambar bak penamp ung mutu super dan mutu 1 ··· 92
26 Gambar bak penampung mutu 2 ··· 92
27 Mangkuk dan sistem transportasi hasil rancangan ··· 93
28 Poros dan sproket pengiring ··· 93
29 Roda rotasional ··· 94
PENDAHULUAN
Latar BelakangPotensi dan peluang pasar industri buah-buahan dewasa ini terus meningkat,
hal ini disebabkan antara lain karena meningkatnya jumlah konsumen, pendapatan
dan kesadaran masyarakat akan pentingnya gizi khususnya buah manggis seperti
terlihat dalam Tabel 1. Untuk mengimbangi konsumsi ini dibutuhkan produk yang
sesuai dengan keinginan konsumen yaitu berkualitas baik dan mutu buah yang
seragam.
Tabel 1 Komposisi kandungan nilai gizi buah manggis per 100 gr (Departemen Kesehatan. 1980)
Jenis Gizi Nilai Gizi
Air 79.7 gr
Kalori 76 kal
Karbohidrat 18.6 gr Serat Kasar 1.3 gr
Lemak 0.8 gr
Protein 0.7 gr
Abu 0.2 gr
Kalsium 18 mgr
Fosfor 11 mgr
Zat Besi 0.3 mgr
Vitamin B: Thiamin 0.06 mgr Vitamin B: Riboflamin 0.01 mgr Vitamin B: Niacin 0.04 mgr
Vitamin C 2 mgr
Salah satu tanaman yang mempunyai prospek baik dalam pemasaran dalam
dan luar negeri adalah manggis. Produksi manggis Indonesia dari tahun ke tahun
mengalami peningkatan hingga tahun 2003. Pada tahun 2000 Indonesia mampu
memenuhi pangsa ekspor sebesar 7182.098 kg, tahun 2001 sebesar 4868.528 kg,
tahun 2002 sebesar 6512.423 kg, tahun 2003 adalah titik tertinggi dalam volume
ekspor buah manggis hingga mencapai 9304.511 kg sedangkan pada tahun 2004
terjadi penurunan volume ekspor menjadi 3045.379 kg.
Dari total produksi manggis yang dihasilkan oleh petani Indonesia, hanya
sekitar 50% yang layak ekspor dibandingkan dengan Thailand dan Malaysia yang
2
pemetikan, penyortiran, penggunaan zat antitranspiran hingga pendistrubusian
manggis yang belum maksimal sehingga tidak dapat memenuhi syarat ekspor.
Tabel 2 Perkembangan ekspor buah manggis Indonesia tahun 2000 – 2004 (Badan Pusat Statistik. 2005)
Tahun Volume (kg)
Nilai (US$) 2000 7.182,098 5.885.038 2001 4.868,528 3.953.234 2002 6.512,423 6.956.915 2003 9.304,511 9.306.042 2004 3.045,379 3.291.855
Salah satu tahapan kegiatan pasca panen untuk memenuhi syarat ekspor
komoditas buah-buahan adalah proses sortasi dan pemutuan. Proses sortasi dan
pemutuan merupakan suatu proses pemisahan produk berdasarkan mutu yang
diperoleh pada pencirian sifat fisik produk yang berhubungan dengan faktor mutu
produk tersebut. Saat ini penyortiran buah dilakukan secara manual yaitu dengan
perkiraan-perkiraan berdasarkan pengalaman. Pada umumnya buah yang disortir
berdasarkan ukuran, berat dan warna buah sehingga mempunyai beberapa
keterbatasan salah satunya adalah tidak dapat diketahuinya kualitas dalam dari
buah tersebut. Tetapi untuk menyiasatinya, petani melakukan pengujian kualitas
dalam buah secara destruktif yaitu dengan mengambil beberapa sampel secara
acak yang kemudian dirusak untuk dapat mengetahui kualitas bagian dalamnya.
Sejalan dengan perkembangan ilmu dan teknologi dewasa ini, proses sortasi
dan pemutuan banyak dikembangkan dengan sistem otomatisasi yaitu dengan
menggunakan bantuan komputer. Hal ini disebabkan karena terbatasnya
kemampuan dan waktu manusia untuk dapat melakukan penyortiran dan
perbedaan persepsi setiap penyortir. Pemutuan buah yang sedang dikembangkan
dewasa ini adalah pemutuan kualitas bagian dalam buah seperti tingkat
kematangan, rasa maupun kerusakan. Hingga saat ini alat sortasi manggis secara
otomatis belum ada sehingga diperlukan alat penyortir manggis yang dapat
bekerja secara otomatis dan akurat mulai dari pemasukkan buah sampai dengan
penampungan hasil sortasi sehingga dapat meningkatkan produktifitas dalam
3
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem mekanik (kapasitas, daya,
sistem transmisi dan poros), membangun (rangka, unit pengolahan citra, unit
ultrasonik dan sistem transportasi) serta menguji sistem mekanik alat sortasi buah
manggis.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat sebagai pembuka wawasan bagi para perancang
untuk dapat mengembangkan mesin sortasi khususnya buah manggis sehingga
didapat hasil rancangan mesin sortasi buah manggis yang lebih kompleks dan
akurat. Selain itu penelitian ini juga bermanfaat bagi eksportir dalam melakukan
penyortiran buah untuk tidak dilakukan secara manual sehingga hasil penyortiran
TINJAUAN PUSTAKA
ManggisMenurut Juanda dan Cahyono (2000). Tanaman manggis dalam tata nama
tumbuhan atau taksonomi tumbuhan diklasifikasikan sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi : Spermatophyta
Sub divisi : Angiospermae
Kelas : Dicotyledonae
Ordo : Gutiferanales
Famili : Guttiferae
Genus : Garcinia
Spesies : Garcinia mangostana L.
Manggis merupakan tanaman buah yang berupa pohon yang berasal dari
hutan tropis yang teduh dikawasan Asia Tenggara, dari Asia Tenggara tanaman
ini menyebar ke daerah Amerika Tengah dan daerah tropis lainnya seperti
Srilanka, Malagasi, Karibia, Hawaii dan Australia Utara.
Berdasarkan SNI 01-3211-1992, mutu buah manggis dikelaskan menjadi
tiga yaitu mutu super, mutu 1 dan mutu 2 (Tabel 3). Adapun dasar pengkelasan
mutunya adalah dengan melihat keseragaman ukuran diameter buah, tingkat
kesegaran warna kulit, kecacatan atau kebusukan buah, kelengkapan tangkai atau
5
Tabel 3 Persyaratan mutu manggis segar (Dewan Standar Nasional. 1992)
Jenis Uji Persyaratan
Mutu Super Mutu 1 Mutu 2
Keseragaman Seragam Seragam Seragam
Diameter >65 mm 55-65 mm <55 mm
Tingkat Kesegaran Segar Segar Segar
Warna Kulit
Hijau kemerahan s/d merah muda
mengkilat
Hijau kemerahan s/d merah muda
mengkilat
Hijau mengkilat
Buah Cacat atau
Busuk 0% 0% 0%
Tangkai dan atau
Kelopak Utuh Utuh Utuh
Kadar Kotoran
( )
bb0% 0% 0%
Serangga Hidup
dan atau Mati Tidak ada Tidak ada Tidak ada Warna
Daging Buah
Putih bersih khas manggis
Putih bersih khas manggis
Putih bersih khas manggis
Untuk standar kualitas buah manggis di Indonesia terdapat tujuh tahap
indeks kematangan yaitu indeks, 0 dengan warna kulit buah kuning kehijauan,
indeks 1 dengan warna kulit buah hijau kekuningan, indeks 3 dengan warna kulit
merah kecoklatan, indeks 4 dengan warna kulit buah merah keunguan, indeks 5
dengan warna kulit buah ungu kemerahan dan indeks 6 dengan warna kulit buah
ungu kehitaman (Direktorat Tanaman Buah, 2002). Seperti ditampilkan dalam
Gambar 1.
Gambar 1 SNI untuk indeks kematangan buah manggis.
0 1
6
Sedangkan Malaysia mempunyai enam tahap indeks kematangan buah
manggis yaitu, indeks 0 dengan warna hijau dengan sedikit kemerahan, indeks 1
dengan warna merah kekuningan, indeks 2 dengan warna merah, indeks 3 dengan
warna cokelat kemerahan, indeks 4 dengan warna keunguan dan indeks 5 dengan
warna ungu tua.
Dewan Standar Nasional (1992) telah melakukan standarisasi dalam
penentuan diameter, yaitu dengan cara mengukur setiap panjang garis tengah yang
tegak lurus pada tinggi buah manggis segar dari seluruh contoh uji dengan
menggunakan alat pengukur diameter yang sesuai. Buah manggis digolongkan
menjadi 3 standar ya itu <55 mm, 55-65 mm dan >65 mm.
Mesin Sortasi
Selama ini penyotiran buah manggis khususnya dilakukan secara manual
berdasarkan warna, berat dan ukuran dengan menggunakan tenaga manusia
sehingga hasil penyortiran dari setiap buah mempunyai kecenderungan untuk
tidak seragam karena asumsi setiap penyortir berbeda-beda, untuk penyortiran
buah manggis secara manual dapat dilihat dalam Gambar 2.
Gambar 2 Penyortiran buah manggis secara manual
Pantastico (1986) mengatakan bahwa mesin sortasi produk-produk pertanian
telah banyak dikembangkan dengan tujuan untuk mengkelaskan produk pertanian
sesuai dengan kelompoknya sehingga lebih seragam, presisi dan akurat. Alat
sortasi dibedakan menjadi dua macam yaitu alat sortasi manual dan mekanis. Alat
sortasi manual menggunakan bantuan tangan untuk memisahkan produk pertanian
7
Silanam et al (2002) merancang mesin sortasi mangga berdasarkan berat.
Mesin sortasi ini bertenaga motor transmisi untuk menggerakan unit penimbang
yang berputar, mangga yang melebihi standar berat untuk unit penimbang akan
dikeluarkan sedangkan yang lebih ringan akan dialirkan menuju kategori unit
penimbang berikutnya dengan standar berat yang ditentukan.
Rice Lake Weighing System yaitu sebuah perusahan penyortir buah-buahan tropis dapat memisahkan produk berdasarkan beberapa kriteria seperti berat,
ukuran, bentuk dan warna. Sistem tersebut meliputi sabuk pengumpan, konveyor
penimbang bergerak dan konveyor pengalih. Dalam sistem ini produk diletakan
dan diatur jaraknya pada belt pengumpan oleh operator atau mekanisme proses
sebelumnya. Pemutuan visual dapat dilakukan oleh mesin maupun secara manual
oleh operator. Hasil dari pemutuan tersebut diumpankan ke sistem kontrol. Lokasi
produk pada belt ditentukan dan dihubungkan dengan optical encoder. Produk dialirkan menuju konveyor penimbang bergerak dan ditimbang ketika sedang
bergerak. Sistem kontrol menghubungkan informasi berat produk dengan
informasi pemutuan visualnya, serta secara konstan menentukan status lokasi dari
konveyor sortasi dengan mengacu pada posisi produk dan mengaktifkan
mekanisme pengalihan yang sesuai pada posisi yang tepat dari konveyor sortasi
seperti terlihat dalam.
Mekanisme pengumpan memegang peranan penting dalam mengalirkan
bahan untuk mengurangi kerusakan fisik. Sistem konveyor pada mesin sortasi
buah CVS Unisorter yang dibangun oleh Rice Lake Weighing System Ltd
dirancang dengan memaksimumkan rotasi dari ukuran buah. Roller yang digunakan terbuat dari plastik khusus yang lembut dan kuat. Sistem konveyor ini
disesuaikan dengan konfigurasi kotak pencahayaan dan kamera untuk
memperoleh hasil sortasi berdasarkan warna dan ukuran dimensi yang baik.
Prathama (2002) telah membangun sebuah mesin sortasi mangga
menggunakan sistem deteksi pengolahan citra menggunakan pengendali mikro
komputer. Mesin ini terdiri dari unit penyalur berjalan yang menggunakan
konveyor, unit pengolahan citra yang menggunakan sensor yang dihubungkan
dengan komputer, unit pendorong mangga yang telah disensor dan digerakan
TAHAPAN PENELITIAN
Identifikasi Masalah
Perekayasaan mesin sortasi yang terbaru yaitu mesin sortasi mangga
berbasis pengolahan citra menggunakan mikrokomputer yang dirancang Prathama
(2002) belum dilengkapi dengan pengolahan ultrasonik. Oleh karena itu
dirancanglah unit pengolahan ultrasonik sebagai uji kualitas buah bagian dalam
serta dilakukan beberapa penyempurnaan seperti konveyor tipe mangkuk agar
buah tidak menggelinding bebas dan lain sebagainya. Desain sistem mekanik
mesin sortasi buah manggis yang diinginkan dapat melakukan penggiringan
secara berkesinambungan sehingga didapat hasil penggiringan yang efisien.
Gagasan Awal
Melengkapi mesin sortasi yang sudah ada dengan pengolahan ultrasonik
yang berfungsi sebagai penguji kualitas buah bagian dalam, sehingga rancangan
ini diharapkan lebih kompak dan optimal dalam kinerjanya. Juga melakukan
perubahan-perubahan desain seperti sistem transmisi (konveyor rantai) dan sistem
transportasi (mangkuk). Mekanisme kerja mesin sortasi diawali dari penempatan
posisi buah yang tepat secara manual yang kemudian ditranportasi hingga pada
penampungan terakhir.
Pengembangan dan Penyempurnaan Gagasan
Perlunya alat pengolah ultrasonik sebagai pengujian kualitas buah bagian
dalam, sehingga tidak perlu dilakukan pengujian secara destruktif dengan sample acak. Bahan-bahan yang akan dipergunakan dalam perakitan mesin sortasi ini
yaitu besi berpenampang kubus yang dipergunakan sebagai rangka mesin,
dudukan mangkuk konveyor dan rangka pengolahan citra, plat besi dengan
ketebalan 1.2 mm sebagai penutup rangka bagian atas, plat aluminium dengan
ketebalan 1 mm sebagai rangka ultrasonik. Konveyor rantai sebagai dudukan
mangkuk, as, pillow block tipe P207, kamera CCD, unit ultrasonik, motor listrik 3 fasa, rpm reducer 1:40, timming belt (sabuk gilir) dan puli. Kontrol dengan sistem
9
Analisis
Dilakukan analisis pembuatan mesin yang mencakup perencanaan elemen
mesin, ketersediaan komponen dipasaran maupun kendala yang mungkin saja
terjadi dilapangan. Dilakukan dengan melakukan perencanaan dan pemilihan
elemen, baik aspek mekanika, kebutuhan tenaga, ketersediaan komponen
dipasaran maupun kendala-kendala yang mungkin saja terjadi dilapangan.
Pelaksanaan
Merupakan langkah untuk mewujudkan hasil rancangan kedalam bentuk
fisik (prototipe). Untuk diagram alirnya dapat ditampilkan dalam Gambar 3.
Prototipe atau bentuk fisik mesin sortasi dibuat berdasarkan rancangan unit sortasi
yang sudah dipindahkan kedalam gambar teknik dan dilengkapi dengan semua
10
Gambar 3 Diagram alir perencanaan dan pengujian mesin sortasi buah manggis. Identifikasi masalah
Pengembangan dan penyempurnaan gagasan
Perhitungan dan perencanaan elemen mesin (Analisis)
Hasil rancangan
Mempersiapkan bahan dan peralatan pembuatan
hasil rancangan
Perakitan hasil rancangan
Penyetelan dan modifikasi hasil rakitan
Pengujian kinerja hasil rakitan
(kapasitas)
Penyempurnaan hasil rakitan
Mesin sortasi hasil rancangan Tidak
Sesuai Gagasan awal
PENDEKATAN DESAIN
Perancangan mesin sortasi ini dimaksudkan untuk melakukan penggiringan
buah manggis dengan perencanaan kapasitas sebanyak 600 buah per jam dengan
asumsi bahwa penyortiran yang dilakukan secara manual antara 600 – 800 buah
per jam, tetapi penyortiran yang dilakukan secara manual hanya dapat
memisahkan buah berdasarkan warna dan ukuran saja tanpa dapat mengetahui
kualitas bagian dalamnya. Proses ini dilakukan dengan mengumpankan manggis
ke atas konveyor berjalan (dalam perancangan ini digunakan konveyor
termodifikasi yang terdiri dari rantai rol).
Dalam pengelompokkan mutu didasarkan dengan SNI 01-3211-1992
dengan kelompok mutu super, mutu 1 dan mutu 2. Cara pemisahan berdasarkan
mutu dengan cara mendorong manggis yang terdapat di atas konveyor hingga
menggelinding ke dalam unit penampungnya masing- masing, untuk mekanisme
pendorongnya menggunakan aktuator. Agar buah manggis hasil grading super dan
mutu 1 menggelinding dan tertampung dalam tempat penampungan, maka
diperlukan beda kemiringan. Untuk itu kemiringan mulut penampung yang
diperlukan adalah sebesar 15o – 35o terhadap arah gerakan konveyor, sedangkan untuk buah dengan mutu 2 akan melewati kedua unit pendorong sampai pada
ujung konveyor dan tertampung kedalam bak penampungan dengan perbedaan
ketinggian lebih rendah dari konveyor sebesar 50 mm dan dengan kemiringan
yang sama.
Desain Fungsional
Bagian-bagian mesin sortasi yang akan didesain ini memiliki fungsi yang
berbeda tetapi saling mendukung sehingga menjadi suatu sistem kerja yang
berfungsi optimal sebagai mesin sortasi. Komponennya utamanya adalah rangka,
mesin, unit pengolahan citra, unit pengolahan ultrasonik serta unit pendorong
otomatis.
Rangka
Rangka mesin berfungsi menopang semua beban yang diletakkan di atasnya
12
beban, rangka bersifat statis dan portabel (mudah dipindahkan). Bahan utama
rangka mesin ini menggunakan besi berpenampang kubus karena material ini
mudah didapat, kuat dan mudah dibentuk.
Unit penggerak
Sumber penggerak utama mesin sortasi ini berasal dari motor listrik yang
kemudian diturunkan kecepatan putarnya menggunakan gigi reducer yang ditransmisikan ke puli melalui sabuk gilir sebagai penggerak konveyor. Reducer
digunakan untuk menurunkan putaran dari motor listrik sehingga kecepatan
konveyor lebih rendah. Puli digunakan sebagai pemindah daya dari motor ke
reducer dan ke konveyor.
Unit pengolahan citra
Unit pengolahan citra berbahan yang sama dengan rangka, unit ini terdiri
dari dudukan kamera yang berfungsi sebagai tempat meletakan kamera, kamera
CCD digunakan sebagai alat masukan citra yang berfungsi sebagai sensor dan
menghasilkan keluaran berupa citra analog sehingga dibutuhkan proses digitasi
dengan menggunakan image frame grabber.
Unit ultrasonik
Unit ultrasonik terdiri dari alat pembangkit, alat penerima, sensor dan
ossiloscope. Unit ultrasonik ini berfungsi sebagai pengujian kualitas buah bagian dalam, untuk penempatan unit ini setelah unit pengolahan citra dan memerlukan
posisi yang tepat serta kokoh karena ketika pengambilan data as tranducer dan
receiver akan berputar sehingga bagian ujung tranducer serta receiver menyentuh buah kemudian tranducer memberikan getaran yang diterima oleh receiver, untuk rangka unit terbuat dari bahan aluminium sedangkan as terbuat dari kuningan dan
pemegang tranducer serta receiver terbuat dari stainless steel.
Unit pendorong
Terbuat dari solenoid DC 12V. Solenoid merupakan gabungan antara spul yang dapat menginduksi sifat magnet batang lunak sehingga mampu menarik besi
13
pada dudukan hasil rekayasa, dimana bagian tengan dari solenoid terdapat besi
pejal dengan panjang 40 mm dan berdiameter 10 mm. Pada besi pejal tersebut
dikaitkan seutas benang nilon yang juga dikaitkan pada tuas pendorong mangkuk.
Sistem kerja solenoid merupakan induksi magnet yang terjadi ketika diberikan arus listrik, sehingga besi tersebut akan tertarik kedalam bagian tengah solenoid
yang juga menarik tuas pendorong sehingga ketika mangkuk melewati unit
pendorong, maka tuas mangkuk akan terdorong oleh tuas pendorong yang
menyebabkan mangkuk akan terdorong ke arah bak penampung. Kekuatan daya
dorong solenoid disesuaikan dengan berat dan ukuran tuas.
Unit penampung
Unit penampung berfungsi sebagai penampung manggis hasil sortasi yang
dilakukan oleh unit pendorong sesuai dengan mutu yang ditentukan. Unit
penampung ini dipasang dengan posisi miring sehingga buah akan mudah
menggelinding secara teratur, permukaan penampung dilapisi dengan busa dengan
tujuan untuk mengurangi kerusakan buah akibat terjadinya benturan dengan
penampung.
Desain Struktural
Pemilihan bahan-bahan yang akan digunakan sebagai komponen mesin ini
merupakan hal yang paling mendasar. Pemilihan bahan didasarkan hasil analisa
teknis dengan mempertimbangkan ketersediaannya serta memperhatikan segi
ekonomis dan efisiensi kerja.
Unit penggerak
Unit ini merupakan bagian terpenting dalam permesinan dan unit ini terdiri
dari penggerak, gigi reduksi, puli dan sabuk. Unit penggerak akan diletakkan pada
bagian bawah meja penutup sehingga tidak mengganggu kinerja mesin dan ruang.
Konstruksi rangka
Rangka mesin terbuat dari besi berpenampang kubus dengan ukuran
penampang 40 mm × 40 mm dan ketebalannya 1.2 mm, penggunaan besi ini
dengan pertimbangan kekuatan besi ini lebih baik dari pada besi siku, lebih
14
mesin berukuran 2400 mm × 450 mm × 155 mm dan pada bagian bawah
diberikan roda dengan diameter 100 mm yang bertujuan agar mudah dipindahkan,
dalam pembuatan rangka mesin ini dibutuhkan material kurang lebih 12 m batang
besi. Penyambungan antar rangka akan menggunakan las listrik sedangkan
penggerindaan dilakukan untuk menghaluskan hasil pengelasannya. Rangka
bagian atas ditutup menggunakan plat dengan ketinggian 100 mm dengan
ketebalan plat 1.2 mm, pemasangan dan penguatan plat dilakukan dengan
menggunakan mur Ø 8 mm.
Unit pengolahan citra
Unit pengolahan citra mempunyai bahan rangka yang sama dengan rangka
utama dengan ukuran 700 mm × 300 mm × 450 mm dan unit ini dimodifikasi
tempat dudukannya agar lebih mudah dipindahkan. Tempat dudukan kamera pada
unit ini terbuat dari plat setebal 1.2 mm sepanjang 200 mm dimana plat tersebut
diberi lubang Ø 8 mm dengan jarak 20 mm tiap lubangnya dan pada setiap sudut
rangka bagian atas unit ini dipasangkan lampu TL cerah dengan kekuatan
masing-masing 7 watt.
Unit pengolahan ultrasonik
Unit pengolahan ultrasonik terdiri dari rangka, as penggerak, ulir penggerak,
dudukan selongsong tranducer dan selongsong tranducer. Untuk rangka dan dudukan selongsong tranducer terbuat dari material aluminium dengan ukuran rangka 100 mm × 415 mm × 394 mm dengan ketebalan 10 mm sedangkan
selongsong tranducer berukuran 40 mm × 100 mm dengan ketebalan 20 mm. Aluminium dipilih karena selain mudah didapat dan murah, bahan ini juga mudah
untuk dibentuk. As penggerak dan ulir penggerak berukuran Ø 15 mm berbahan
kuningan yang kokoh dan mudah dibentuk, sedangkan untuk selongsong
tranducer terbuat dari bahan stainless steel dengan Ø 70 mm panjang 110 mm dan ketebalan 1.2 mm.
Unit penampung
Unit penampung terbuat dari plat besi dengan ketebalan 1.2 mm yang pada
bagian dalamnya dilapisi busa dan dibalut oleh kain kevlar dengan ketebalan 10
15
plat penampung. Unit ini terdiri dari 3 buah, 1 buah dipasang pada akhir jalur
konveyor untuk mutu 2 dan dua buah dipasang sejajar pada sisi rangka
pertengahan jalur konveyor untuk mutu super dan mutu 1, semua penampung
mempunyai kemiringan yang dapat diatur yaitu antara 15o – 35o. Semua penampung terintegrasi dengan rangka dan dapat dilipat sehingga kebut uhan
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan TempatPenelitian dilaksanakan selama tiga bulan dimulai dari bulan September
2005 sampai Juni 2006 di Balai Besar Pengembangan Mekanisasi Pertanian,
Departemen Pertanian RI dan di Bengkel Teknik Pertanian, Departemen Teknik
Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Kegiatan
penelitian meliputi perancangan mesin (desain), perakitan mesin, pengujian mesin
dan pembuatan laporan.
Alat dan Bahan
Dalam penelitian ini alat yang digunakan adalah peralatan bengkel seperti,
alat las, bor, grinda, alat bubut, pemotong, mistar ukur dan lain sebagainya.
Bahan-bahan yang akan digunakan adalah plat besi, besi berpenampang
kubus, plat aluminium, rantai, gir, nylon 50 mm, Pillow block P207 dan P203j, as baja, kuningan dan stainless steel, motor listrik 3 fasa, gigi reducer, sproket 40B60 dan 40B36, rantai RS40, roda statis dan rotasional, mur dan baut, dan lain
sebagainya.
Analisis Perencanaan
Agar mesin dapat melakukan penyortiran buah manggis secara otomatis dan
efisien maka perlu dilakukan beberapa pertimbangan dalam merancangnya:
Perencanaan kapasitas
Dalam mendesain alat sortasi ini direncanakan kapasitas penggiringan buah
manggis sebanyak 600 buah per jam.
Perencanaan kebutuhan daya
Penggerak konveyor mangkuk ini direncanakan menggunakan sumber
tenaga gerak motor listrik, agar efisien maka perlu direncanakan daya dan putaran
yang dibutuhkan untuk melakukan penggiringan yang efisien. Secara umum
motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik
17
energi listrik langsung tetapi secara induksi seperti yang terjadi pada energi
kumparan sekunder transformator. Oleh karena itu, motor AC dikenal dengan
motor induksi. Sebenarnya motor induksi dapat di identifikasikan dengan
transformator yang kumparan primer sebagai kumparan motor.
Motor induksi polyphase banyak dipakai dikalangan industri, hal ini berkaitan dengan beberapa keuntungan dan kerugian yang ada, yaitu;
Keuntungannya: harga relatif murah dan perawatannya mudah, sangat sederhana
dan kuat, efisiensi tinggi pada kondisi putar normal. Sedangkan kerugiannya:
kecepatan tidak dapat berubah, kopel awal mutunya rendah dibanding dengan
motor DC shunt dan kecepatan tidak dapat diubah.
Faktor keamanan
Istilah faktor keamanan adalah faktor yang digunakan untuk mengevaluasi
keamanan dari satu bagian mesin. Misalnya sebuah mesin diberi efek yang kita
sebut sebagai F, kalau F dinaikkan sampai satu besaran tertentu maka akan mengganggu kemampuan bagian mesin. Kalau kita nyatakan batasan ini sebagai
batas akhir, harga F sebagai Fu, maka faktor keamanan dapat dinyatakan sebagai berikut:
F F
FS = u ... 1
Bila F sama dengan Fu maka FS = 1 dan pada saat ini tidak ada keamanan. Akibatnya sering dipakai istilah batas keamanan (margin of safety). Batas keamanan ini dinyatakan dengan persamaan:
1
− =FS
M ... 2 Istilah faktor keamanan dan batas keamanan banyak dipakai, begitu juga
istilah Fu. Faktor keamanan untuk memperhitungkan ketidaktentuan yang mungkin terjadi atas beban yang bekerja pada bagian mesin tersebut. Salah satu
cara memilih faktor keamanan adalah memperhitungkan faktor keamana total atau
faktor keamanan menyeluruh.
Faktor keamanan ini dipakai terhadap semua bagian mesin dan faktor yang
tersendiri dipakai secara terpisah terhadap kekuatan dan terhadap beban atau
terhadap tegangan yang terjadi akibat beban.
p s
j F F
18
Dengan Fs dipakai untuk memperhitungkan semua variasi atau ketidaktetapan yang me nyangkut kekuatan Fp dipakai untuk memperhitungkan semua variasi yang menyangkut beban. Kalau kita menggunakan suatu faktor
keamanan seperti Fs terhadap kekuatan, maka kekuatan yang didapat tidak akan pernah lebih kecil. Jadi harga terkecil dari kekuatan adalah:
σ
σmin ×Fs = ... 4
jadi tegangan yang terbesar dapat dihitung :σp =Fj×σ atau Fp =Fj×F
Dengan Fjadalah komponen dari faktor keamanan total yang diperhitungkan secara terpisah terhadap ketidaktetapan yang menyangkut tegangan atau beban.
Faktor keamanan dapat dengan cepat diperkirakan pada variasi lima ukuran yang
akan dibahas berikut ini, faktor yang dipakai mengikuti aturan Thumb:
keandalan kegagalan
analisa geometri
tegangan
material FS FS FS FS
FS
FS = × × × × ... 5
• Perkiraan kontribusi untuk material, FSmaterial
FS = 1.0 Jika properti material diketahui, jika secara experimental
diperoleh dari pengujian spesimen.
FS = 1.1 Jika properti material diketahui dari buku panduan atau
nilai fabrikasi.
FS = 1.2 – 1.4 Jika properti material tidak diketahui.
• Perkiraan kontribusi untuk tegangan akibat beban, FStegangan
FS = 1.0 – 1.1 Jika beban dibatasi pada beban statik atau berfluktuasi, jika
beban berlebih atau beban kejut dan jika menggunakan metoda analisa yang
akurat.
FS = 1.2 – 1.3 Jika gaya normal dibatasi pada keadaan tertentu dengan
peningkatan 20% – 50% dan metode analisa tegangan mungkin
menghasilkan kesalahan dibawah 50%.
FS = 1.4 – 1.7 Jika beban tidak diketahui atau metode analisa tegangan
memiliki akurasi yang tidak pasti.
• Perkiraan kontribusi untuk geometri, FSgeometri
FS = 1.0 Jika toleransi hasil produksi tinggi dan terjamin.
FS = 1.0 Jika toleransi hasil produksi rata-rata.
19
• Perkiraan kontribusi untuk analisa kegagalan, FSanalisa kegagalan
FS = 1.0 – 1.1 Jika analisa kegagalan yang digunakan berasal dari jenis
tegangan seperti tegangan uniaksial atau tegangan statik multiaksial atau
tegangan lelah multiaksial penuh.
FS = 1.2 Jika analisa kegagalan yang digunakan adalah luasan teori
yang sederhana seperti pada multiaksial, tegangan bolak-balik penuh dan
tegangan rata-rata multiaksial.
FS = 1.3 – 1.5 Jika analisa kegagalan adalah statis atau tidak mengalami
perubahan seperti kerusakan pada umumnya atau tegangan rata-rata
multiaksial.
• Perkiraan kontribusi untuk keandalan, FSkeandalan
FS = 1.2 Jika suatu komponen tidak membutuhkan keandalan yang
tinggi.
FS = 1.2 – 1.3 Jika keandalan pada harga rata-rata 92% – 98%.
FS = 1.4 – 1.6 Jika keandalan diharuskan lebih tinggi dari 99%.
Perencanaan sistem transmisi sabuk gilir (timming-belt)
Puli adalah suatu bagian dari mesin yang berguna untuk mendistribusikan
daya dari satu poros ke poros lain, sehingga mekanisme mesin dapat berjalan
dengan baik. Pada umumnya puli terbuat dari baja, baja tuang, besi tuang dan
aluminium. Berdasarkan kedudukan rodanya, puli dapat dibagi menjadi puli tetap
dan puli bergerak. Puli tetap adalah puli yang rodanya berputar pada poros yang
tidak bergerak, sedangkan pada puli bergerak rodanya berputar pada poros yang
kedudukannya dapat bergeser naik turun.
Dalam pemakaian, roda puli tetap dan bergerak umumnya di gabung
menjadi suatu konstruksi dan biasanya digunakan roda puli dengan jumlah yang
banyak untuk memperkecil daya yang dibutuhkan. Puli juga dapat digunakan
bersama-sama dengan sabuk (belt) dalam berbagai mesin. Dua puli yang saling dihubungkan oleh sabuk dimana puli yang satu diputar oleh poros pendorong dan
puli yang lain memutar poros lainnya.
Dalam perancangan ini roda puli diputar oleh poros utama mesin motor,
kemudian roda ini selanjutnya menggerakan roda puli lain yang akan memutar
20
poros yang terdapat di atas untuk menggerakan konveyor. Kelebihan penggunaan
puli yang pertama adalah biaya pembuatan dan perawatan relatif lebih murah,
yang kedua adalah suaranya lebih halus dibandingkan dengan roda gigi/sproket
dan yang ketiga adalah lebih mudah mentransmisikan daya yang letak porosnya
berjauhan. Sedangkan kekurangan pengguanaan puli yang pertama adalah
efesiensinya lebih kecil dibanding dengan roda gigi/sproket dan yang kedua
adalah lebih mudah slip karena puli memakai transmisi sabuk. Dalam
perancangan puli ini, penulis menentukan diameter puli untuk mendapatkan
perbandingan putaran, sehingga putaran dari motor dapat disalurkan baik
dibesarkan atau dikecilkan sesuai dengan perancangan dengan menggunakan
persamaan dari Sularso dan Kiyokatsu Suga (1978):
i u u d D
n n
p
p 1
; 1 1
2
1 = = = = ... 6
Dimana: n1 = putaran poros motor penggerak (rpm) n2 = putaran poros yang digerakkan (rpm) Dp = diameter puli yang digerakkan (mm) dp = diameter puli penggerak (mm)
Jarak yang jauh antara dua buah poros sering tidak memungkinkan
mentransmisikan langsung putaran atau daya menggunakan roda gigi, maka
penggunaan sabuk luwes dan rantai ya ng dibelitkan di sekeliling puli dan sproket
sangatlah berguna. Selain transmisi sabuk dan rantai juga terdapat transmisi kabel
atau tali yang biasanya untuk tujuan khusus, kekurangan pada sabuk transmisi
biasanya terjadi slip antara sabuk dan puli sehingga kecepatan putar pun tidak
dapat disalurkan dengan baik.
Sularso dan Kiyokatsu (1978) mengatakan bahwa transmisi dengan elemen
mesin yang luwes dapat digolongkan atas transmisi sabuk, transmisi rantai, dan
transmisi kabel/tali. Transmisi sabuk dapat dibagi atas tiga kelompok yaitu sabuk
rata, sabuk penampang trapesium dan sabuk dengan gigi yang digerakkan dengan
sproket. Sabuk rata dipasang pada puli silinder dengan meneruskan momen antara
dua poros yang jaraknya dapat sampai 10 m dengan perbandingan putaran antara
1
1 sampai 6 . Sabuk dengan penampang trapesium dipasang pada puli dengan 1
21
dengan perbandingan putaran 1 sampai 1 7 . Sedangkan untuk sabuk yang 1
digerakkan dengan sproket dengan jarak pusat sampai sampai mencapai 2 m dan
meneruskan putaran secara tepat dengan perbandingan antara 1 sampai 1 6 . 1
Dalam perencanaan ini jenis sabuk yang akan di gunakan adalah sabuk gilir,
sabuk gilir terbuat dari karet neopren atau plastik poliuretan sebagai bahan cetak dengan inti dari serat gelas atau kawat baja, serta gigi- gigi yang dicetak secara
teliti dipermukaan sebelah dalam dari sabuk. Karena sabuk gilir dapat melakukan
transmisi mengait seperti pada roda gigi atau rantai, maka gerakan dengan
perbandingan putaran yang tetap dapat diperoleh.
Untuk meneruskan beban berat atau untuk kondisi kerja pada temperatur
tinggi, lingkungan asam, basa atau lembab dapat dipakai sabuk dari karet neopren. Sabuk poliuretan digunakan untuk transmisi beban ringan yang pada umumnya inti bagian dalamnya terbuat dari serat gelas atau kawat baja.
Batas maksimum kecepatan sabuk gilir kurang lebih 35 m/s yang berarti
lebih tinggi dari sabuk-V dan daya yang di transmisikan sampai dengan 60 kW.
Sabuk gilir dibuat dalam dua tipe, yaitu jenis jarak bagi lingkaran dan jenis
[image:34.596.182.445.463.579.2]modul. Jarak bagi dinyatakan dalam inchi sedangkan modul dalam milimeter.
Gambar 4 Sabuk gilir (Sularso dan Kiyokatsu Suga, 1978).
Dalam desain ini direncanakan menggunakan sabuk bergerigi (gilir/timming
belt) untuk mentransmisikan daya dan putaran dari motor listrik ke reducer untuk menurunkan putaran motor dan dari reducer ke poros konveyor sebagai penggerak utama sistem transportasi. Untuk itu diagram alir perencanaan sabuk
22
Gambar 5 Diagram alir perencanaan sabuk gilir untuk reducer dan konveyor. S T A R T
1. Daya ditransmisikan: P (kW) Putaran poros: n1 (rpm) Perbandingan reduksi putaran l Jarak sumbu poros C (mm)
2. Faktor koreksi fc
3. Daya Rencana Pd(kW)
4. Momen puntir rencana T1, T2 (kg mm)
21. Penampang sabuk Panjang keliling (dalam jumlah gigi) Lebar sabuk
Jumlah gigi puli penggerak dan yang digerakan Jarak sumbu poros
S T O P
E N D
12. Jarak sumbu poros (dalam jarak bagi) Cp,
C (mm)
11. Nomor nominal dan panjang sabuk dalam perdagangan L
9. Diameter puli dp, Dp (mm)
Diameter luar puli dk, Dk (mm)
Diameter naf puli dB, DB (mm)
5. Bahan poros Perlakuan panas
20. Ww : Wwlim
= <
6. Diameter poros ds1, ds2 (mm)
7. Pemilihan penampang sabuk
10. Panjang keliling Lp (dalam jumlah jarak bagi)
8. Jumlah gigi puli z1, z2 Perbandingan reduksi i
13. Daerah penyetelan S Ci, S Ct (mm)
14. Daya yang ditransmisikan per satuan lebar Po (kW)
15. Sudut kontak ? (o) Jumlah gigi terkait (JGT) Faktor koreksi JGT ft
16. Faktor lebar gigi fw
17. Lebar gigi sabuk di pasaran Wb(mm)
b
a
a
18. Lebar gigi puli Ww (mm)
19. Batas lebar gigi puli Wwlim(mm)
23
Perencanaan poros dan pasak
Poros adalah elemen mesin yang berputar yang digunakan untuk
meneruskan daya dari suatu tempat ke tempat lainnya. Daya yang dikirimkan
dilakukan oleh gaya tangensial dan torsi gabungan atau momen torsi, agar
pengiriman daya dapat dilakukan maka harus terdapat elemen-elemen mesin
lainnya yang mendukung seperti sabuk, roda gigi/pasak dan lainnya.
Pada umumnya bahan yang digunakan untuk membuat poros adalah baja
lunak, disamping kadang-kadang digunakan baja berkekuatan tarik tinggi seperti
baja paduan (nikel, krom dan krom vanadium) seperti terlihat dalam Tabel4 dan
baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk
[image:36.596.106.516.354.718.2]poros dalam Tabel 5.
Tabel 4 Baja paduan untuk poros (Sularso dan Kiyokatsu Suga. 1978)
Standar da n macam Lambang Perlakuan panas Kekuatan tarik 2 mm kg
Baja khrom nikel (JIS G 4102)
SNC 2 SNC 3 SNC21 SNC22 - - pengerasan kulit pengerasan kulit 85 95 80 100 Baja khrom nikel molibden
(JIS G 4103)
SNCM 1 SNCM 2 SNCM 7 SNCM 8 SNCM22 SNCM23 SNCM25 - - - - pengerasan kulit pengerasan kulit pengerasan kulit 85 95 100 105 90 100 120 Baja khrom
(JIS G 4104)
SCr 3 SCr 4 SCr 5 SCr21 SCr22 - - - pengerasan kulit pengerasan kulit 90 95 100 80 85 Baja khrom molibden
(JIS G 4105)
24
Tabel 5 baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin untuk poros (Sularso dan Kiyokatsu Suga. 1978)
Standar dan macam Lambang Perlakuan panas Kekuatan tarik 2 mm kg Keterangan
Baja karbon konstruksi mesin
(JIS G 4501)
S30C S35C S40C S45C S50C S55C Penormalan Penormalan Penormalan Penormalan Penormalan Penormalan 48 52 55 58 62 66 Batang baja yang difinis
dingin (JIS G 3123)
S35C-D S45C-D S55C-D - - - 63 60 72 ditarik dingin, digerinda, dibubut, atau gabungan antara hal-hal tersebut
Poros dibentuk melalui proses rolling panas dan diselesaikan proses akhir
melalui proses grinding untuk mendapatkan kekasaran permukaan yang
sekecil-kecilnya. Poros mempunyai putaran kritis, putaran tersebut terjadi bila putaran
suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu dapat terjadi
getaran yang luar biasa besarnya.
Fungsi poros adalah meneruskan daya bersama-sama dengan putaran, peran
utama dalam transmisi ini dipegang oleh poros. Poros diklasifikasikan menjadi 3
bagian menurut pembebanan, yaitu; poros transmisi: poros semacam ini dapat
menerima beban puntir murni dan daya yang di transmisikan melalui kopling, puli
sabuk atau sproket rantai. Spindel: merupakan poros transmisi yang relatif pendek
dan beban utamanya berupa putaran. Gandar: merupakan poros yang tidak
terdapat beban puntir bahkan terkadang tidak boleh berputar, poros ini biasanya
digunakan pada poros ban depan dan belakang pada sepeda motor.
Jika poros hanya menerima beban puntir, maka diameter poros perancangan
(ds) dapat diperoleh dari persamaan berikut:
r J
T =τ
4
32ds
25
2 s d
r= ... 7
dimana: T = Torsi (Nmm)
t = Tegangan geser (N/mm2) J = Momen inersia polar (mm4) r = Jari-jari poros (mm)
Jika poros hanya menerima beban lentur, maka diameter poros perancangan
(ds) dapat diperoleh dengan persamaan:
r I
M σb
=
4
64ds
I = π ...8
dimana: M = Momen lentur (Nmm)
sb = Tegangan lentur (N/mm2)
I = Momen inersia terhadap sumbu rotasi (mm4) y = Jarak sumbu netral ke diameter terluar (y) =
2 s d r=
Sedangkan jika poros menerima beban kombinasi, beban torsi dan beban lentur
maka diameter poros perancangan (ds) dapat diperoleh dengan persamaan:
2 2 max 4
2
1 σ τ
τ = + ...9
dimana: s : Tegangan lentur atau tarik (N/mm2) t : Tegangan geser (N/mm2)
Untuk itu diagram alir dalam merencanakan poros dengan beban puntir dapat
26
Gambar 6 Diagram alir perencanaan poros dengan beban puntir.
Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan
bagian-bagian mesin pada poros seperti roda gigi, sproket, puli, kopling dan lain- lain. S T A R T
1. Daya ditransmisikan: P (kW) Putaran poros: n1 (rpm) 2. Faktor koreksi fc
3. Daya Rencana Pd(kW)
4. Momen puntir rencana T (kg mm)
a
13. Diameter poros ds (mm)
Bahan poros, Pelakuan panas Jari-jari filet dari poros bertangga Usuran pasak dan alur pasak
S T O P
E N D
11. Tegangan geser t (kg/mm2 )
10. Faktor konsentrasi tegangan pada poros bertangga ß, pada pasak a
9. Jari-jari filet dari poros bertangga r (mm)
Ukuran pasak dan alur pasak 8. Diameter poros ds (mm)
5. Bahan poros, perlakuan panas, kekuatan tarik sB (kg/mm2)
Apakah poros bertangga atau beralur pasak
Faktor keamanan Sf1, Sf2
6. Tegangan geser poros yang diizinkan ta (kg/mm2)
7. Faktor koreksi untuk momen puntir Kt
Faktor lenturan Cb
12. τ
β α
τ
t K b c atau
Sf a
: 2
= <
27
[image:40.596.177.443.128.313.2]Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam seperti dalam
Gambar 7.
Gambar 7 Macam- macam pasak.
Menurut letaknya pada poros, pasak dapat dibedakan antara pasak pelana,
pasak rata, pasak benam dan pasak singgung yang umumnya berpenampang segi
empat. Dalam arah memanjang dapat berbentuk prismatis atau berbentuk tirus,
pasak benam prismatis ada yang khusus dipakai sebagai pasak luncur. Selain itu
ada juga jenis pasak tembereng dan pasak jarum.
Pasak luncur memungkinkan pergeseran aksial roda gigi pada porosnya
seperti pada seplain. Yang paling umum digunakan adalah pasak benam yang
dapat meneruskan momen yang besar, sedangkan untuk momen dengan
tumbukkan dapat dipakai pasak singgung.
Pasak benam mempunyai bentuk penampang segi empat dimana terdapat
bentuk prismatis dan tirus yang kadang-kadang diberi kepala untuk memudahkan
pencabutannya. Kemiringan pada pasak tirus umumnya sebesar 1/100 dan
pengerjaan harus hati-hati agar naf tidak menjadi eksentrik. Pada pasak ya ng rata,
sisi sampingnya harus pas dengan alur pasak agar pasak tidak menjadi goyah dan
rusak. Ukuran dan bentuk standar pasak dapat dilihat dalam lampiran 4, pada
umumnya bahan pasak diambil yang mempunyai kekuatan tarik lebih dari 60
28
Gambar 8 Diagram alir perencanaan pasak dan alur pasak S T A R T
2. Faktor koreksi fc
3. Daya Rencana Pd(kW)
4. Momen puntir rencana T (kg mm)
17. Usuran pasak b × h Panjang pasak lk (mm)
Bahan pasak, perlakuan panas
S T O P
E N D
8. Diameter poros ds (mm)
5. Bahan poros, perlakuan panas, kekuatan tarik sB (kg/mm2)
Apakah poros bertangga atau beralur pasak
Faktor keamanan Sf1, Sf2
6. Tegangan geser poros yang diizinkan ta (kg/mm2)
7. Faktor koreksi untuk momen puntir Kt
Faktor lenturan Cb
16. b/ds: 0.25 – 0.35
Lk/ds: 0.75 – 1.5
= >
9. Gaya tangensial F (kg)
10. Pasak: lebar b × tinggi h Kedalaman alur pasak poros t1 Kedalaman alur pasak naf t2
11. Bahan pasak , perlakuan panas Kekuatan tarik sB (kg/mm2)
Faktor keamanan Sf1, Sf2
12. Tekanan permukaan pasak yang diizinkan pk (kg/mm2)
Tegangan geser pasak yang diizinkan tka (kg/mm2)
13. Panjang pasak dari tegangan geser yang diizinkan l1 (mm)
Panjang pasak dari tekanan permukaan yang diizinkan L2 (mm)
b a
14. Harga terbesar dari antara l1 dan l2 L (mm)
15. Panjang pasak Lk (mm)
b
a
29
Analisis lenturan (bending analysis)
Menurut Nash (1972) bending dapat didefinisikan sebagai sebuah batang
yang diberikan sebuah maupun banyak gaya yang diletakkan pada sebuah bidang
dan ditahan oleh sumbu longitudinal. Untuk model pembebanan dapat dibagi
dalam dua jenis yaitu beban terpusat dan beban terbagi rata, untuk beban terpusat
[image:42.596.178.443.217.286.2]dapat dilihat dalam Gambar 9.
Gambar 9 Model bending untuk beban terpusat.
Sedangkan untuk model beban terbagi rata dapat dilihat dalam Gambar 10.
Gambar 10 Model bending untuk beban terbagi rata.
Menurut Canonica (1991) kita dapat memerik sa gaya-gaya dalam N, L dan
M yang bekerja pada sebuah batang dari suatu struktur jika:
• Batang mempunyai cukup kekuatan untuk memikul gaya yang bekerja tanpa hancur/patah.
• Batang mempunyai cukup kekakuan, sehingga deformasi/perubahan bentuk tidak membuat struktur sia-sia.
• Batang cukup mempunyai stabilitas, ini berarti bahwa batang tidak runtuh tiba-tiba akibat gaya yang bekerja pada batang tersebut.
Jika ingin memeriksa bahwa batang mempunyai cukup kekuatan, kita harus
membandingkan gaya-gaya yang ada dalam batang dengan ketahanan/kekuatan
bahan dari batang.
Menurut Canonica (1991) dalam merencanakan sebuah rangka kita perlu
mengetahui syarat-syarat perencanaannya, yaitu; Kita harus tahu dari perhitungan
statika distribusi gaya-gaya dalam M, L dan N. Kita tahu dari peraturan-peraturan O
P
O
ft lb w
[image:42.596.179.445.354.429.2]30
tegangan izin σ , τ dan modulus elastisitas (E) dari bahan yang telah kita pilih
untuk rangka. Kita harus menentukan/menghitung ukuran rangka. Kemudian
syarat-syarat yang harus kita penuhi adalah:
• Rangka harus cukup kuat
σ
σ = ≤
W M
...10
τ
τ ≤ ...11 Dimana: s = lenturan (kg/cm2)
t = tegangan geser (kg/cm2) W = modulus ketahanan (N)
M = momen (N)
• Lendutan pada rangka harus kecil
400
max
l
Y ≤ ...12
Dimana: Ymax = lendutan (cm) l = panjang rangka (m)
• Rangka harus cukup stabil
σ
ω Fflens ≤ ...13
Dimana: ? = koefisien tekuk
Fflens = gaya pada flens (kg/cm2)
• Perhitungan biasanya menentukan ukuran rangka
σ M
Wperlu≥ ...14
Jika satu dari syarat-syarat lainnya tidak terpenuhi, maka ukuran rangka harus
dirubah.
Sistem transpo rtasi buah
Konveyor dipergunakan sebagai tempat transportasi bahan dari satu tempat
ketempat lain. Dalam perkembangannya, konveyor dapat dimodifikasi bentuknya
bermacam- macam sesuai dengan kebutuhan dan keperluan desain. Dalam
perencanaan ini konveyor yang digunakan adalah konveyor termodifikasi dari
31
berbentuk mangkuk sehingga lebih stabil dipergunakan dalam menggiring objek
berbentuk bulat karena mempunyai luasan permukaan yang cukup.
Uji Teknis
Uji teknis di maksudkan untuk melihat kemampuan dari mesin hasil
rancangan yang meliputi kapasitas mesin.
Analisa kapasitas mesin
Parameter jumlah buah manggis diperlukan untuk menghitung kapasitas
penyortiran dan waktu yang dibutuhkan untuk satu jam siklus proses transportasi
dengan persamaan:
t n
q = ...15
dimana:
q : kapasitas kerja (buah/jam)
n : jumlah buah hasil sortasi
t : waktu yang diperlukan untuk satu proses sirkulasi transportasi
HASIL PERANCANGAN
Perencanaan KapasitasKapasitas yang direncanakan adalah 600 buah per jam dengan kecepatan
putar poros penggerak konveyor sebesar 5 rpm. Dari perencanaan daya tersebut
maka dibutuhkan motor listrik sebagai penggerak utama, dipilih motor listrik
karena mempunyai daya dan putaran yang rendah serta tidak menimbulkan suara
yang mengganggu seperti halnya pada motor bakar.
Karena direncanakan kapasitas penyortiran yang kecil maka dipergunakan
motor listrik dengan daya dan putaran rendah, karena putaran yang diinginkan
sebesar 5 rpm maka diperlukan perbandingan putaran pada puli dan penggunaan
pereduksi putaran. Putaran dari reduksi direncanakan 1:40 sesuai dengan
kecepatan putar yang diinginkan, gambar teknik motor dan reducer dapat dilihat dala m Lampiran 11.
Perhitungan Daya yang Dibutuhkan
Daya adalah hal terpenting dalam sebuah perencanaan, karena daya
berhubungan dengan kemampuan motor penggerak untuk menggerakkan alat.
Untuk itu diasumsikan beban objek yang akan digerakkan adalah sebesar 300 kg
dan putaran yang diinginkan sebesar 5 rpm, maka dapat diperhitungkan daya yang
dibutuhkan sebesar:
60
2 N
W
P= × π×
kW watt
157 . 0 157
60
5 14 . 3 2 300
= =
× × × =
Maka dalam perencanaan ini direncanakan membutuhkan motor penggerak
berdaya sebesar 0.157 kW.
Perhitungan Transmisi Sabuk Gilir (timming-belt)
Transmisi sabuk yang bekerja atas dasar gesekan belitan mempunyai
33
mudah untuk mendapatkan perbandingan putaran yang diinginkan. Namun
demikian, transmisi sabuk tersebut mempunyai kekurangan dibandingkan dengan
transmisi rantai dan roda gigi yaitu ada terjadinya slip kecil antara sabuk dan puli.
Karena itu macam transmisi sabuk biasa tidak dapat dipakai bila dikehendaki
putaran tetap atau perband ingan transmisi yang tetap.
Perhitungan sabuk gilir untuk menggerakkan reducer
Dalam perencanaan ini diasumsikan putaran n1 = 1405 rpm dan n2 = 550 rpm, bahan yang digunakan adalah S45C dengan kekuatan tarik sebesar 58
kg/mm2. Diameter poros penggerak diasumsikan 20 mm dan diameter poros yang digerakkan sebesar 30 mm, untuk jarak sumbu antara poros penggerak dan yang
digerakkan diasumsikan sebesar 260 mm sedangkan untuk batasan diameter luar
puli adalah 100 mm dan lebar puli adalah 35 mm, untuk fc sebesar 1, Sf1 = 6 dan
Sf2 = 2.2 sedangkan Kt sebesar 1.5 dan Cb sebesar 1.7, maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut:
Daya rencana untuk sabuk gilir:
P f Pd = c
kW 37 . 0 37 . 0 1 = × =
momen rencana untuk poros penggerak dapat dihitung sebagai berikut:
× = 1 5 1 9.74 10
n P T d mm kg 5 . 256 1405 37 . 0 10 74 . 9 5 = × =
momen rencana untuk poros yang digerakkan dapat dihitung sebagai berikut:
× = 2 5 2 9.74 10
34
Untuk tegangan geser yang diizinkan adalah:
2 1 Sf Sf B a × = σ τ 2 4 . 4 2 . 2 6 58 mm kg = × =
sehingga didapat diameter poros puli penggerak adalah:
3 1 1 1 1 . 5
= KC T
d t b
a s τ mm mm 20 12 . 9 5 . 256 7 . 1 5 . 1 4 . 4 1 .
5 13
= = × × × =
diameter poros puli yang digerakkan adalah:
3 1 2 2 1 . 5
= KC T
d t b
a s τ mm mm 25 5 . 12 2 . 655 7 . 1 5 . 1 4 . 4 1 .
5 13
= = × × × =
nilai ds1 = 20 dan ds2 = 25 yang dipilih berdasarkan Lampiran 1.
Berdasarkan fungsinya pada lampiran 7 dipilih penampang sabuk gilir tipe
H karena sabuk berpenampang ini dipergunakan untuk pemakaian penting seperti mesin perkakas, mesin tekstil dan lain- lain. Penampang sabuk H mempunyai jarak
bagi (p) sebesar 12.70 mm. Dan berdasarkan lampiran 8 direncanakan jumlah gigi puli penggerak (z1) sebesar 16, maka jumlah gigi puli yang digerakkan adalah:
2 1 1 2 n n z
z = ×
35
dengan perbandingan reduksi (i):
1 2 z z i= 56 . 2 16 41 = =
maka diameter lingkaran jarak bagi puli penggerak adalah:
π
1
z p
dp = ×
mm 71 . 64 14 . 3 16 70 . 12 = × =
sedangkan diameter naf puli penggerak adalah:
10 3 5 1+ = s B d d
( )
mm 33 . 43 10 20 3 5 = + =dengan daerah diameter poros = 15 – 38 (mm), ds1 20 mm sehingga diasumsikan baik. Sedangkan diameter lingkaran jarak bagi puli yang digerakkan adalah:
π
2
z p
Dp = ×
mm 82 . 165 14 . 3 41 70 . 12 = × =
sedangkan untuk diameter naf puli yang digerakkan adalah:
10 3 5 2 + = s B d D
( )
mm 68 . 51 10 25 3 5 = + =36
Oleh karena itu didapat panjang keliling sabuk gilir dalam jumlah jarak bagi
sebesar:
(
)
p C z z p C z z Lp 2 1 2 21 2 6.28
2 − + + + =
(
)
21 . 70 70 . 12 260 28 . 6 16 41 70 . 12 260 2 2 41 16 2 = − + + + =Oleh karena itu, berdasarkan lampiran 9 untuk penampang H diambil nomor nominal sabuk yaitu 350H, jumlah gigi 70 dan panjang jarak bagi 889.00 mm,
untuk itu jarak bagi gigi (Cp) adalah:
(
)
− − − + + − + = 2 1 2 2 2 1 2 1 86 . 9 2 2 2 4 1 z z z z L z z L Cp(
)
mm 36 . 20 16 41 86 . 9 2 2 41 16 70 2 41 16 70 4 1 2 2 = − − − + + − + =sedangkan untuk jarak sumbu poros adalah:
p C
C= p×
mm 6 . 258 70 . 12 36 . 20 = × =
pada Lampiran 6 berdasarkan nomor nominal sabuk, didapat nilai untuk daerah
penyetelan jarak sumbu poros yaitu: ?Ci = 7 mm dan ?Ct = 6 mm.
Pada lampiran 8 (penampang H), untuk kapasitas daya yang ditransmisikan setiap inchi (25.4 mm) lebar sabuk gilir (Po) diperoleh:
z1 = 16, Po = 2.9 kW untuk 1400 rpm Po= 3.31 kW untuk 1600 rpm Sehingga: × + = 200 50 1400 1600
1400 rpm selisih P dan P rpm
untuk P
37 kW 3 200 50 41 . 0 9 . 2 = × + =
untuk sudut kontak ? (o) adalah:
(
)
C d
Dp p
o− −
=180 57
θ
(
)
o o 71 . 157 6 . 258 71 . 64 82 . 165 57 180 = − − =dan untuk jumlah gigi terkait yaitu:
1
360 z
JGT = θ ×
7 01 . 7 16 360 71 . 157 = = × =
ft= 1
jika JGT nilainya kurang dari 6 maka perlu dilakukan koreksi. Faktor koreksi ft diberikan dalam lampiran 10, nilai JGT yang kecil dapat memperkecil umur sabuk serta dapat mengikis bahan dasar dan mengeluarkan intinya sehingga dapat
menimbulkan suara yang mengganggu.
Kemudian faktor lebar gigi (fw) adalah:
t o d w f P P f × = 1 123 . 0 1 3 37 . 0 = = × =
untuk mencari lebar gigi sabuk dipasaran adalah:
38
sedangkan lebar gigi pulinya adalah:
b
w W
W =1.3×
mm 02 . 33 4 . 25 3 . 1 = × =
Untuk batasan lebar puli penggerak adalah 35 mm, sedangkan lebar puli
perhitungan adalah 33.02 mm maka perencanaan untuk sabuk gilir ini dapat
diterima dan aman untuk digunakan.
Perhitungan sabuk gilir untuk menggerakkan konveyor
Dalam perencanaan ini diasumsikan putaran n1 = 13 rpm, diameter poros penggerak 20 mm dan diameter poros yang digerakkan sebesar 31.5 mm dengan
asumsi putaran yang dinginkan n2 = 5 rpm. Jarak sumbu antara poros penggerak dan yang digerakkan diasumsikan sebesar 335 mm sedangkan untuk batasan
diameter luar puli adalah 100 mm dan lebar puli adalah 35 mm, maka dapat
dilakukan perhitungan sebagai beikut:
Daya rencana untuk sabuk gilir:
P f Pd = c
kW 37 . 0 37 . 0 1 = × =
momen rencana untuk poros penggerak dapat dihitung sebagai berikut:
× = 1 5 1 9.74 10
n P T d mm kg 54 . 27721 13 37 . 0 10 74 . 9 5 = × =
momen rencana untuk poros yang digerakkan dapat dihitung sebagai berikut:
× = 2 5 2 9.74 10
39
untuk itu tegangan geser yang diizinkan adalah:
2 1 Sf Sf B a
