PERANCANGAN DAN UJI KINERJA MESIN PENGUPAS
BUAH AREN
YUSUF FADILAH
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Perancangan dan Uji Kinerja Mesin Pengupas Buah Aren adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, April 2015
Yusuf Fadilah
ABSTRAK
YUSUF FADILAH. Perancangan dan Uji Kinerja Mesin Pengupas Buah Aren. Dibimbing oleh AGUS SUTEJO.
Untuk mendapatkan kolang kaling dibutuhkan proses yang cukup panjang dimulai dari proses pemilihan buah aren, perebusan atau pembakaran buah aren, pengupasan, pemipihan biji aren, dan perendaman. Proses pengupasan buah aren dan pemipihan biji aren merupakan proses yang menghabiskan waktu cukup lama serta dibutuhkan banyak tenaga kerja. Selain itu terdapat resiko tergores pisau dan terkena palu pemukul ketika proses pengupasan dan pemipihan. Untuk itu diperlukan mesin pengupasan buah aren untuk meningkatkan kapasitas produksi serta menghindari resiko yang terjadi jika menggunakan cara manual.
Mesin pengupas buah aren hasil rancangan dapat mengupas buah aren lebih cepat dibandingkan dengan cara manual. Waktu yang dibutuhkan oleh mesin hasil rancangan dalam mengupas 1 kg buah aren rata-rata selama 106.2 detik sedangkan dengan cara manual membutuhkan waktu rata-rata 507.6 detik. Untuk hasil pengupasan, banyaknya buah aren yang dapat terkupas menggunakan mesin hasil rancangan rata-rata sebesar 97.33 % sementara dengan cara manual sebesar 100 % dan hasil kolang kaling utuh menggunakan mesin hasil rancangan sebesar 92.2 % sementara dengan cara manual sebesar 98.67 %.
Kata kunci: buah aren, kolang kaling, pengupasan
ABSTRACT
YUSUF FADILAH. Design and Performance Test of Sugar Palm Fruit Peeling Machine. Supervised by AGUS SUTEJO.
In order to obtain the kernel (kolang kaling) from sugar palm fruit, it requires long processes from sugar palm fruit selection, boiling either burning, peeling, kolang kaling flattening, until soaking. Sugar palm fruit peeling and kolang kaling flattening are processes that need a long time and take a lot of workers. Moreover, there are risks of scratched by knife and stroked by hammer during the peeling and flattening process. For that reason, a sugar palm fruit peeling machine is needed for increasing the production capacity and avoiding the risk from the manual peeling method.
The designed sugar palm fruit peeling machine can peel the fruit faster than the manual method. This machine can peel the 1 kg of fruit for 106.2 seconds by average while the manual method can peel 1 kg of fruit for 507.6 seconds by average. For the peeling results, the percentage of sugar palm fruit that successfully peeled by this machine is 97.33% by average while manual method can peeled 100% and for the uninjured kolang kaling result, this machine can peel 92.2% by average while the manual method can peel 98.67% by average uninjured kolang kaling result.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
PERANCANGAN DAN UJI KINERJA MESIN PENGUPAS
BUAH AREN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tak lupa
shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW sebagai pembawa risalah kenabian dan ilmu pengetahuan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Agustus 2014 ini ialah alat tepat guna, dengan judul Perancangan dan Uji Kinerja Mesin Pengupas Buah Aren.
Pada kesempatan ini , penulis mengucapkan terima kasih kepada
1. Ir Agus Sutejo, M Si, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing penulis dalam persiapan penelitian, pelaksanaan penelitian, sampai dengan menyelesaikan penulisan skripsi ini.
2. Ujang, Rudi, dan Samsul yang telah membantu pada proses pembuatan alat di Bengkel Daud Teknik, Cibereum.
3. Udin, Asep, dan Amin sebagai petani pohon aren dan Santos yang telah membantu mencari bahan baku buah aren serta proses penelitian di Desa Puraseda, Leuwiliang, Kab. Bogor.
4. Orang tua yang selalu memberikan doa dan dukungannya dalam proses penelitian ini serta Diki dan Dimas yang juga selalu mendukung dalam proses penelitian ini.
5. Himateta dan seluruh teman-teman Antares.
6. Teman-teman Kontarakan Safari yang telah menemani masa-masa kuliah di Institut Pertanian Bogor.
7. Semua pihak-pihak yang membantu dalam pengerjaan laporan ini yang tidak mungkin disebut satu persatu
Penulis menyadari bahwa kemampuan penulis dalam pembuatan dan penyusunan laporan tugas akhir ini masih kekurangan sehingga penulis menerima saran dan kritik yang sifatnya membangun
Penulis berharap hasil tulisan ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak.
Bogor, April 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 1
TINJAUAN PUSTAKA 2
Buah Aren 2
Kolang Kaling 3
Prinsip Pengupasan 5
METODE 6
Tempat dan Waktu 6
Alat dan Bahan 6
Tahap Penelitian 7
ANALISIS DESAIN 9
Kriteria Desain 9
Rancangan Fungsional 9
Rancangan Struktural 10
HASIL DAN PEMBAHASAN 13
Identifikasi Masalah 13
Hasil Rancangan Mesin 15
Uji Kinerja Mesin 16
Perbandingan Biaya Pengupasan Menggunakan Mesin dengan
Cara Manual 20
SIMPULAN DAN SARAN 21
Simpulan 21
Saran 22
DAFTAR PUSTAKA 22
LAMPIRAN 24
DAFTAR TABEL
1 Fungsi komponen-komponen mesin 9
2 Pengujian kekerasan buah aren 15
3 Perbandingan pengujian mesin pengupas buah aren dengan cara manual 17 4 Rincian biaya pembuatan mesin pengupas buah aren 20
DAFTAR GAMBAR
1 Buah aren yang telah dipanen 2
2 Proses perebusan buah aren 3
3 Wadah untuk perebusan buah aren 3
4 Pengupasan buah aren secara manual menggunakan pisau 4
5 Proses pemipihan kolang kaling 4
6 Palu kayu untuk memipihkan kolang kaling 5
7 Kolang kaling yang telah direndam 5
8 Diagram alir tahapan penelitian 7
9 Diameter buah aren dan ketebalan biji aren 10
10 Buah aren yang telah dikupas 13
11 Kulit ari biji aren yang telah menghitam 13
12 Biji aren (kolang kaling) 14
13 Pengujian kekerasan buah aren menggunakan UTM 15
14 Mesin pengupas buah aren 16
15 Grafik perbandingan waktu pengupasan buah aren 17 16 Grafik perbandingan hasil terkupasnya buah aren 18 17 Cangkang buah aren yang telah dikupas menggunakan mesin hasil
rancangan 18
18 Grafik perbandingan terkupasnya kolang kaling yang utuh 19
19 Kolang kaling utuh 19
20 kolang kaling yang tidak utuh 20
DAFTAR LAMPIRAN
1 Tabel pengukuran dimensi buah aren 24
2 Tabel pengukuran ketebalan kolang kaling 25
3 Perhitungan diameter poros penggerak rollerbesar 26 4 Perhitungan diameter poros penggerak roller kecil 27
5 Perhitungan transmisi sabuk-V 28
6 Perhitungan pemilihan roda gigi 30
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tanaman aren (Arengan pinnata Merr) merupakan salah satu jenis tanaman tahunan yang hampir semua bagiannya dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan pangan, sandang, dan papan. Akarnya dapat digunakan sebagai pembuat cambuk dan anyaman; belahan batangnya untuk saluran air, wuwungan atap, atau galar-galar; umbutnya enak diamakan sebagai sayuran; lidinya untuk sapu dan keranjang; daun mudanya untuk pembungkus rokok; ijuknya untuk tali, sapu, atap, dan sikat; empulur batangnya dapat diolah menjadi sagu; niranya dapat diolah menjadi gula merah, tuak, dan cuka; sedangkan bijinya dapat diolah menjadi kolang-kaling yang lezat (Patma et al. 2013).
Salah satu bagian dari tanaman aren ini yang banyak dimanfaatkan adalah bagian buahnya untuk dijadikan kolang-kaling. Kolang-kaling adalah buah kecil berwarna putih dari pohon aren yang kerap hadir dan akrab menemani acara berbuka puasa. Buah yang tinggi kadar airnya ini diambil dari biji buah aren yang berbentuk lonjong pipih, bergetah, dan menyebabkan gatal. Kolang-kaling yang baik didapatkan dari buah aren yang setengah masak yang ditandai dengan warna kulit buah yang masih hijau segar karena buah aren yang terlalu muda akan menghasilkan kolang-kaling yang sangat lunak sedangkan yang terlalu tua akan menghasilkan kolang-kaling yang terlalu keras dan berserat (Astawan dan Astawan 1991).
Untuk menghasilkan kolang kaling, buah aren ini harus direbus atau dibakar terlebih dahulu dengan tujuan untuk menghilangkan lendir buah yang menyebabkan rasa sangat gatal apabila menyentuh kulit. Setelah itu pengambilan biji aren dengan cara mengupas buah aren yang sudah direbus atau dibakar dengan cara manual menggunakan pisau dan memipihkannya menggunakan palu kayu. Permasalahan yang muncul pada proses tersebut yaitu dibutuhkannya banyak tenaga kerja yang sudah terbiasa dalam mengupas buah aren serta waktu pengerjaannya yang relatif lebih lama. Kendala lainnya yaitu biji aren yang berlendir menyebabkan permukaannya menjadi licin sehingga menyulitkan dalam proses pemipihan biji aren menggunakan palu kayu. Selain itu terdapat resiko tangan tergores pisau pada proses pengupasan buah dan terpukulnya tangan oleh palu pemukul ketika proses pemipihan. Untuk itu perlu dilakukan mekanisasi dalam pengupasan buah aren ini untuk meningkatkan kapasitas produksi, menghindarkan resiko terluka, serta waktu pengerjaan yang lebih cepat.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membuat rancangan mesin yang dapat digunakan untuk mengupas buah aren tanpa membuat bijinya menjadi rusak
2
TINJAUAN PUSTAKA
Buah Aren
Buah aren berupa buah buni, yaitu buah yang berair tanpa dinding dalam yang keras. Bentuknya bulat lonjong, bergaris tengah 4 cm. Dari luar ke dalam, buah aren tersusun atas: (1) kulit luar, yang licin permukaannya dan hijau warnanya tetapi kalau sudah masak akan berwarna kuning. (2) kulit dalam, yang kuning kecoklatan warnanya. Kulit luar maupun kulit dalam keras seperti batu kalau masih muda. (3) daging buah, terdapat 1-3 biji yang berbentuk panjang dan lonjong. Buah pada waktu muda berwarna hijau muda lalu berubah menjadi hijau gelap. Makin masak buah aren, makin keras kulit endospermanya yang tipis dan hitam, sedangkan endospermanya yang putih ikut mengeras juga (LIPI 2003).
Buah yang sudah tua akan melunak kulit luar dan dalamnya. Itulah yang diincar oleh para musang untuk dinikmati daging buahnya yang manis. Sebaliknya, buah yang belum masak dan masih keras kulitnya tidak disukai oleh para luwak karena selain keras juga masih terdapat banyak getah yang dapat menyebabkan gatal sampai mengganggu kesehatan. Kulit yang terkena, apalagi rongga mulut dan bibir akan terasa seperti terbakar sampai bibir menjadi bengkak. Efeknya dapat berlangsung selama tiga hari tiga malam. Penyebabnya adalah pada buah aren mengandung kristal oksalat (Soeseno 1992).
Buah aren yang terlalu muda akan menghasilkan kolang-kaling yang sangat lunak sedangkan yang terlalu tua akan menghasilkan kolang-kaling yang terlalu keras dan berserat. Buah aren yang siap dijadikan kolang kaling ditunjukan pada Gambar 1. Untuk membuat kolang-kaling, para pengusaha kolang kaling biasanya merebus buah aren untuk menghilangkan kandungan kristal oksalat yang dapat menyebabkan rasa gatal apabila terkena kulit, kemudian diambil bijinya dan direndam dengan larutan air kapur selama beberapa hari sehingga terfermentasikan (Sunanto 1993).
3 Kolang Kaling
Kolang-kaling (buah atap) adalah nama cemilan kenyal berbentuk lonjong dan berwarna putih transparan dan mempunyai rasa yang menyegarkan. Kolang kaling yang dalam bahasa Belanda biasa disebut glibbertjes ini, dibuat dari biji pohon aren yang berbentuk pipih dan bergetah. Kolang-kaling memiliki kadar air sangat tinggi, hingga mencapai 93.8% dalam setiap 100 gram-nya. Kolang kaling juga mengandung 0.69 gram protein, empat gram karbohidrat, serta kadar abu sekitar satu gram dan serat kasar 0.95 gram (Lutony 1993).
Proses pengolahan kolang kaling diawali dengan pemilihan bahan (buah aren) yang masih setengah masak yang ditandai dengan warna kulit buah yang masih hijau segar. Buah-buah aren dilepas satu persatu dari untaiannya dan dimasukan kedalam bakul.
Proses kedua yaitu pembakaran atau perebusan buah aren. Tujuannya adalah untuk menghilangkan lendir buah yang menyebabkan rasa gatal apabila menyentuh kulit kita. Proses pembakaran dilakukan dengan cara menumpukan buah aren di atas bara api sehingga daging buah menjadi agak hangus namun bijinya tidak hangus. Proses perebusan dilakukan dengan cara merebus buah aren didalam kuali besar selama 1-2 jam kemudian didiamkan sampai airnya dingin seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.
Gambar 2 Proses perebusan buah aren (Sumber : http://arenindonesia.wordpress.com)
4
Proses ketiga yaitu pengambilan biji aren dengan cara mengupas buah aren yang telah direbus atau dibakar seperti yang ditunjukan pada Gambar 4. Buah aren tersebut dikupas secara manual menggunakan pisau. Pada proses ini para pengrajin harus berhati-hati dalam melakukan pengupasan buah aren agar kemungkinan tergores pisau dapat dihindari.
Gambar 4 Pengupasan buah aren secara manual menggunakan pisau (Sumber : http://arenindonesia.wordpress.com)
Proses keempat yaitu memukul biji aren sebelum merendamnya di dalam air selama beberapa hari dengan tujuan melunakan tekstur kolang kaling tersebut serta dapat menyerap air secara maksimal pada proses perendaman seperti yang ditunjukan pada Gambar 5.
5
Gambar 6 Palu kayu untuk memipihkan kolang kaling
Proses kelima yaitu perendaman biji aren menggunakan air kapur selama 2-3 hari. Air kapur berfungsi untuk mengendapkan segala kotoran dan dapat megenyalkan biji buah aren. Setelah selesai perendaman tampaklah biji-biji buah aren yang berwarna putih bersih atau bening yang disebut kolang-kaling. Setelah itu biji dicuci bersih jika akan dipasarkan biji tersebut harus dalam keadaan direndam dalam air (Sunanto 1993).
Gambar 7 Kolang kaling yang telah direndam Prinsip Pengupasan
Prinsip kerja mesin pengupas buah aren yang dirancang mengikuti konsep mesin pengupas gabah. Pada dasarnya mesin pengupas gabah terdapat dua buah roll karet yang berputar berlawanan arah. Salah satu roll berada pada posisi yang tetap yang disebut roll utama berkecepatan tinggi dan sebuah roll pembantu berkecepatan rendah yang posisinya dapat diatur untuk mendapatkan jarak antara kedua roll sesuai keinginan (Nofriadi 2007). Mesin pengupas buah aren yang dirancang tidak menggunakan roll karet melainkan terbuat dari besi kolom. Besi kolom tersebut dibentuk menyerupai roll karet yang terdapat pada mesin pengupas gabah. Selain itu pada roller besi yang dibuat terdapat sirip-sirip disekeliling
6
Prinsip kerja roller tersebut yaitu berputar berlawanan arah dengan kecepatan yang berbeda. Jarak antar kedua roller dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Sirip-sirip yang terdapat pada sekeliling roller berfungsi untuk mengarahkan buah aren agar masuk diantara celah roller. Pengupasan buah aren dilakukan dengan cara memasukan buah aren diantara roller sehingga buah aren akan tergencet diantara roller. Proses tersebut sekaligus mengupas dan menggencet biji aren sehingga biji aren menjadi pipih.
METODE
Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilakukan mulai dari bulan Agustus 2014 sampai November 2014. Proses pembuatan alat dilakukan di Bengkel Daud Teknik, Desa Cibeureum, Bogor. Pengujian alat dan pengambilan data dilakukan di Bengkel Daud Teknik, Desa Cibeureum, Bogor dan Desa Puraseda, Leuwiliang, Bogor.
Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan dalam pembuatan mesin pengupas buah aren adalah seperangkat komputer untuk pengolahan data, mesin cetak (printer), meteran, jangka sorong, UTM (Universal Testing Machine), dan peralatan perbengkelan. Adapun peralatan yang digunakan untuk pengujian kinerja mesin pengupas buah aren adalah timbangan untuk mengukur massa kolang-kaling, wadah penampung untuk menampung hasil pengupasan, serta stopwatch untuk mengukur waktu pengupasan.
Bahan yang digunakan untuk pembuatan mesin pengupas buah aren adalah motor listrik, gearbox, sabuk dan puli, roda gigi, besi siku, besi plat, besi batang, as, dan bantalan. Bahan yang digunakan untuk pengujian kinerja mesin pengupas buah aren adalah buah aren yang setengah masak yang telah direbus sebelumnya. Pembuatan konsep desain akan menggunakan software “SolidWorks Premium
7 Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian dapat dilihat pada diagram alir sebagai berikut :
8
Identifikasi Masalah
Pada tahap ini akan diidentifikasi karakteristik dari buah aren (dimensi, berat, dan tekstur), cara pengupasan buah aren secara manual, serta mekanisme yang akan digunakan untuk mesin yang akan dibuat.
Pengembangan dan Perumusan Ide Desain
Analisis dari permasalahan yang ada serta beberapa konsep alternatif yang dapat digunakan dengan tetap mempertimbangkan aspek-aspek yang terkait. Dalam tahapan ini akan dihasilkan beberapa desain funsional dan desain struktural. Rancangan fungsional yang akan didesain adalah fungsi mengupas buah aren. Fungsi ini akan dilakukan oleh dua buah roller besi yang berputar berlawanan arah serta dengan kecepatan putar yang berbeda.
Penetapan Mekanisme
Beberapa alternatif solusi akan dievaluasi untuk menentukan satu mekanisme yang terbaik.
Analisis Teknik atau Perhitungan Perancangan Desain Mesin
Analisis teknik dilakukan untuk mendapatkan dimensi setiap komponen, daya yang dibutuhkan, dan sebagainya. Analisis rancangan terdiri dari analisis fungsional dan analisis struktural. Analisis fungsional menjelaskan mengenai fungsi-fungsi setiap komponen pada mesin. Analisis struktural menjelaskan mengenai pemilihan bahan, analisis daya dan tenaga, dan analisis kekuatan bahan. Gambar Teknik
Gambar teknik merupakan gambar konseptual dengan ukuran yang telah disesuaikan pada analisi teknik. Gambar teknik merupakan media komunikasi kepada pihak manufaktur jika alat atau mesin akan dipabrikasi.
Pembuatan Prototipe
Hasil rancangan mesin akan dibuat prototipenya di bengkel konstruksi. Prototipe ini harus dipastikan dapat diuji sesuai dengan rancangan yang telah dibuat.
Uji Fungsional Mesin
Pada tahap ini prototipe yang telah dibuat akan diuji apakah sesuai dengan fungsi yang telah dirancang.
Uji Kinerja Mesin
9
ANALISIS DESAIN
Kriteria Desain
Dalam mendesain mesin pengupas buah aren beberapa kriteria yang diharapkan adalah sebagai berikut:
1. Mampu mengupas buah aren tanpa merusak biji dari buah aren (kolang kaling)
2. Mudah untuk dioperasikan 3. Biaya pembuatannya murah
Perancangan konseptual mesin pengupas buah aren menggunakan mekanisme dua buah roller yang dilengkapi dengan sirip-sirip di sekelilingnya bergerak secara berlawanan dan dengan kecepatan putar yang berbeda. Hal ini bertujuan agar buah aren dapat masuk diantara celah dua buah roller bersirip tersebut sehingga buah aren tersebut tergencet dan kolang kaling dapat terkupas dari kulitnya. Selain terkupas dari kulitnya, kolang kaling tersebut ikut tergencet diantara roller bersirip tersebut sehingga terjadi proses pemipihan pada kolang kaling tersebut. Agar kolang kaling dapat terkupas dan tergencet dengan baik, jarak maksimal antara dua roller bersirip tersebut sebesar 0.8 cm. Jarak tersebut ditentukan menggunakan persentil 5 dari pengambilan data ketebalan kolang-kaling. Selain itu, jarak antar sirip pada roller juga perlu diperhatikan. Agar dapat mengarahkan buah aren menuju celah antar roller bersirip dengan baik, jarak maksimal antar sirip-sirip tersebut sebesar 2.25 cm. Jarak tersebut ditentukan menggunakan persentil 95 dari pengambilan data jari-jari buah aren.
Untuk menjalankan mesin pengupas buah aren diperlukan sumber tenaga penggerak. Sumber tenaga penggerak yang digunakan adalah motor listrik. Daya motor listrik yang digunakan harus sesuai dengan kebutuhan daya yang direncanakan agar daya motor listrik tersebut mampu disalurkan untuk mengupas buah aren.
Rancangan Fungsional
Fungsi utama yang diharapan pada mesin adalah mampu mengupas buah aren tanpa merusak bijinya. Fungsi lainnya adalah dapat memipihkan biji arennya. Agar fungsi utama dapat tercapai, maka diperlukan dukungan dari komponen-komponen mesin. Fungsi dari setiap komponen-komponen tersaji pada Tabel 1.
Tabel 1 Fungsi komponen – komponen mesin
No. Fungsi Komponen
3 Tempat komponen-komponen diletakan, menahan beban yang berada di atasnya, dan memberi bentuk mesin
10
No. Fungsi Komponen
4 Sumber penggerak mesin Motor listrik
5 Transmisi daya dari motor listrik ke roller bersirip Sabuk puli 6 Mereduksi putaran motor listrik Gearbox
7 Memberikan arah putaran yang berbeda pada
roller bersirip
Roda gigi 8 Menampung buah aren yang akan dikupas Hopper
9 Mengarahkan buah aren yang telah dikupas ke tempat penampungan
Bodi bawah
Rancangan Struktural
Mesin pengupas kolang kaling yang dirancang diharapkan mampu menghasilkan kolang kaling utuh sebanyak 5 kg/jam. Buah aren memiliki dimensi yang hampir seragam dengan diameter rata-rata sebesar 4.1 cm dan ketebalan bijinya rata-rata sebesar 0.8 cm seperti yang ditunjukan pada Gambar 9. Dengan karakteristik yang dimiliki oleh buah aren tersebut, maka perlu diperhitungkan komponen-komponen yang digunakan dalam pembuatan mesin pengupas buah aren ini agar mencapai kapasitas produksi yang diharapkan.
(a) (b) Gambar 9 Diameter buah aren (a) dan ketebalan biji aren (b) Penentuan Daya Motor Penggerak
[Diketahui]
Gaya tekan buah aren (Fbuah aren) = 385 N
Jari-jari roller bersirip (rroller bersirip) = 42.5 mm = 0.0425 m Putaran roller bersirip (nroller bersirip) = 140 rpm = 2.33 rps
[Penyelesaian]
Torsi untuk memutar roller bersirip,
Troller bersirip = (Fbuah aren) (rroller bersirip) = (385 N)(0,0425 m) = 16.363 Nm
Daya motor penggerak
Pmotor penggerak = 2 x π x nroller bersirip x Troller bersirip = 102,757 W = 0.14 hp
11 Daya motor penggerak mesin pengupas buah aren minimal harus menggunakan motor dengan daya sebesar 0.14 hp. Jadi motor yang digunakan sebagai penggerak mesin pengupas buah aren ini menggunakan motor listrik dengan daya sebesar 0.5 hp.
Penentuan Rangka Mesin
Kerangka mesin dari baja profil L yang berfungsi sebagai penegak dan penahan beban. Bahan profil yang digunakan pada pembuatan rangka mesin ini adalah baja karbon ST 37 dengan ukuran 40 x 40 mm dan tebal 3 mm. Bahan ini dapat dilas dengan baik sehingga cocok digunakan pada kerangka mesin pengupas buah aren. Besi siku ST 37 mempunyai tegangan tarik maksimum sebesar 37 kg/mm2 (Widodo 2008). Rangka mesin pengupas buah aren ini memiliki dimensi panjang 400 mm, lebar 300 mm dan tinggi 340 mm.
Penentuan Bahan dan Ukuran Hopper
Hopper yang dibuat memiliki bentuk prisma trapesium pada bagian dalamnya. Hopper yang dibuat diharapkan mampu menampung 60 buah aren.
Bahan yang digunakan untuk membuat hopper adalah baja lembaran ST 37 karena bahan ini dapat dilas dan ditekuk dengan baik sehingga cocok digunakan untuk pembuatan hopper mesin pengupas buah aren.
Penentuan Bahan dan Ukuran Bodi Bawah
Bahan yang digunakan untuk membuat bodi bawah adalah baja lembaran ST 37 karena bahan ini dapat dilas dan ditekuk dengan baik cocok digunakan untuk pembuatan bodi bawah mesin pengupas buah aren. Agar buah aren yang sudah terkupas dapat diarahkan menuju tempat penampungan, maka kemiringan
12
bodi bawah ditentukan sebesar 10o dengan panjang 470 mm, lebar 160 mm, dan tinggi 130 mm.
Penentuan Bahan dan Ukuran Roller
Bahan yang digunakan untuk roller adalah baja karbon S45C dengan kekuaan tarik sebesar 58 kg/mm2 (Sularso dan Suga 1978). Penentuan ukuran
roller disesuaikan dengan dimensi dari buah aren. Diameter untuk roller besar sebesar 85 mm dan diameter untuk roller kecil sebesar 65 mm. Panjang roller
sebesar 155 mm. Panjang roller ini ditentukan dari tinggi rata-rata buah aren sebesar 46 mm agar dapat masuk dua sampai tiga buah aren diantara roller
tersebut dalam satu kali pengupasan.
Penentuan Bahan dan Ukuran Sirip Roller
Sirip roller digunakan untuk mengarahkan buah aren menuju celah antara dua roller. Bahan yang digunakan untuk sirip-sirip roller adalah baja kolom S45C dengan diameter 6 mm.
Penentuan Diameter Poros Penggerak Roller Besar
Poros yang digunakan sebagai penggerak roller besar menggunakan bahan baja karbon konstruksi mesin S45C yang memiliki kekuatan tarik sebesar 58 kg/mm2. Diameter poros yang digunakan sebesar 30 mm dan diameter bantalan sebesar 35 mm dengan alur pasak 7 x 4 x 0.4. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 5.
Penentuan Diameter Poros Penggerak Roller Kecil
Poros yang digunakan sebagai pengerak roller kecil menggunakan bahan baja karbon konstruksi mesin S45C yang memiliki kekuatan tarik sebesar 58 kg/mm2. Diameter poros yang digunakan sebesar 30 mm dan diameter bantalan sebesar 35 mm dengan alur pasak 7 x 4 x 0.4. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 6.
Penentuan Transmisi Sabuk-V
Sabuk yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari puli gearbox
menuju puli poros penggerak roller besar menggunakan sabuk tipe A, nomor 39 dengan diameter puli penggerak sebesar 104 mm dan diameter puli yang digerakan sebesar 199 mm. Jarak sumbu porosnya sebesar 254 mm. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 7.
Penentuan Pemilihan Roda Gigi
13
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Masalah
Buah aren memiliki cangkang kulit yang keras sehingga memerlukan proses perebusan atau pembakaran buah aren untuk mempermudah dalam pengupasan buah aren serta menghilangkan getah pada buah aren yang dapat menyebabkan gatal apabila terkena kulit. Buah aren memiliki dimensi yang hampir seragam satu dengan yang lain dengan garis tengah rata-rata 4.1 cm dan tinggi rata-rata 4.6 cm. hasil tersebut didapatkan dari pengukuran awal dimensi dari buah aren. Tingkat kemasakan buah aren sangat mempengaruhi kolang-kaling yang dihasilkan. Buah aren yang terlalu muda akan menghasilkan kolang-kaling dengan tekstur yang sangat lunak sedangkan yang terlalu tua akan menghasilkan kolang-kaling dengan tekstur yang terlalu keras dan berserat. Biji aren (kolang-kaling) memiliki lapisan kulit ari berwarna kuning keemasan jika umur buah aren tersebut setengah matang. Lapisan ini masih mudah untuk dilakukan proses pengupasan karena memiliki tekstur yang tidak keras seperti yang ditunjukan pada Gambar 10. Jika lapisan kulit ari biji aren tersebut berwarna hitam menandakan buah aren tersebut sudah terlalu tua dan memiliki tekstur yang keras sehingga sulit untuk dikupas kulit arinya seperti yang ditunjukan pada Gambar 11.
Gambar 10 Buah aren yang telah dikupas (Sumber : http://arenindonesia.wordpress.com)
Gambar 11 Kulit ari biji aren yang telah menghitam
14
Untuk mendapatkan kolang-kaling yang baik maka dibutuhkan buah aren yang setengah matang yaitu tidak terlalu muda dan juga tidak terlalu tua. Biji aren memiliki dimensi yang hampir seragam. Biji aren yang telah dikupas dari kulitnya memiliki ketebalan pada bagian tengahnya rata-rata 1.2 cm dan tinggi rata-rata 2.8 cm. Hasil ini didapatkan dari pengukuran awal ketebalan dari biji aren. Gambar biji aren yang telah dikupas dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12 Biji aren (kolang kaling)
Untuk mendapatkan kolang-kaling membutuhkan proses yang panjang dan memerlukan waktu yang cukup lama dimulai dari proses pemilihan buah aren, perebusan, pengupasan, pemukulan biji aren, dan perendaman. Pada proses pengupasan buah aren dan pemukulan biji aren merupakan proses yang memerlukan waktu yang cukup lama. Dalam satu hari pengrajin kolang kaling yang berada di Desa Puraseda, Leuwiliang, Kab. Bogor, Jawa Barat hanya mampu menghasilkan kolang kaling rata-rata sebanyak 60 kg dengan 9 orang pekerja. Pada proses pengupasan dan pemukulan biji aren juga diperlukan keahlian khusus karena pada proses ini dapat menimbulkan resiko yang cukup tinggi seperti terkena pisau saat melakukan pengupasan buah aren ataupun terkena palu pemukul saat melakukan pemukulan biji aren.
15
Gambar 13 Pengujian kekerasan buah aren menggunakan UTM
Tabel 2 Pengujian kekerasan buah aren Ulangan Gaya
(kN)
Luas kontak permukaan buah aren (cm2)
Kekerasan (kN/cm2)
1 0.523 11.304 0.0463
2 0.278 10.833 0.0257
3 0.43 12.089 0.0356
4 0.28 12.089 0.0232
5 0.4 12.246 0.0327
6 0.48 11.304 0.0425
7 0.23 11.932 0.0193
8 0.38 10.205 0.0372
9 0.31 11.147 0.0278
10 0.535 10.362 0.0516
Hasil Rancangan Mesin
Hasil rancangan konsep desain mesin pengupas buah aren dapat dilihat pada Gambar 14. Penyambungan antar komponen mesin menggunakan las listrik dan mur baut. Sambungan las adalah sambungan antara dua atau lebih permukaan logam dengan cara mengaplikasikan pemanasan lokal pada permukaan benda yang disambung (Andesko 2014). Sambungan las listrik digunakan pada bagian sambungan yang permanen seperti pada bagian rangka, hopper, bodi bawah dan
16
Cara kerja mesin pengupas buah aren hasil rancangan yaitu operator memasukan buah aren yang telah direbus kedalam hopper sedikit demi sedikit. Dari dalam hopper buah aren akan diarahkan pada dua buah roller bersirip yang bergerak secara berlawanan dan dengan kecepatan yang berbeda untuk menggencet buah aren sehingga kulit buah dan biji buahnya terpisah dan proses ini terjadi juga proses pemipihan biji aren. Setelah proses tersebut kulit buah aren dan biji aren akan diarahkan menuju tempat penampungan melalui bodi bawah. Setelah terkumpul ditempat penampungan, biji aren tersebut dipisahkan secara manual dari kulitnya untuk dilakukan proses perendaman.
Sebelum dilakukan pengujian alat, uji fungsional harus dilakukan untuk mengetahui kelayakan dari mesin pengupas buah aren ini. Fungsi utama yang harus dipenuhi adalah mampu mengupas buah aren tanpa merusak biji dari buah aren tersebut. Selain itu mesin juga harus mudah dioperasikan oleh operator.
Gambar 14 Mesin pengupas buah aren Uji Kinerja Mesin
17 Tabel 3 Perbandingan pengujian mesin pengupas buah aren dengan cara manual Ulangan Massa
Hasil pengukuran menunjukan bahwa lama waktu pengupasan, pemipihan, dan pemisahan biji aren yang dibutuhkan oleh mesin hasil rancangan lebih cepat dibandingkan dengan cara manual seperti yang ditunjukan pada Gambar 15. Waktu yang dibutuhkan oleh mesin hasil rancangan untuk mengupas 1 kg buah aren rata-rata selama 106.2 detik. Sedangkan dengan cara manual waktu yang dibutuhkan rata-rata selama 507.6 detik. Dengan menggunakan mesin pengupas buah aren waktu pengupasan buah aren dapat berlangsung lima kali lipat lebih cepat dibandingkan cara manual. Kapasitas pengupasan yang dapat dilakukan oleh mesin pengupas buah aren hasil rancangan dapat menghasilkan kolang kaling sebanyak 5.372 kg per jamnya.
18
Banyaknya buah aren yang terkupas antara mesin hasil rancangan dengan cara manual juga menunjukan hasil yang berbeda. Hasil buah aren yang terkupas menggunakan mesin hasil rancangan lebih kecil dibandingkan cara manual seperti yang ditunjukan pada Gambar 16. Buah aren yang terkupas menggunakan mesin hasil rancangan rata-rata dapat mengupas dengan persentase 97.33 %, sementara menggunakan cara manual dengan persentase 100 %. Hasil pengupasan buah ini dipengaruhi oleh tingkat kemasakan buah aren serta lamanya perebusan buah aren. Buah aren yang tidak dapat terkupas kulit arinya secara sempurna oleh mesin hasil rancangan adalah buah aren yang sudah terlalu tua sehingga kulit arinya sudah menghitam dan sulit untuk dikupas. Waktu yang diperlukan untuk perebusan buah aren yaitu ± 2 jam. Buah aren yang telah direbus selama ± 2 jam akan mudah untuk dikupas.
Gambar 16 Grafik perbandingan hasil terkupasnya buah aren
19 Buah aren yang telah dikupas akan menghasilkan kolang kaling yang berwarna putih. Kolang kaling yang utuh berbentuk lonjong dan pipih. Kolang kaling utuh yang dihasilkan menggunakan mesin hasil rancangan lebih kecil persentsenya dibandingkan cara manual seperti yang ditunjukan oleh Gambar 18. Kolang kaling utuh yang dihasilkan menggunakan mesin hasil rancangan rata-rata menghasilkan dengan persentase 92.2 %, sementara dengan cara manual rata-rata menghasilkan 98.67 %.
Gambar 18 Grafik hasil terkupasnya kolang kaling yang utuh
Hasil kolang kaling ini dipengaruhi oleh tingkat kemasakan dari buah aren tersebut. Kolang kaling yang terkupas secara tidak utuh oleh mesin hasil rancangan adalah kolang kaling yang terlalu muda sehingga sangat lunak dan mudah rusak. Hasil kolang kaling yang utuh menggunkan mesin hasil rancangan dapat dilihat pada gambar 19 dan kolang kaling yang tidak utuh dapat dilihat pada gambar 20.
Gambar 19 Kolang kaling utuh
20
Gambar 20 Kolang kaling yang tidak utuh
Perbandingan Biaya Pengupasan Menggunakan Mesin dengan Cara Manual
Mesin yang dirancang selain harus memenuhi kriteria murah dalam biaya pembuatannya agar produsen kolang kaling tidak mengalami kerugian apabila menggunakan mesin pengupas buah aren hasil rancangan ini. Rincian biaya pembuatan mesin pengupas buah aren ini tersaji pada Tabel 4.
Tabel 4 Rincian biaya pembuatan mesin pengupas kolang kaling
No Nama material Jumlah Harga (Rp)
1 Motor listrik 0.5 hp 1 900,000
2 Gearbox 1:10 1 880,000
3 Besi siku (40 x 40 x 3 ) mm 1 batang 80,000 4 Besi plat (1220 x 2440 x 3) mm 1 lembar 220,000
5 Besi kolom Ø 6 mm 1 batang 20,000
6 As Ø 1 inch 1 batang 60,000
7 Bantalan 4 buah 100,000
8 Besi kolom Ø 85 x 155 mm 1 batang 45,000
9 Besi kolom Ø 65 x 155 mm 1 batang 30,000
10 Puli 4 buah 100,000
11 Sabuk 2 buah 40,000
12 Gear 2 buah 100,000
13 Mur baut 26 buah 30,000
14 Biaya perakitan dan pengecatan 800,000
Jumlah 3,405,000
21 Biaya Produksi Mesin Pengupas Buah Aren
[Diketahui]:
Harga pembelian mesin (P) : Rp 4,000,000 Umur ekonomis mesin (N) : 5 tahun Harga akhir mesin (S) : Rp 400,000 Biaya pemakaian listrik per kWh : Rp 954 Jumlah jam kerja per tahun (x) : 2000 jam Kapasitas mesin : 5.372 kg/jam [Penyelesaian]:
Biaya tetap (Rp/tahun)
Biaya penyusutan : = = 720,000 Total biaya tetap (BT) : 720,000 (Rp/tahun)
Biaya tidak tetap (Rp/jam)
Biaya pemakaian listrik : 0.373 kW x 954 Rp/kWh = 355.842 Biaya pemeliharaan : 1.2 % P/100 jam =
= 480
Biaya operator : 5,000
Total biaya tidak tetap (BTT) : 5,835.842 (Rp/jam) Biaya total per jam : + BTT = 1,153.359 sementara dengan cara manual biaya produksi per kilogramnya yaitu Rp 3,000. Terdapat selisih sebesar Rp 1,846.641 setiap kilogramnya antara menggunakan mesin dengan menggunakan cara manual.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
22
2. Waktu yang dibutuhkan dalam pengupasan buah aren, pemipihan, dan pemisahan biji aren menggunakan mesin hasil rancangan lebih cepat lima kali lipat dibandingkan dengan cara manual. Waktu yang dibutuhkan oleh mesin hasil rancangan dalam mengupas 1 kg buah aren rata-rata selama 106.2 detik sedangkan dengan cara manual membutuhkan waktu rata-rata selama 507.6 detik. Kapasitas produksi mesin hasil rancangan dapat menghasilkan kolang kaling sebanyak 5.372 kg per jamnya.
3. Persentase banyaknya buah aren yang terkupas menggunakan mesin hasil rancangan lebih kecil dibandingkan dengan cara manual. Banyaknya buah aren yang terkupas menggunkan mesin hasil rancangan rata-rata dengan persentase 97.33 % sedangkan menggunakan cara manual rata-rata dengan persentase 100 %. Hasil banyaknya buah aren yang terkupas ini dipengaruhi oleh tingkat kemasakan buah aren serta lamanya perebusan buah aren. Buah aren yang tidak dapat terkupas kulit arinya secara sempurna oleh mesin hasil rancangan adalah buah aren yang sudah terlalu tua sehingga kulit arinya sudah menghitam dan sulit untuk dikupas.
4. Biaya produksi per kilogramnya menggunakan mesin hasil rancangan lebih murah Rp 1,846.641 dibandingkan dengan cara manual.
Saran
Untuk mengoptimalkan kinerja mesin pengupas buah aren ini perlu dikembangkan lagi desain mesin pengupas buah aren yang tidak hanya dapat mengupas buah aren saja tetapi juga dapat memisahkan secara mekanis antara kulit buah aren dengan biji buah arennya.
DAFTAR PUSTAKA
Alam S, Suhartati, 2000. Pengusahaan hutan aren rakyat di Desa Umpunge Kecamatan Lalabata Kabupaten Soppeng Sulawesi Selatan. Buletin Penelitian Kehutanan. 6(2): 59-70.
Andesko R. 2014. Perbedaan kekuatan tarik baja barbon rendah ST 37 dengan las listrik kampuh V menggunakan bahan tambah elektroda tipe RB dan tipe RD.
Jurnal Pendidikan Teknik Mesin. 1(3): 6-9
Astawan M, Astawan MY. 1991. Teknologi Pengolahan Pangan Nabati Tepat Guna. Jakarta (ID): CV. Akademi Pressindo.
[LIPI] Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia. 2003. Aren Budidaya dan Prospeknya. Jakarta (ID): LIPI.
Lutony TL. 1993. Tanaman Sumber Pemanis. Jakarta (ID): Penebar Swadaya. Nofriadi. 2007. Rancang bangun mesin penggiling padi skala kecil. Jurnal Teknik
Mesin. 4(2): 83-90.
Patma U, Agustina L, Lutfi AM. 2013. Respon media tanam dan pemberian auksin asam asetat naftalen pada pembibitan aren (Arenga pinnata Merr).
Jurnal Agroekoteknologi. 1(2): 286-295.
Soeseno S. 2000. Bertanam Aren. Jakarta (ID): Penebar Swadaya.
23 Sunanto H. 1993. Aren Budidaya dan Multigunanya. Yogyakarta (ID): Kanisius. Widodo. 2008. Perhitungan kekuatan rangka pada konstruksi mesin pembuat pelet
24
Lampiran 1 Tabel pengukuran dimensi buah aren
25 Lampiran 2 Tabel pengukuran ketebalan kolang kaling
26
Lampiran 3 Perhitungan Diameter Poros Penggerak Roller Besar Diketahui:
6. Jari-jari fillet dari poros bertangga:
Asumsi diameter yang menjadi tempat bantalan adalah 35 (mm) Jari-jari fillet = (35-30)/2 = 2.5 (mm)
Alur pasak = 7 x 4 x filet 0.4
7. Konsentrasi tegangan pada poros bertangga: 2.5/30 = 0.083, 35/30 = 1.167, β = 1.4
27 Lampiran 4 Perhitungan Diameter Poros Penggerak Roller Kecil
Diketahui:
6. Jari-jari fillet dari poros bertangga:
Asumsi diameter yang menjadi tempat bantalan adalah 35 (mm) Jari-jari fillet = (35-30)/2 = 2.5 (mm)
Alur pasak = 7 x 4 x filet 0.4
7. Konsentrasi tegangan pada poros bertangga: 2.5/30 = 0.083, 35/30 = 1.167, β = 1.4
28
Lampiran 5 Perhitungan Transmisi Sabuk-V Diketahui:
8. Diameter lingkaran jarak bagi puli:
29 9. Kecepatan sabuk:
10. 0.696 (m/s) < 30 (m/s), baik
11. 250 -
12. Kapasitas daya transmisi dari satu sabuk: Dipakai tipe standar
13. Perhitungan panjang keliling:
( )
= 956.475 (mm)
14. Nomor nominal dan panjang sabuk dalam perdagangan: Nomor nominal sabuk-V: No. 39 L = 965 (mm)
15.
Jarak sumbu poros:
√ ( ) √ 16. Sudut kontak: ( )
Faktor koreksi: 17. Jumlah sabuk:
18. Daerah penyetelan jarak poros:
30
Lampiran 6 Perhitungan Pemilihan Roda Gigi Diketahui:
Daya yang akan ditransmisikan = 0.373 (kW) Putaran poros penggerak n1 = 84 (rpm)
Perbandingan reduksi kurang lebih = 2
Jarak sumbu poros (a) = 125 (mm)
Sudut tekan pahat = 20o
Bahan pinyon : S35C, bahan roda gigi besar : F30C [Penyelesaian]
1. Faktor koreksi (fc) = 1
2. Daya rencana (Pd) = P x fc = (kW) 3. Diameter sementara lingkaran jarak bagi
=
6. Diameter lingkaran jarak bagi (roda gigi standar):
31 12. Bahan masing-masing gigi:
Pinyon :
Kekuatan tarik S35C adalah : B1 = 52 (kg/mm2)
Kekerasan permukaan sisi gigi : HB1 = 187 (rata-rata)
Roda gigi besar :
Kekuatan tarik F30C adalah : B2 = 30 (kg/mm2)
Kekerasan permukaan sisi gigi : HB2 = 215 (rata-rata)
Tegangan lentur yang diizinkan. S35C : a1 = 26 (kg/mm
2 13. Beban lentur yang diizinkan per satuan lebar:
= a1mY (kg/mm)
= a2mY (kg/mm)
Beban lentur yang diizinkan per satuan lebar:
32
33
RIWAYAT HIDUP
Penulis diahirkan di Jakarta pada tanggal 23 November 1992. Anak kedua dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Surahman dan Ibu Dimroh. Penulis menyelesaikan pendidikan di Sekolah Dasar Negeri (SDN) Cipayung 1 Depok pada tahun 2004. Penulis kemudian melanjutkan pendidikan menengah di SMP Negeri 9 Depok dan lulus pada tahun 2007, kemudian melanjutkan pendidikan ke SMA Sejahtera 1 Depok dan lulus pada tahun 2010.
Pada tahun 2010 penulis diterima sebagai mahasiswa di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Ujian Seleksi Masuk IPB (USMI) di Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian.
Selama menempuh pendidikan sarjana penulis aktif menjadi pengurus pada Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) sebagai anggota pada bagian Public Relation (PR) masa amanah 2011-2012 dan Human Resource and Development (HRD) pada masa amanah 2012-2013. Selain itu penulis juga menjadi asisten praktikum Motor dan Tenaga Penggerak pada tahun 2013 dan 2014.
