PERANCANGAN MESIN PERAJANG UMBI EFISIEN DAN RAMAH LINGKUNGAN
Design Of Efficient And Eco Friendly Bulb Chopper MachineNani Mulyaningsih1, Ahmad Choirul2
1,2Teknik Mesin Universitas Tidar Email : [email protected]
Kontributor Penulis ABSTRACT
The use of automatic tuber chopper on the market has not been able to increase worker efficiency and comfort. This is due to vibration and noise pollution when the machine is operated. Therefore, the solution needed is an efficient and environmentally friendly chopper design by reducing vibration and sound. Previous research on tuber chopper has discussed a lot about its shape and capacity but very few studies have examined the machine in terms of safety of vibration and noise pollution caused. Therefore, the aim of this research is to develop the same machine consider the environmentally friendly aspects. The methods that used are designing design, component calculation, preparation of tools and materials, assembly, testing and machine analysis. Design and manufacture includes components: shafts, pulleys, knives, frames, casings, hoppers, electric motors, tachometers, vibration meters and sound level meters. Tests include chopping efficiency and vibration testing as well as noise / noise pollution levels. The results showed that this tuber chopper machine is efficient and environmentally friendly, has dimensions of 550 X 300 X 800 mm, 4 chopper blades, 1/4 Hp electric motor. Able to chop tubers with an efficiency of 94.1%. The maximum noise level is 84.56 dB, still within the standardized limit of 90 dB, and as well as the highest vibration that occurred at 5.4 m / s2, also still within the standardized safe limit of 10 m / s2.
Keywords: Chopper machine, Tubers, Environmentally friendly
1Kontributor Utama 2Kontributor Anggota
ABSTRAK
Penggunaan mesin perajang umbi otomatis yang ada dipasaran selama ini belum mampu meningkatkan efisiensi dan kenyamanan pekerja. Hal ini disebabkan karena timbul getaran dan polusi suara saat mesin tersebut dioperasikan. Oleh karena itu solusi yang dibutuhkan yaitu sebuah rancangan mesin perajang umbi yang efisien dan ramah lingkungan dengan mengurangi getaran dan suara. Penelitian sebelumnya tentang mesin perajang umbi telah banyak dibahas tentang bentuk dan kapasitasnya tetapi sangat sedikit penelitian yang mengkaji mesin tersebut dari sisi keamanan getaran dan polusi suara yang ditimbulkan. Oleh karena itu tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan mesin yang sama namun dengan mempertimbangkan aspek ramah lingkungan. Metode yang digunakan yaitu perancangan desain, perhitungan komponen, persiapan alat dan bahan, perakitan, pengujian dan analisa mesin. Perancangan dan pembuatan meliputi komponen: poros, pulley, pisau, rangka, casing, hopper, motor listrik, tachometer, vibration meter dan sound level meter. Pengujian meliputi efisiensi perajangan dan pengujian getaran serta tingkat kebisingan/polusi suara. Hasil penelitian menunjukkan bahwa mesin perajang umbi ini efisien dan ramah lingkungan, memiliki dimensi 550 X 300 X 800 mm, pisau perajang 4 buah , motor listrik 1/4 Hp. Mampu merajang umbi dengan efisiensi 94,1%. Tingkat kebisingan maksimum 84,56 dB, masih didalam batas yang distandarkan yaitu 90 dB, serta getaran tertinggi yang terjadi sebesar 5,4 m/s2, juga masih dalam batas aman yang distandartkan yaitu 10 m/s2.
Kata Kunci : Mesin perajang, Umbi, Ramah lingkungan .
1. PENDAHULUAN
Adanya perkembangan teknologi saat ini membawa dampak positif bagi para pengrajin khususnya makanan ringan. Semakin lama kreativitas untuk membuat alat bantu semakin meningkat, sehingga banyak industri berlomba-lomba untuk memproduksinya. Alat bantu produksi dibutuhkan para pengrajin untuk memproduksi produk jadi maupun setengah jadi dalam jumlah besar dan cepat. Salah satu home industri yang dimaksud yaitu makanan ringan yang biasa dijadikan cemilan/keripik. Dengan adanya alat bantu berupa mesin perajang umbi dapat membantu pengrajin dalam proses merajang tipis umbi-umbian yang biasa dijadikan cemilan (makanan ringan) seperti talas, kentang, singkong, dan ubi.
Hasil penelitian (Lutfi, 2010) mengatakan bahwa salah satu alternatif makanan yang sekarang digemari di kalangan masyarakat adalah keripik umbi adalah salah satu makanan pokok di beberapa kepulauan di Oseania. Namun umbi mengandung getah yang gatal dan berbeda-beda ketajamannya menurut jenisnya. Oleh karena itu umbi talas dimasak terlebih dulu sebelum dapat dikonsumsi. Adapun (muhammad muhsin, 2018 :32) mengatakan bahwa perkembangan Ipteks di perguruan tinggi sangat berperan dalam menunjang aktivitas kehidupan manusia di sekitarnya. Oleh karena itu, guna memenuhi permintaan efektifitas dan kwantitas produk, perlu diciptakan suatu mesin/alat yang dapat digunakan secara baik, sesuai dengan keperluan dan optimal fungsinya. Penciptaan ini mesin/alat akan dapat menghemat tenaga, waktu, dan biaya produksi. Penciptaan mesin/alat ini memang memerlukan disain, pemikiran, dan pertimbangan yang matang.
Menurut (Barus, 2013) tentang uji jumlah mata pisau pada alat pengiris singkong mekanis menyatakan bahwa semakin banyak jumlah mata pisau, maka kapasitas kerja alat, persentase singkong yang tertinggal di dalam alat dan persentase singkong yang tidak teriris sempurna semakin besar, demikian sebaliknya. Kapasitas kerja alat tertinggi terdapat pada jumlah mata pisau M3 yaitu sebesar 68,59 kg/jam. (Sukadi, 2017) melakukan penelitian dengan judul Pengaruh Putaran Pisau Terhadap Kapasitas dan Hasil Perajangan pada Alat Perajang Singkong di bengkel mesin Politeknik Jambi. Penelitian ini di analisis menggunakan putaran mesin 310 rpm, 363 rpm dan 390 rpm dan dilakukan selama 3 kali percobaan. Didapatkan hasil akhir yaitu menggunakan pulley 4 inchi dengan putaran 390 rpm didapat hasil terbaik dengan waktu perajangan 6,88 detik dengan kapasitas perajangan didapat sebanyak 156,97 kg/jam.
(Adlie, 2015) melakukan penelitian dengan judul Perancangan dan Pembuatan Mata Pisau Perajang Singkong Tipe Vertikal di Universitas Samudra pengujian dengan menggunakan 2 variasi piringan dan 2 variasi mata pisau dengan material yang berbeda, maka didapatkan hasil analisanya pada piringan dengan 2 mata pisau hasil terbaik yang didapat 1550 gr dari 2000 gr singkong atau 77,5% dalam waktu 60 detik, pada piringan mata pisau 3 hasil terbaik yang didapat sebanyak 2000 (gr) dari 2500 (gr) singkong atau 80% dalam waktu 60 detik. (Sholeh, 2012) melakukan penelitian dengan judul Rancang Bangun Prototype Pengiris Umbi menggunakan penggerak motor listrik yang berkekuatan 0,5 HP dengan jumlah mata pisau yang digunakan sebanyak 4 buah dengan kecepatan maksimum 1420 rpm. Putaran mesin yang digunakan 473 rpm sehingga menghasilkan produk irisan dengan ketebalan 1 mm dan berat 147 kg/jam dengan bahan baku umbi-umbian atau buah berdiameter maksimum 75 mm.
Berdasarkan permasalahan tersebut, didapatkan bahwa penelitian sebelumnya tentang mesin perajang umbi telah banyak dibahas tentang bentuk dan kapasitasnya tetapi sangat sedikit penelitian yang mengkaji mesin tersebut dari sisi keamanan getaran dan polusi suara yang ditimbulkan. Mesin perajang umbi yang ada belum ada yang meneliti tentang aspek ramah lingkungan karena timbul getaran dan polusi suara saat mesin tersebut dioperasikan. Oleh karena itu solusi yang dibutuhkan yaitu sebuah rancangan mesin perajang umbi yang efisien dan ramah lingkungan dengan mengurangi getaran dan suara. Oleh karena itu tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan mesin yang sama namun dengan mempertimbangkan aspek ramah lingkungan.
2. METODE
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Mei 2020 sampai September 2020. Uji kinerja mesin perajang umbi dilaksanakan di Laboratorium Bahan Teknik Mesin Universitas Tidar. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari bahan untuk pengujian yaitu umbi talas sebanyak 1350 gr bahan untuk 9 kali pengujian. Peralatan yang digunakan terdiri dari alat yang dipergunakan untuk pengujian mesin seperti Soundlevel Meter, Vibration Meter, Dan Tachometer. Untuk pengukuran dimensi bagian mesin digunakan
peralatan seperti meteran, jangka sorong, timbangan digital. Adapun tahapan penelitian pengujian mesin perajang umbi meliputi efisiensi, kebisingan dan getaran mesin. Pengujian mesin perajang umbi bertujuan untuk menganalisa efisiensi mesin, dan kebisingan serta getaran yang ditimbulkan mesin tersebut sehingga diperoleh hasil yang optimal seperti ditunjukkan pada gambar 1.
Efisiensi Mesin
Efisiensi adalah perbandingan antara kapasitas aktual dengan kapasitas teoritis. Efisiensi mesin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 1 (Irvani, 2012):
𝜀𝜀𝜀𝜀 = 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾 𝑥𝑥 100% (1)
Dimana:
𝜀𝜀𝜀𝜀 = efektifitas mesin (%)
Kap = kapasitas aktual (kg/jam)
Kt = kapasitas teoritis (kg/jam)
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Pengujian Tingkat Kebisingan
Pengujian tingkat kebisingan menggunakan alat sound level meter di Laboratorium Bahan Teknik Mesin Universitas Tidar. Polusi suara telah menjadi perhatian dunia karena dapat mengakibatkan efek yang merugikan psikologis seseorang. Kebisingan merupakan masalah yang hampir selalu dijumpai di semua tempat kerja. Efek kesehatan dari polusi suara termasuk gangguan pendengaran suara, gangguan tidur, komunikasi, penurunan kinerja antara karyawan, gangguan kognitif pada anak-anak, dan penyakit kardiovaskuler (Permenkes, 2016). Menurut standar Occupational Safety and Health Administration (OSHA), nilai level kebisingan 90 dBA(low) untuk 8 jam kerja. Paparan kebisingan dengan intensitas yang tinggi melebihi Nilai Ambang Batas yang ditetapkan pemerintah melalui KEPMENAKER No. 51/MEN/1999 (85 dB untuk paparan 8 jam kerja sehari) akan membahayakan kesehatan pada telinga tenaga kerja.
Pengujian Getaran Mesin
Pengujian getaran mesin menggunakan Vibration Meter di Laboratorium bahan Teknik Mesin Universitas Tidar. Getaran merupakan suatu faktor fisik yang menjalar ke tubuh manusia, mulai dari tangan sampai ke seluruh tubuh. Getaran terjadi saat mesin atau alat dioperasikan dengan motor sehingga pengaruhnya bersifat mekanis (Irvani, 2012). Getaran mekanis adalah getaran yang ditimbulkan oleh mesin atau alat-alat mekanis yang dapat mengganggu kesehatan manusia. Getaran mekanis yang terjadi pada mesin pencacah dan penepung terpusat pada mesin yang merupakan sumber tenaga penggerak. Kerja dari mesin ini menimbulkan getaran mekanis dan bunyi (suara). Hal ini terjadi karena adanya perubahan frekuensi atau tekanan udara maupun suara akibat dari adanya gesekan antara komponen-komponen mesin. Getaran mesin yang diterima oleh operator dalam jangka waktu yang lama akan mengakibatkan beberapa keluhan terhadap operator. Adapun ambang batas persepsi getaran mekanis pada selang frekuensi 1-100 hz terhadap tubuh manusia. Nilai ambang batas getaran dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Nilai ambang batas getaran
Percepatan (m/s2) Kategori Ambang
10 ambang sangat berbahaya
1 ambang nyaman
0,1 ambang rasa
0,01 ambang persepsi
Sumber: (Badan Standardisasi Nasional, 2009) 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Mesin perajang umbi ini tidak menggunakan tenaga penggerak manusia sebagai penggerak utamanya melainkan diganti menggunakan tenaga motor listrik. Terdapat pengaturan kecepatan yang membantu dalam menentukan kecepatan sesuai keinginan sehingga dapat digunakan dengan mudah dan nyaman. Berikut gambaran serta komponen mesin perajang umbi dapat dilihat pada gambar 2. :
Gambar 2. Komponen Mesin Perajang Umbi Komponen mesin perajang umbi terdiri dari : 1. Pulley
Berfungsi sebagai komponen yang mentransmisikan daya dari motor listrik menuju pisau pemotong. 2. Pisau Pemotong
Berfungsi sebagai komponen perajang umbi. 3. Dudukan
Berfungsi sebagai tempat masuknya umbi sebelum dirajang. 4. V Belt
Berfungsi sebagai komponen penghantar daya yang menghubungkan pulley penggerak dengan pulley yang digerakkan.
5. Galvalum
Berfungsi sebagai komponen penutup kerangka dan pelindung hasil rajangan. 6. Motor Listrik
Berfungsi sebagai komponen utama untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. 7. Potensiometer
Berfungsi sebagai pengatur kecepatan putaran mesin 8. Kerangka
Berfungsi sebagai penopang keseluruhan komponen pada mesin perajang umbi 9. Roda
Berfungsi sebagai komponen untuk mempermudah dalam mobilisasi mesin prajang keripik talas. Pemilihan komponen tersebut dilakukan guna menentukan bahan yang dibutuhkan sesuai keinginan. Pemilihan komponen yang tepat akan berpengaruh pada kinerja dan juga umur mesin tersebut. Adapun spesifikasinya seperti yang disajikan pada tabel 2.
Tabel 2.Spesifikasi Mesin Perajang Umbi
NO. SPESIFIKASI KETERANGAN
1 Dimensi kerangka (550 x 300 x 800) mm3
2 Daya motor ¼ HP
3 Voltase 220-240 Volt
4 Kapasitas Produksi 160,03– 167,1 kg/jam
5 Material kerangka Baja ST37
6 Material tutup pisau Stainless steel
7 Material tutup kerangka Galvalum
8 Material pisau Stainless steel
9 Pulley Penggerak 2 inch
10 Pulley yang digerakkan (470rpm) 6 inch
11 Ukuran v-belt (470rpm) A36
12 Pulley yang digerakkan (400rpm) 7 inch
Efisiensi mesin
Besarnya efisiensi mesin dihitung berdasarkan hasil perhitungan perbandingan kapasitas produksi aktual dibandingkan dengan kapasitas produksi secara teoritis. Kapasitas produksi teoritis diketahui sebesar 10 kg/jam. Adapun hasil perhitungan efisiensi setelah dihitung sesuai rumus menggunakan persamaan 1. disajikan dalam gambar 3.
Gambar 3.Hubungan antara kecepatan terhadap efektifitas
Dari gambar 3. di atas terlihat bahwa semakin tinggi kecepatan putaran, nilai efisiensi mesin semakin meningkat. Nilai efisiensi terbaik sebesar 94,1% terjadi pada putaran 470 rpm. Kemudian pada putaran 400 rpm sebanyak 94%, dan pada putaran 350 rpm sebanyak 93%. Hal tersebut disebabkan karena semakin tinggi kecepatan putaran maka kemampuan alat dalam merajang umbi per satuan waktu juga semakin besar.. Hasil tersebut sesuai penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh (Sukadi, 2017). Nilai efisiensi tersebut sudah memenuhi standar dimana berdasarkan SNI 7412:2008 efisiensi untuk mesin perajang minimalnya adalah 70%, sehingga berdasarkan data tersebut efisiensi mesin perajang lebih besar dari standar yaitu 94,1% > 70% sehingga mesin sudah memenuhi standar dan layak untuk digunakan. Adapun proses pengujian efektifitas mesin seperti ditunjukkan pada gambar 4 di bawah ini:
0 93 94 94.1 0 350 400 470 Ef fe sie nsi (% ) Kecepatan (Rpm)
Gambar 4. Pengujian Efisiensi Mesin Pengujian Tingkat Kebisingan Mesin
Tingkat kebisingan merupakan suara yang dihasilkan mesin perajang umbi dengan menggunakan sound level meter. Berdasarkan data hasil pengujian kebisingan didapatkan bahwa kebisingan yang terjadi saat mesin perajang umbi dioperasikan seperti terlihat pada gambar 5.
Gambar 5. Hubungan antara Kecepatan Terhadap Tingkat Kebisingan
Dari gambar 5. terlihat bahwa semakin kecil kecepatan putaran tingkat kebisingan yang dihasilkan juga semakin kecil. Kebisingan terendah rata-rata sebesar 81,93 dB terjadi pada kecepatan putaran 350 rpm. Pada kecepatan putaran 400 rpm kebisingan agak meningkat sebesar 83,3 dB. Sedangkan pada kecepatan putaran 470 rpm kebisingan yang terjadi paling tinggi yaitu sebesar 84,56 dB. Hasil ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh (Anggraeni et al., 2019). Tingkat kebisingan ini masih berada di bawah tingkat kebisingan maksimum yang diperbolehkan yaitu 90 dB berdasarkan SNI 7580:2010, sehingga dapat disimpulkan bahwa kebisingan yang dihasilkan mesin masih dalam kondisi normal. Adapun proses pengujian tingkat kebisingan mesin seperti terlihat pada gambar 6. di bawah ini:
Gambar 6. Pengujian Tingkat Kebisingan 80.5 81 81.5 82 82.5 83 83.5 84 84.5 85 350 400 470 Ke bi sing an ( dB ) Kecepatan (Rpm)
Pengujian Getaran Mesin
Tingkat getaran mesin pada mesin perajang umbi diukur menggunakan vibration meter. Pengukuran dilakukan pada komponen mesin yang dekat dengan mesin perajangan dan posisi yang kemungkinan operator menyentuh bagian mesin tersebut yaitu pada hopper. Getaran mesin terjadi pada saat mesin tersebut dinyalakan, yang terjadi disebabkan oleh elemen mesin yang berputar atau bergerak. Adapun hasil pengujian, disajikan pada gambar 7.
Gambar 7. Hubungan Antara Kecepatan Dan Tingkat Getaran
Dari gambar 7. menunjukkan bahwa semakin tinggi kecepatan putaran, getaran yang ditimbulkan
semakin besar. Getaran paling kecil terjadi pada kecepatan putaran 350 Rpm yaitu sebesar 5,2 m/s2. Pada
kecepatan 400 Rpm, getaran menjadi 5.3 m/s2, dan pada kecepatan putaran 470 Rpm, getaran yang timbul
sebesar 5.4 m/s2. Hasil tersebut sesuai dengan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh (Anggraeni et al.,
2019). Getaran yang terjadi tersebut berkisar masih dibawah ambang batas getaran yang baik untuk mesin skala kecil berdasarkan ISO 2631 (1994), dimana ambang batas getaran mesin skala kecil yang baik berkisar
antar 0-10 m/s2. Berdasar skala penilaian tersebut, getaran mesin yang dihasilkan mesin perajang umbi nilainya
lebih kecil dari batas aman yang disarankan dan berada dalam skala baik (good). Proses pengujian tingkat getaran seperti terlihat pada gambar 8 dibawah ini:
Gambar 8. Pengujian tingkat getaran 4. KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa hasil pengujian efisiensi, kebisingan dan getaran mesin perajang umbi sudah layak dan ramah lingkungan serta memenuhi SNI yaitu efisiensi mesin 94,1%, kebisingan 84,56 dB dan getaran mesin sebesar 5,4.m/s2 .
5. UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terimakasih kepada Laboratorium Jurusan Teknik Mesin Universitas Tidar yang telah memfasilitasi dan memperlancar penelitian ini.
6. DAFTAR PUSTAKA
Adlie (2015) ‘Perancangan Dan Pembuatan Mata Pisau Perajang Singkong Tipe Vertikal’, Jurutera, 2(01), pp. 19–26. Available at: https://ejurnalunsam.id/index.php/jurutera/article/view/788.
Anggraeni, N. D. et al. (2019) ‘32 Desi Anggraeni , Nuha , dkk ; Analisa Kinerja Mesin Pencacah Botol Plastik Tipe Pet’, 5(2), pp. 31–35.
Badan Standardisasi Nasional (2009) ‘SNI 7231’.
Barus (2013) ‘Uji Jumlah Mata Pisau Pada Alat Pengiris Singkong Mekanis’, Rekayasa Pangan dan Pertanian, I(2), pp. 56– 59.
Irvani, A. noval (2012) ‘Uji Performansi Getaran Mekanis dan Kebisingan Mist Blower Yanmar MK 150-B’, Journal Keteknikan 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 350 400 470 Ge ta ra n ( m /s2 ) Kecepatan (Rpm)
Pertanian, 26(2), pp. 83–90. doi: 10.19028/jtep.26.2.83-90.
Lutfi, M. (2010) ‘Rancang Bangun Perajang Ubi Kayu Pisau Horizontal’, Rekayasa Mesin, 1(2), pp. 41–46. doi: 10.21776/ub.jrm.
Muhsin, nanang suffiadi (2018) ‘Jurnal ADIMAS’, Adimas, pp. 30–36.
Permenkes (2016) ‘Peraturan Menteri Kesehatan RI No 70 Tahun 2016 tentang standar dan persyaratan kesehatan lingkungan kerja industri’, Indonesia, (70). doi: 10.5151/cidi2017-060.
Sholeh (2012) ‘Rancang Bangun Prototype Pengiris Umbi’, 11(3), pp. 281–288.
Sukadi, novarini (2017) ‘Pengaruh Putaran Pisau Terhadap kapasitas dan Hasil Perajangan Pada Alat Perajang Singkong’,
teknika Universitas IBA, 53(9), pp. 31–37. doi: 10.1017/CBO9781107415324.004.
TANYA JAWAB :
a. Apakah ada data peralatan yang dibuat sebelum inovasi ini. tentang efesiensi, tingkat getarannya, polusi suara ?
Jawaban :
Untuk effesiensi dinilai dari banyaknya hasil yang dirajang yaitu 100 gram menghasilkan effesiensi kurang dari 94 %.
b. cara mengukur efesiensi ? Jawaban :
Cara perhitungannya adalah effektifitas mesin = kapasitas aktual dibagi kapasitas teoritis dikali 100%, atau hasil bahan baku setelah dirajang dibagi dengan bahan baku sebelum dirajang dikali 100%
c. Tolak ukur kualitas dari alat itu selain diukur dari hasil dan operasional adalah durabilitas/ ketahanan mesin.
Apakah alat yang diciptakan ini bisa dihitung atau dibuktikan dari sisi durabilitas atau umur pakai? Jawaban :
Dari segi ketahanan peneliti belum mengujinya karena focus ke uji kebisingan dan getarannya rendah mengingat masalah yang dikeluhkan masyarakat adalah 2 hal tersebut.
