Rancang Bangun Mesin Pemeras Kelapa Tua sebagai Bahan Baku VCO Skala Rumah Tangga

1

Rancang Bangun Mesin Pemeras Kelapa Tua sebagai Bahan

Baku VCO Skala Rumah Tangga

SEPTIAN ENGGAR PRATAMA PUTRA DAN ADI SUCIPTO Program Studi D III Jurusan Mesin Produksi Disnakertransduk

Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Submited and Received July 25, 2012

Abstract.

Small industry which produces the VCO still use simple press methode, it will take a long time and less strilization. So to solve it in efficiency and productivity, we make a coconut press machine as VCO raw materials household scale. Making process of press machine start from make design of screw movement mechanism, find the force and power pressing of screw which put on the coconut , find element of machine which uses ( shaft, pin, belt, pulley, and bearing), the value of power and the capacity of coconut oil. The force required to squeeze the old coconut 25.988,2 Newton and of power equal to 2.916 HP by using a ratio gear box (reducer) 1: 40, and using v-belt type A with a length of 1600 mm. Using AISI 1030 shaft material (carbon steel) with a diameter of 25mm.

Key word: pressing, press screw, old coconut and virgin coconut oil.

1. Pendahuluan

Dengan melihat hasil kelapa yang melimpah di Indonesia terlihat peluang untuk meningkatkan hasil olahan kelapa menjadi nilai jual yang lebih tinggi. Dengan mengolah kelapa menjadi VCO ( minyak kelapa murni ). Masyarakat pesisir dan pegunungan telah banyak melakukan pengolahan kelapa untuk dijadikan VCO, tetapi proses pemerasan masih dilakukan manual. Proses manual inilah yang menjadikan masyarakat pesisir enggan untuk memproduksi VCO ( minyak kelapa murni ). Dari sini timbul permasalahan, bagaimana cara untuk membuat masyarakat pesisir dan pegunungan mau memproduksi VCO lagi tetapi dengan proses kerja yang praktis.

Permasalahan tersebut, membuat kami melakukan sebuah observasi serta penilitian untuk membantu masyarakat pesisir dan pegunungan dalam pengolahan VCO yang mudah, praktis, dan efisien. Sehingga terciptalah suatu ide perencanaan dan pembuatan suatu mesin khususnya “RANCANG BANGUN MESIN PEMERAS

KELAPA TUA SEBAGAI BAHAN BAKU VCO SKALA RUMAH TANGGA” yang dapat dilakukan secara maksimal dan dapat membantu dalam pengolahan VCO.

Dalam proses mesin pemerasan kelapa tua ini bertujuan untuk memeras kelapa tua menjadi bahan baku VCO. Mesin ini digunakan pada kelapa yang dikeringkan 3-4 hari dengan cara dijemur dibawah sinar matahari. Hasil kelapa yang sudah kering ini akan diperas menggunakan mesin pemeras kelapa tua. Kelapa tua langsung dimasukan dalam proses pemerasan. Dan hasilnya berupa bahan baku VCO yang digunakan untuk obat obatan. Mesin ini mempercepat proses pemerasan, lebih efektif dan praktis daripada cara yang dipakai sebelumnya.

Dengan mengetauhi latar belakang yang ada, masalah yang muncul adalah :

1. Bagaimana menentukan besar gaya dan daya serta menghitung elemen-elemen mesin pemeras kelapa tua yang digunakan ?

2. Bagaimana cara merancang prototype mesin pemeras kelapa tua?

2

3. Berapa kapasitas produk yang dihasilkan oleh mesin pemeras kelapa tua ?

Untuk mencapai tujuan perancangan

dan Dalam perencanaan ini perlu adanya

pembatasan permasalahan yang timbul supaya tidak terlalu meluas, antara lain :

1. Mesin ini dipergunakan khusus proses pemerasan kelapa tua untuk menghasilkan bahan baku VCO. 2. Komposisi kelapa dalam mesin

pemeras kelapa adalah kelapa yang sudah tua dan dikeringkan 3-4 hari. 3. Perhitungan analisa meliputi

perencanaan daya, gaya dan elemen-elemen mesin pemeras kelapa lainnya.

Tujuan yang ingin dicapai dalam

pembuatan tugas akhir ini adalah adalah : 1. Untuk mengetahui berapa besar gaya

dan daya serta elemen-elemen mesin pada mesin pemeras kelapa tua.

2. Untuk mendapatkan prototype mesin pemeras kelapa tua agar dapat bekerja dengan baik.

3. Untuk mengetahui berapa besar produk yang dihasilkan oleh mesin pemeras kelapa tua.

2. Metodologi

Pada bab ini akan dibahas secara detail mengenai perencanaan dan pembuatan alat,secara keseluruan proses pembuatan dan penyelesaian Tugas Akhir ini digambarkan dalam diagram alir atau flow chart di bawah ini:

Gambar 1. Flow Chart Metodologi

Perencanaan

Proses dalam menyelesaikan pembuatan Tugas Akhir ini melalui beberapa tahap sebagai berikut:

1. Survey

Peninjauan lapangan,pengumpulan data dilakukan di home industri di daerah pasar keputran gang II no 36 Surabaya.

2. Tinjauan Pustaka

Perencanaan konstruksi ini berdasarkan literatur yang mempunyai relevansi dengan permasalahan yang dihadapi, baik dari buku teks, jurnal, penelitian dan lain-lain, hal ini dimaksudkan untuk memperoleh data teknis mengenai segala hal yang berhubungan dengan minyak kelapa.

3. Data Produk

Penggabungan hasil observasi lapangan dengan studi literature yang berupa bahan – bahan untuk mesin pemeras dan

3

kelapa tua yang digunakan untuk uji bahan dari kelapa yang dikeringkan dan kelapa nantinya dimasukan ke mesin pemeras untuk diambil minyaknya.

4. Gambar Perencanaan

Dari studi literatur yang ada dan pengamatan di lapangan serta dari hasil uji pemerasan kelapa tua maka dapat dibuat suatu perencanaan alat dan akan digunakan untuk desain suatu alat seperti gambar tersebut.

5. Perhitungan komponen.

Dalam tahap ini dilakukan perhitungan tentang gaya-gaya (elemen – elemen mesin ) yang terjadi untuk menentukan bahan. Yang kemudian digunakan untuk membuat alat tersebut.

6. Pemilihan Bahan

Dalam tahap ini dilakukan pemilihan bahan sesuai dengan hasil perhitungan yang bertujuan mengetahui batas-batas tegangan yang diijinkan untuk membuat alat (apa bahannya).

7. Pengecekan Kembali Hasil Perhitungan

Dalam tahapan ini, dilakukan pengujian terhadap perhitungan. Apabila kinerja tersebut tidak sesuai dengan harapan maka akan dilakukan perencanaan ulang terhadap sistem ini, bila hasilnya sesuai dengan harapan. Dengan pengujian dimensi,desain, analisa perhitungan dan bahan, maka akan diteruskan untuk pembuatan laporannya.

8. Pembuatan dan Perakitan Alat Dengan hasil perhitungan perencanaan alat dan gaya yang terjadi, maka didapatkan kebutuhan akan bahan yang akan digunakan untuk pembuatan alat, maka perakitannya dilakukan secara sistematis berdasarkan perencanaan dan sifat-sifat bahan agar tidak terjadi kerusakan pada waktu pengoperasiannya.

9. Penyusunan Laporan

Setelah mendapatkan data-data yang diperlukan dari hasil perhitungan dan pewujudan alat, maka dibuat laporan mengenai hasil rancangan atau pembuatan alat tersebut.

Cara kerja mesin pemeras kelapa tua ini sederhana sehingga untuk menggunakan alat ini seseorang tidak perlu mempunyai keahlian khusus. Untuk menjalankan alat ini cukup menekan tombol on/off yang tersedia pada mesin. Putaran dari motor bensin akan memutar pulley pada motor dan akan menggerakkan V-belt serta dapat menggerakkan pulley pada gearbox. Sprocket pada gearbox akan menggerakkan poros di mana poros ini akan menggerakkan screw pemeras kelapa untuk melakukan penekanan dan dilanjutkan dengan pemerasan. Sehingga kopra dapat mengeluarkan minyak dan ampasnya.

Mesin ini menggunakan motor bensin dengan daya 5,5 HP dengan putaran 2400 rpm. Motor bensin akan menggerakan mekanisme sprocket pada poros screw, sehingga akan memeras kopra sampai keluarnya minyak kelapa murni melalui filter yang terdiri dari sela-sela lubang yang terdapat pada sisi samping casing screw pemeras, sedangkan ampas kelapa keluar melalui lubang saluran ampas.

Bahan yang sudah disiapkan berupa kelapa yang sudah dikeringkan (kelapa tua). Kelapa yang akan diperas dipilih yang berumur tua, mempunyai daging buah tebal dan ukuran buahnya yang besar. Dengan tujuan agar menghasilkan minyak kelapa yang banyak dan kualitas minyak yang bagus.

Proses pemerasan menggunakan mesin pemeras kelapa tua,dengan metode screw pemeras. Kelapa yang telah masuk ke dalam mesin akan masuk ke dalam mesin pres dan diperas menggunakan screw pemeras. Hasil pemerasan berupa minyak kelapa murni. Dimana minyak kelapa murni tersebut nantinya akan diolah lagi menjadi minyak goreng dan obat – obatan.

4 Keterangan : 1. Motor Bensin 5,5 Hp 2. Gearbox rasio 1:40 3. Pulley 4. Sprocket 5. Chasing screw 6. Frame 7. Corong

8. Penampang minyak kelapa 9. Penampang ampas kelapa

3. Perhitungan dan Perencanaan

Pada bab ini akan membahas tentang perhitungan dan perencanaan mesin pemeras kelapa, yaitu menganalisa daya dan gaya – gaya yang nantinya dibutuhkan oleh mesin agar dapat berjalan dan berfungsi seperti yang diharapkan, antara lain menghitung daya motor yang dibutuhkan untuk memutar screw pemeras tanpa bahan dan dengan bahan, berbekal perhitungan perencanaan elemen mesin yang mendukung dalam perencanaan mesin pemeras ini sehingga aman dalam pengoperasiannya.

Gambar 3. Screw Pemeras

Data yang diketahui :

• ds = diameter screw = 80 mm • rs = jari-jari screw = 40 mm

• din = diameter dalam screw = 40 mm • ts = tebal screw = 5 mm

• s = screw pitch = 30 mm • ls = panjang screw = 400 mm • D = diameter casing = 95 mm • lC = panjang casing = 415 mm

• W = m = berat screw yang ditimbang = 28,5 kg

• f’

= kofesien gesek = 0,25

3.1 Kapasitas Produksi Mesin Pemeras Kelapa

Untuk mencari kapasitas produksi kelapa dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :

Dimana :

• Q = Kapasitas Produksi ( kg/jam) • ds = Diameter screw (m)

• s = Jarak pitch ( m ) • n1 = Putaran screw (rpm)

• Ψ = 0,25 ( slow - flowing abrasive) • C = 0,7 dengan α = 15° ( Lampiran 2)

• γ = 352 kg/m3

(www.cpsradinintan.blogspot.com)

( Spivakovsky, A; 1996. Hal 273 dan Hal 274 )

Jadi :

3.2 Daya Yang Dibutuhkan Mesin 3.2.1 Daya Pemerasan Kelapa

Daya mesin pemeras merupakan daya yang ditransmisikan oleh screw pemeras :

Pada uji coba menggunakan press hidrolis menghasilkan gaya sebesar : 𝑃 =𝐹_𝐴

𝐹 = 𝑃. 𝐴

𝐹 = 527301,75 𝑘𝑔 𝑚� .0,0025 𝑚2 2 𝐹 = 1318,25 𝑘𝑔 = 12.932,03 𝑁 Tegangan kompresi yang terjadi :

𝜎

c = 𝐹 𝐴

𝜎

c = 12932 𝑁 2500 𝑚𝑚2

𝜎

c = 5,1728 𝑁 𝑚𝑚⁄ 2 C n s d Q= π ⋅ s ⋅ ⋅ψ ⋅γ ⋅ 1 2 4 60 C n s d Q= π⋅ s ⋅ ⋅ψ⋅γ⋅ 2 2 4 60 jam kg m kg rpm m 14 , 11 7 , 0 ³ 352 25 . 0 20 03 , 0 4 ) ) 08 , 0 ( 14 , 3 ( 60 2 = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =

5 Keterangan :

P = Tekanan pada hidrolis F = Gaya pemeras pada hidrolis A = Luasan yang diperas

𝜎

c = Tegangan kompresi yang terjadi Maka gaya pada screw pemeras adalah : F =

𝜎

c . A F = 5,1728 . 3,14 4 80 2 F = 25988,2 N 𝑇1 = 𝐹. 𝑟 = 25988,2 𝑁 .40 𝑚𝑚 = 1039525,888 𝑁. 𝑚𝑚 = 105965,94 𝑘𝑔. 𝑚𝑚 𝑁1= _9,74.10𝑇1. 𝑛1₅ =105965,94 𝑘𝑔. 𝑚𝑚 .20_974.000 = 2,1758 𝐾𝑤 = 2,916 𝐻𝑝 ( Spivakovsky,A : 1978.hal 274 ) 3.2.2 Daya pada screw

Untuk mencari rumus daya mesin pemeras dibawah, maka harus menghitung elemen-elemen mesin yang diperlukan terlebih dahulu, yaitu : 1. Volume chasing screw

Volume yang terdapat didalam diameter dalam chasing :

𝑉1 = λ × πD 2 4 . 𝑙𝑐

2. Volume Rongga Antar Screw

Volume yang terdapat pada rongga – rongga screw (pitch diameter ) :

s in s d _l d V = × − ⋅ 4 ) ( 2 2 2 π

(

)

(

)

3 2 2 1507200 400 4 1600 6400 14 , 3 400 4 40 80 14 , 3 mm mm mm mm mm mm mm = ⋅ − × = ⋅ − × =

3. Volume Rongga Efektif Screw Volume yang terdapat diantara volume chasing screw dan rongga-rongga pada screw :

V3 = V1 + V2

= 940838,2 mm3 + 1507.200 mm3 = 2448038,2 mm3 = 0,0024 m3

Gambar 4. Bentuk Screw

4. Sudut Screw

Sudut kemiringan pada screw :

s d s arc 2 tan ⋅ = α 0 15 25 , 0 tan 95 2 30 tan = ⋅ = ⋅ ⋅ = arc mm mm arc

Gambar 5. Gaya yang terjadi pada

screw

(

)

3 2 2 , 940838 415 4 95 14 , 3 32 , 0 mm mm mm = × ⋅ ⋅ =

6 5. Gaya Aksial

Gaya yang terjadi searah dengan arah screw: Fa = q.ls.f’ Dimana : • f = 0,25 (Ach.Muhib,2008:hal 178) Jadi : Fa = q.ls.f’ = 3,094 kg/m . 0,4m . 0,25 = 0,3094 kg = 3,035 N 6. Gaya Normal

Gaya yang tegak lurus terhadap lintasan screw:

𝐹𝑛 = _{cos 𝜃 . cos 𝛼 − 0,25 . sin 𝛼}𝑊 𝐹𝑛

= _{cos 30° . cos 15° − 0,25 . sin 15°}28.5 𝑘𝑔 𝐹𝑛 = _{0,866 . 0,966 − 0,25 . 0,259}28.5 𝑘𝑔 𝐹𝑛 = _{0,8558 − 0,06475}28.5 𝑘𝑔

𝐹𝑛 = _0,7910528.5 𝑘𝑔

𝐹𝑛 = 36,02 𝑘𝑔 = 353,35 N 7. Gaya Tangensial

Gaya yang arahnya menyinggung benda kerja:

Ft = Fn . fs . cos𝛼 = 36,02 . 0,25 . 0,966 = 8,698 kg = 85,327 N

8. Gaya Gesek

Gaya yang terjadi karena 2 buah permukaan yang saling bergesekan:

Fg = Ft . fs . tan𝛼

= 8,698 . 0,25 . 0,2679 = 0,5825 kg =5,714 N

9. Torsi Screw

Torsi yang terjadi pada screw : T2 = Ft . r + Fg . r

= 8,69 . 40 + 0,58 . 40 = 347,95 + 23,30

= 371,25 kg.mm

10. Daya yang Dibutuhkan Untuk Menggerakan Screw

Daya yang dibutuhkan untuk memutar screw tanpa ada beban pemerasan: 𝑁2 = _{9,74 × 10}𝑇2 . 𝑛1 ₅ 𝑁2 = 371,25 𝑘𝑔. 𝑚𝑚 . 20_{9,74 × 105} 𝑁2 = _{9,74 × 10}7425 ₅ 𝑁2 = 0,00762 𝑘𝑊 𝑁2 = 0,01 𝐻𝑃

3.2.3 Daya untuk memeras kelapa Daya yang dibutuhkan mesin pemeras kelapa tua sebagai bahan VCO skala rumah tangga adalah :

Ntotal = N1 + N2

Ntotal = 2,916 Hp + 0,01 Hp

Ntotal = 2,926 Hp

3.3 Perhitungan Momen Bending Gaya – gaya pada arah Horisontal dan Vertikal

Gambar 6. Free Body Diagram

3.3.1 Reaksi tumpuan pada arah Horizontal

Gambar 7. Reaksi tumpuan arah horizontal

7 3.3.2 Reaksi Tumpuan Arah Vertikal

Gambar 8. Reaksi tumpuan arah vertical

3.4 Momen Resultan

Untuk mencari momen resultan pada poros dapat menggunakan persamaan sebagai berikut : 2 2 ) ( ) ( _{h v} r M M M = + Dimana : • Mh = 372197 kg.mm ( Momen yang terjadi pada bidang horizontal ) • Mv = 340853 kg.mm ( Momen yang

terjadi pada bidang vertikal ) Jadi : 2 2 ) ( ) ( _{h v} r M M M = + kgmm kgmm M kgmm kgmm M r r 79 , 159596 0 2547113740 ) 340853 ( ) 372197 ( 2 2 = = + = 3.5 Daya perencanaan

Untuk mencari nilai Nd dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :

3 N f N_d = _c Dimana : Nd = Daya perencanaan ( kW ) fc = Faktor koreksi ( 1,0 – 1,5 ) N3 = Daya motor 5,5 Hp(4,103 kW ) 3 N f N_d = _c = 1,3 . 4,103Kw = 5,334 Kw 3.6 Torsi Poros

Untuk mencari torsi pada poros dapat dicari menggunakan rumus :

1 5 10 74 , 9 n N T = × d Dimana : T = Momen torsi ( kg.mm ) Nd = Daya perencanaan ( Kw ) n1 = Putaran poros (rpm) Jadi : 1 5 10 74 , 9 n N T = × d rpm Kw T 20 334 , 5 10 74 , 9 × 5 = = 259765,8 kg.mm 3.7 Diameter Poros :

Dari data bahan poros telah ditentukan sehingga diperoleh strength yield point (Syp). Dengan data tersebut kemudian dilakukan perhitungan diameter poros dengan persamaan :

(

)

13 2 / 1 2 2 32         +         = M T S n d r yp π Dimana : • Mr = 159596,79 kgmm • T = 259765,8 kgmm • n = 2,5 ( faktor keamanan untuk beban kejut, terlampir )

• Syp = 58 kg/mm2

( bahan AISI 1045, lambang S45C dan baja karbon kontruksi mesin, terlampir )

Jadi :

(

)

13 2 / 1 2 2 32         +         = M T S n d _r y π ( ) 3 1 2 / 1 2 2 2 (159596,79 ) (259765,8 ) / 58 . 14 , 3 5 , 2 . 32       +       = kgmm kgmm mm kg d

8

(

)

3 1 2 / 1 2 . 0 9294940623 / 12 , 182 80             = kgmm mm kg d

(

)(

)

[

_{0,439kg/mm2 96410,27kgmm}

]

13 d =

[

_(42324,1mm)

]

13 d = mm d =34,725

{ diameter poros ( Dp ) sesungguhnya = 80 mm }

Diameter poros dalam perhitungan ini lebih besar besar dikarenakan daya diteruskan menggunakan rantai sehingga tumbukan akan langsung dikenakan pada poros hingga kondisi pembebanannya lebih berat.

3.8 Hasil Percobaan Pemerasan Kelapa Tua

Pengujian dilakukan dengan waktu 10 menit dengan menggunakan mesin pemeras kelapa tua sebagai bahan VCO untuk skala rumah tangga dengan hasil sebagai berikut :

Tabel 3.1. Tabel Hasil Percobaan Mesin Pemeras Kelapa No Massa Kelapa Volume Bahan Baku VCO Massa Ampas Kelapa 1 2 Kg 510 ml 1,44 Kg 2 2 Kg 497 ml 1,46 Kg 3 2 Kg 495 ml 1,49 Kg Rata - Rata 497,67 ml 1,46 Kg

• Rata – rata ampas kelapa :

kg kg kg kg 46 , 1 3 49 , 1 46 , 1 44 , 1 = + + =

• Rata – rata volume bahan baku VCO : ml ml ml ml 67 , 497 3 495 497 501 = + + =

• Kapasitas kelapa tua yang diperoleh dalam waktu 1 jam :

1. Ampas kelapa : 1,46 . 6 = 8,78 kg

2. Minyak kelapa : 497,67 . 6 = 2986,02 ml = 2,98 L

3.

4. Kesimpulan

Dari perhitungan dan perhitungan pada “Mesin Pemeras Kelapa Tua Sebagai Bahan Baku VCO Skala Rumah Tangga” , diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Gaya yang bibutuhkan untuk memeras sebesar 25.988,2 Newton dan Daya yang dibutuhkan oleh mesin pemeras kelapa sebesar 2,1758 Kw = 2,916 Hp dengan putaran 2400 rpm.

2. Belt yang digunakan adalah jenis V-Belt type A dengan panjang belt 1600mm, dan jumlah belt 2 buah. 3. Poros yang digunakan adalah

bahan AISI 1045, lambang S45C dan baja karbon kontruksi mesin dengan diameter 80 mm dan panjang 700 mm.

4. Dalam pengujian 2 kg kelapa tua yang digunakan menghasilkan volume bahan baku VCO sebesar 497,67 ml, massa ampas kelapa sebesar 1, 46 kg dan kapasitas kelapa yang dihasilkan dalam 1 jam dengan kelapa 12 kg menghasilkan ampas kelapa sebesar 8,78 kg.

5. Saran

1. Pada konstruksi sebaiknya frame atau rangka mesin dibuat agar lebih kokoh dan kuat lagi untuk mengurangi besarnya tekanan dan getaran yang ditimbulkan oleh tarikan dari putaran rantai atau chain.

2. Celah tempat keluarnya ampas dan minyak sebaiknya dibuat lebih lebar agar laju keluarnya ampas dan minyak lebih lancar.

9 6. Daftar Pustaka

1. Spivakovsky, A. 1996 : Conveyor and Related Equipment. Moscow.

2. Sularso, Kiyokatsu Suga.1994. Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin, Cetakan ke 10.

3. Deutschman, Aaron D. 1975. Machine Design : Theory and Practice. New York: Macmillan Publishing Co, Inc.

4. Dobrovolsky. V.1978: Machine Elements. Russian Second Edition. 5. Zainuri,Ach.Muhib.2008:Mesin

Pemindah Bahan-Material Handling Equipment.Yogyakarta:ANDI

6. Suhariyanto.2006.Diktat Elemen Mesin I.Surabaya: Jurusan D3 Teknik Mesin FTI-ITS.

7. Suhariyanto, Syamsul Hadi. 2004.

Elemen Mesin II. Surabaya. Institut

Teknologi Sepuluh Nopember. 8. Mott, Robert L. Machine Elements in

Mechanical Design, Fourth Edition.2004.

9. Sato, G. Takeshi, N. Sugiarto H. 2000. Menggambar Mesin menurut standar ISO, PT Pradnya

Paramita, Jakarta. 10. (www.cpsradinintan.blogspot.com) 11. (http://lelakisejarah.blogspot.com/2 011/08/jalan-hidup-kelapa.html) 12. (http://minyakvcohealthyproduct.bl ogspot.com )