6 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kotoran Sapi
Kotoran sapi merupakan hasil pembuangan kotoran sapi ruminansia. Kotoran sapi banyak mengandung serat sehingga sulit dirusak oleh mikroorganisme. Kotoran sapi dapat dimanfaatkan sebagai biogas atau menjadi pupuk kandang atau pupuk alami. Pupuk sapi dapat dimanfaatkan sebagai biogas karena mengandung gas metana yang tinggi sehingga cenderung dimanfaatkan sebagai sumber energi atau biogas [4]. Kotoran kotoran sapi juga dapat dimanfaatkan sebagai pupuk kandang atau kompos alami karena sebenarnya mengandung bahan-bahan alami yang dapat diubah oleh mikroorganisme menjadi suplemen. Kotoran sapi mengandung kadar air yang tinggi yang disebabkan oleh pencampuran kotoran sapi sehingga ketika berinteraksi, pemupukan tanah akan menimbulkan bau.
Kotoran sapi mengandung serat yang sangat tinggi seperti selulosa. Hal ini dikarenakan pakan sapi berupa rumput dan daun-daunan hijau. Kotoran sapi yang biasa dimanfaatkan sebagai bahan mentah untuk kompos alami adalah pupuk sapi potong. Hal ini dikarenakan jumlah sapi potong lebih besar dari pada sapi perah, sehingga sumber bahan alami sangat melimpah.
2.2 Limbah Kotoran Sapi
Ternak mengeluarkan kotoran dalam jumlah besar karena limbah. Pada ternak sapi jumlah kotoran yang dikeluarkan setiap harinya sekitar 12% dari berat badan, dan jika tidak ditangani dengan baik dapat menimbulkan limbah dan pencemaran lingkungan karena kotoran ternak mengandung NH3 (amonia) dan senyawa lainnya. Komponen-komponen yang masih terkandung dalam kotoran ternak dapat mencemari lingkungan dan masyarakat sekitar jika tidak dikelola dengan baik.
7
Pupuk kandang yang mengandung beberapa unsur hara dapat digunakan sebagai pupuk organik.
2.3 Pengeringan
Pengeringan adalah proses penurunan kadar air suatu bahan sampai tercapai kadar air tertentu. Dasar dari proses pengeringan adalah penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Metode pengeringan terbagi menjadi 2 yaitu pengeringan secara alami dan buatan.
Pengeringan secara alami adalah proses pengeringan yang menggunakan sinar matahari. Pengeringan secara buatan adalah proses pengeringan yang menggunakan mesin pengering. Beberapa parameter yang mempengaruhi waktu yang dibutuhkan dalam proses pengeringan, antara lain :
1. Suhu Udara Pengering
Laju penguapan bahan berair selama pengeringan sangat ditentukan oleh kenaikan suhu. Saat suhu pengeringan naik, jumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air dari bahan berkurang. Suhu udara pengering mempengaruhi waktu pengeringan dan kualitas bahan yang dikeringkan.
Semakin tinggi suhu udara pengering, semakin pendek proses pengeringan.
2. Kelembaban Relatif Udara Pengering
Kelembaban udara mempengaruhi perkembangan cairan dari dalam material ke permukaan. Kelembaban relatif juga menentukan tingkat kapasitas udara kering untuk menyerap kelembaban pada lapisan luar bahan. Semakin rendah RH (kelembaban relatif) udara pengering, semakin cepat sistem pengeringan terjadi, karena dapat menahan lebih banyak uap air daripada udara dengan kelembaban relatif tinggi. Nilai RH udara adalah 1,2 kg/m3.
3. Kecepatan Aliran Udara Pengering
Selama sistem pengeringan, udara bergerak sebagai pengangkut panas untuk menghilangkan air yang ada dalam bahan dan menghilangkan kelembaban.
Air keluar dari bahan sebagai uap dan harus dikeluarkan dari bahan secepat
8
mungkin. Jika tidak segera dihilangkan, air akan menghalangi udara pada lapisan terluar bahan, sehingga mengurangi kedatangan air berikutnya.
4. Kadar Air Bahan
Selama sistem pengeringan, umumnya diamati bahwa ada variasi dalam kandungan kelembaban bahan. Variasi ini dapat dipengaruhi oleh ketebalan timbunan, kelembaban umum udara pengering dan kandungan kelembaban yang mendasari bahan [6].
2.4 Jenis-Jenis Mesin Pengering
Terdapat beberapa jenis dari mesin pengering yaitu:
1. Tray dryer
Pengering baki, juga dikenal sebagai pengering kabinet atau pengering kabinet, dapat mengeringkan padatan atau pasta, yang disebarkan pada baki logam dengan ketebalan 10 - 100mm. Pengeringan baki atau wadah melibatkan penempatan bahan yang akan dikeringkan di atas baki yang bersentuhan langsung dengan rak pengering. Metode perpindahan panas yang paling umum digunakan adalah konveksi dan perpindahan panas secara konduksi juga dimungkinkan dengan memanaskan pelat.
2. Fluidized Bed Dryer
Pengeringan unggun terfluidisasi (Fluidized Bed Dryer) adalah suatu siklus pengeringan yang memanfaatkan aliran angin panas dengan kecepatan tertentu melalui bahan yang diperpanjang sehingga bahan yang dikeringkan bersifat cair.
Mesin pengering Fluidized Bed Dryer digunakan untuk mempercepat sistem pengeringan dan mengikuti sifat bahan kering. Pengering ini banyak digunakan untuk mengeringkan bahan dalam struktur granular atau granular, baik untuk senyawa, makanan, artistik, obat-obatan, pedesaan, polimer dan perusahaan limbah. Sistem pengeringan dipercepat dengan memperbesar kecepatan arus angin panas sampai bahan terfluidisasi. Dengan menggunakan kecepatan ini, bahan
9
ditiup untuk melakukan kontak pengeringan, meningkatkan koefisien perpindahan panas konveksi, dan meningkatkan kecepatan penyebaran uap air.
2.5 Desain dan Simulasi
Desain dan perancangan adalah gambar, perencanaan dan sketsa atau pengaturan yang terdiri dari beberapa unit lengkap dan fungsional yang dapat digunakan untuk menunjukkan urutan. Simulasi sistem adalah eksekusi model dalam waktu atau ruang untuk membantu menganalisis kinerja sistem yang ada atau dibangun.
Dengan kata lain, simulasi adalah proses menggunakan model untuk mempelajari kinerja suatu sistem [7].
Simulasi dapat dilakukan dengan beberapa perlakuan terhadap benda yang ingin disimulasikan, contohnya adalah simulasi gerak, simulasi temperature, simulasi getaran, simulasi arus listrik, simulasi beban, dan lain lain. Melakukan simulasi biasanya dilakukan pada sebuah Software gambar 3D yang akan menghasilkan keadaan yang diinginkan atau diharapkan dan dapat menjadi parameter dalam mewujudkan alat yang akan dibuat. Salah satu Software yang biasanya digunakan untuk melakukan desain adalah Solidworks. Solidworks merupakan software yang dipergunakan dalam merancang suatu produk, mesin atau alat.
2.6 Rotary Dryer
Rotary dryer atau pengering drum adalah pengering berbentuk drum yang berputar terus menerus yang dihangatkan oleh heater atau gasifier. Pengering ini dapat bekerja dengan aliran udara melalui poros bundar dan berongga pada 1200- 1800 °F, tetapi lebih sering digunakan pada 400-900 °F. Rotary dryer biasanya digunakan untuk mengeringkan bahan yang berupa serbuk, granul dan bongkahan padatan berukuran besar. Input dan output material bersifat otomatis dan kontinu karena pergerakan vibrator, putaran bukaan feed, gerakan rotasi, dan gravitasi.
Uap listrik, batu bara, minyak tanah dan gas dapat digunakan sebagai sumber panas.
Debu yang dihasilkan ditangkap oleh electrostatic precipitator dan water collector.
10 2.7 Penelitian Terdahulu
Berikut ini adalah penelitian terdahulu yang tercantum dalam bentuk tabel yang berkaitan dengan penelitian ini [8], [9], [10].
Tabel 2.1 Daftar penelitian terdahulu
Peneliti Judul Penelitian Hasil Penelitian Hery Irawan,
Bakuh Suhayat, 2020
Analisis Desain Kerangka Mesin Pengering Padi Rotary Dryer Dengan Empat Bantalan Rol Menggunakan Software CAD
Melakukan perancangan menggunakan Software CAD maka dapat mempermudah proses pengerjaan pembuatan produk.
Simulasi dilakukan pada mesin pengering padi pada kerangka dan silinder yang dibebani dengan estimasi beban paling berat dan waktu proses pengeringan. Simulasi dilakukan pada kondisi mesin mati, sehingga didapatkan hasil simulasi yang memenuhi dari syarat keamanan, dikarenakan nilai safety factor yang melebihi dari satu.
Azwir Sofyan, Jean Glusevic, A.J.
Zulfikar, Bobby Umroh, 2019
Analisis Kekuatan Struktur Rangka Mesin Pengering Bawang Menggunakan Perangkat Lunak Ansys Apdl 15.0
Berdasarkan perhitungan teori kegagalan Tegangan Geser Maksimum (Maximum shear stress), tegangan yang ditimbulkan akibat beban eksternal jauh lebih kecil dari tegangan Yield-nya.
Demikian juga berdasarkan perhitungan teori kegagalan Teori Energi Distorsi (Distortion energy), tegangan maksimum yang terjadi akibat beban eksternal juga jauh
11
lebih kecil dari tegangan Yield-nya.
Dengan demikian struktur alat pengering bawang dapat dinyatakan aman untuk digunakan pada beban kerja tersebut.
Rovida C.
Hartantrie, Saiful Bachri, Eka Maulana, Eddy
Djatmiko, A.
Suwandi, 2019
Analisis Perhitungan Perancangan Mesin Pengering Biji Kakao
Hasil perancangan mesin pengering biji cokelat didapatkan ukuran minimum yang harus dipenuhi untuk memenuhi syarat keamanan.
Spesifikasi mesin pengering biji cokelat yang didapatkan yaitu:
ukuran mesin keseluruhan dengan panjang x lebar x tinggi masing- masing 1100mm x 750mm x 1350mm.
2.8 Baja AISI 4130
Baja AISI 4130 adalah baja paduan rendah (Low Alloy Steel) yang mengandung kromium dan molibdenum. Penambahan unsur tersebut bertujuan untuk memperbaiki sifat mekanik pada temperatur rendah atau tinggi. Sifatnya yang ulet serta mempunyai faktor temperatur yang tinggi membuat baja AISI 4130 banyak digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan roda kereta, poros, airframe components, ring, bilah turbin dan banyak lagi [11].
2.9 Bending Stress
Ketika suatu material dibebani dengan beban, maka akan menghasilkan bending stress (tegangan lendut). Bending stress merupakan tipe dari normal stress akan
12
tetapi sedikit lebih spesifik. Ketika material diberi beban, maka akan menghasilkan apa yang disebut sebagai tegangan kompresif normal. Sedangkan tegangan pada arah horizontal adalah nol [12]. Bending stress dapat dirumuskan sebagai berikut:
𝜎
𝑏=
𝑀×𝑦𝐼 ………... (1) Dimana:
𝜎𝑏 = Bending stress (N/m2) 𝑀 = Bending moment (Nm)
𝑦 = Jarak vertikal dari sumbu netral (m) 𝐼 = Momen inersia (m4)
2.10 Defleksi
Suatu batang atau beam yang diberi tumpuan pada bagian ujungnya akan mengalami lendutan atau defleksi apabila terdapat gaya atau beban yang bekerja pada batang tersebut. Defleksi yang terjadi pada suatu batang akan berhubungan secara langsung dengan regangan pada batang tersebut. Apabila regangan yang terjadi pada suatu struktur akan berbanding lurus dengan tegangan struktur tersebut, sehingga analisa mengenai defleksi merupakan suatu hal yang sangat penting dalam mempertimbangkan suatu struktur karena berhubungan dengan desain struktur dan keamanan suatu struktur. Defleksi adalah besarnya pergeseran atau perpindahan pada batang akibat dari adanya beban yang bekerja pada batang tersebut [13]. Defleksi dapat dirumuskan sebagai berikut:
𝛿 =
𝐹×𝐿348×𝛦×𝐼………... (2) Dimana:
𝛿 = Defleksi (mm) 𝐹 = Gaya (N) 𝐿 = Panjang (m)
𝛦 = Modulus young (N/m2) 𝐼 = Momen inersia (m4)
13 2.11 Safety Factor
Faktor keamanan atau safety factor (SF) adalah istilah yang menggambarkan kapasitas atau kemampuan struktural dari suatu bagian yang menerima beban.
Secara singkat SF menunjukkan seberapa aman suatu bagian (part) pada suatu sistem menahan beban yang diterimanya. Nilai safety factor dapat menentukan seberapa baiknya desain yang akan diterapkan menjadi kenyataan. Nilai safety factor sebaiknya lebih besar dari 1,0 jika ingin menghindari kegagalan. Tergantung pada keadaan, nilai safety factor yang digunakan antara 1,5 hingga 2,0 [14]. Safety factor dapat dirumuskan sebagai berikut:
𝑆
𝑓=
𝜎𝑦𝜎 ………...(3) Dimana:
𝑆𝑓 = Safety Factor 𝜎𝑦= Yield stress 𝜎 = Tegangan
