DESAIN DAN KINERJA UNIT PEMOTONG SERASAH TEBU
DENGAN MENGGUNAKAN PISAU TIPE REEL
WAHYU KRISTIAN SUGANDI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Desain Dan Kinerja Unit Pemotong Serasah Tebu Dengan Menggunakan Pisau Tipe Reel adalah 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 tesis ini.
Bogor, Januari 2011
Wahyu Kristian Sugandi NIM F151080021
ABSTRACT
WAHYU KRISTIAN SUGANDI. Design and Performance of The Unit Sugarcane Trash Cutting With Cutter Reel Type. Supervised by RADITE P.A SETIAWAN and WAWAN HERMAWAN.
The problem of sugarcane trash after harvesting is experienced by the world's sugarcane plantations, including those in Indonesia. Large amount of sugarcane trash left in the field makes difficulties in soil management and plant maintenance. Current practice done by the sugarcane plantations was “burning before soil tillage”. However, the practice of burning cause unwanted impact to the environment and human health. Meanwhile, sugarcane trash still rich of nutrients for the land. Widely studied and has been proven that many sugarcane trash is very useful to increase the soil fertility. The trash size is still long so that it should be reduced to improve composting process. A prototype of reel type trash chopper has been designed and constructed with dimensions of 240 cm width, 268 cm length, and 133 cm height. The prototype was tested on 4 levels of reel rotational speeds (400, 450, 500, and 550 rpm) and 4 levels of trash densities (8, 16, 24, and 32 kg/m3). During the tests, cutting torque and rotational speed of the reel were measured using a torque-meter and a digital tachometer. The output of trash chopping were measured to know the quality of the chopping procces. The prototype chopped up sugarcane trash of about 1.7 - 3.2 cm length, with chopping capacity of 398 kg/hour. Results of the tests showed that cutting torque was in the range of 1.75 to 4.03 kg.m with the average of 2.88 kg.m, and average cutting power was 1.87 hp. Higher trash density caused a higher cutting torque and cutting power, while higher rotational speed caused a lower cutting torque and a higher cutting power. The highest cutting torque was 4.03 kg.m, when chopped sugarcane trash of 32 kg/m3 in trash density on 400 rotational speed. Increasing the rotational speed caused a shorter trash size.
Keyword : sugarcane trash cutting, rotational speeds, trash density, cutting toque, cutting power
RINGKASAN
WAHYU KRISTIAN SUGANDI. Disain Dan Kinerja Unit Pemotong Serasah Tebu Dengan Menggunakan Pisau Tipe Reel. Dibimbing oleh RADITE P.A. SETIAWAN dan WAWAN HERMAWAN.
Permasalahan serasah tebu setelah pemanenan merupakan polemik yang dialami oleh perkebunan tebu dunia termasuk perkebunan tebu yang ada di Indonesia. Bila serasah tebu dibiarkan di atas lahan dengan jumlah yang besar akan mengganggu proses selanjutnya seperti pengolahan tanah dan pemeliharaan tanaman. Penanganan saat ini yang dilakukan oleh perkebunan tebu adalah dengan cara dibakar. Namun demikian praktek pembakaran ini dapat menimbulkan efek buruk terhadap lingkungan dan kesehatan. Sementara itu pemanfaatan serasah tebu sebagai sumber hara bagi lahan sudah banyak diteliti dan terbukti bahwa serasah tebu sangat bermanfaat untuk menambah unsur hara di dalam tanah. Mengingat ukuran serasah yang ada di lahan masih panjang maka perlu adanya suatu tekonologi dalam proses pencacahan serasah tebu menjadi ukuran yang lebih pendek agar serasah tersebut dapat terdekomposisi ke dalam tanah. Salah satu mekanisme pemotongan yang paling cocok diterapkan pada mesin pencacah serasah tebu adalah pemotong tipe reel karena sifat tebu yang
bulky juga berkarakter liat. Adapun persyaratan panjang cacahan maksimal untuk
pupuk organik berdasarkan SNI 7580:2010 adalah 50 mm.
Penelitian ini bertujuan untuk mendisain unit pencacah dari mesin pengangkut dan pencacah serasah tebu dan mengkaji kinerja pemotongan yang meliputi 3 hal yaitu mengkaji torsi pemotongan, daya pemotongan dan panjang hasil pemotongan.
Prosedur penelitian mencakup: (1) pengukuran karakteristik fisik dan mekanik tebu, (2) pengukuran profil guludan pada lahan, (3) analisis disain unit pencacah yang meliputi desain silinder pisau pencacah, silinder penjepit dan sistem tranmisi (4) pembuatan prototipe mesin pencacah serasah tebul, (5) uji fungsional mesin serasah tebu, (6) kalibrasi torsi pemotongan (7) pengujian torsi pemotongan dengan 4 perlakuan kecepatan putar (400, 450, 500 dan 550 rpm) dan 4 perlakuan tingkat kepadatan (8, 16, 24, dan 32 kg/m3
Karakteristik fisik dari serasah tebu hasil pengukuran diperoleh data kisaran, rata-rata dan simpangan baku masing – masing adalah sebagai berikut : lebar daun 3 - 6 cm, 4.1 cm, 0.8 ; panjang daun 117 - 195 cm, 161.5 cm, 14.5 ; berat daun 3.5 - 13 cm, 8.9 gram, 1.78 ; panjang pucuk 130 - 190, 162.5 cm, 11.66 ; lebar pucuk 4 - 6, 5 cm, 0.74 ; berat pucuk 29 - 98.1 gram, 57.3 gram, 14.87.
) (8) akusisi dan pengolahan data, (9) pengukuran panjang hasil cacahan.
Kerapatan isi (bulk density) serasah tebu adalah 7.7 kg/m3
Hasil analisis desain terhadap unit pencacah adalah sebagai berikut: panjang silinder pencacah adalah 60 cm, diameter silinder pencacah adalah 429 cm, diameter poros silinder adalah 45 mm dan jumlah pisau sebanyak 8 buah. Sistem transmisi menggunakan rantai dan sproket dengan rasio reduksi 1 : 10 dari unit dengan kadar air basis kering untuk daun adalah 16.9%, pucuk tebu 15.7% dan batang 84.1%. Hasil pengukuran profil guludan di lahan tebu diperoleh data sebagai berikut : lebar guludan 120 cm, jarak antar tanaman 120 cm, tinggi guludan 20 cm. Nilai tersebut digunakan sebagai dasar dalam penentuan desain mesin pencacah sersah tebu.
pencacah ke unit penjepit. Pada unit penjepit jumlah silinder didesain sebanyak 4 buah. Silinder penjepit bagian atas berdiameter 270 mm, bagian bawah berdiameter 220 mm, silinder pengarah bagian atas berdiameter 180 mm dan bagian bawah berdiameter 80 mm. Secara keseluruhan dimensi dari prototipe mesin pencacah serasah tebu ini adalah sebagai berikut : lebar 240 cm, panjang 268 cm, dan tinggi 133 cm. Penggerak mula untuk mengoperasionalkan unit pencacah ini menggunakan mesin diesel dengan daya 8.5 hp. Berdasarkan hasil pengujian secara off farm diperoleh kapasitas dari mesin pencacah adalah 398 kg/jam.
Untuk mengetahui kinerja pemotongan dari unit pencacah ini maka telah dilakukan pengujian terhadap torsi pemotongan dengan menggunakan alat sensor regangan berupa strain gauge yang dipasang pada poros pencacah dan penjepit. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh data rata – rata torsi pemotongan adalah 2.88 kg.m dengan kisaran 1.75 – 4.03 kg.m. Rata – rata daya yang dibutuhkan untuk pemotongan serasah tebu adalah 1.87 hp dengan kisaran 1.09 – 2.55 hp. Hasil pengujian menunjukkan bahwa dengan kecepatan putar silinder pemotong yang tinggi mengakibatkan torsi pemotongan yang lebih rendah, namun daya pemotongan lebih tinggi. Semakin padat serasah yang dipotong diperlukan torsi dan daya pemotongan yang semakin tinggi. Torsi pemotongan yang paling tinggi (pada selang pengujian yang dilakukan) adalah 4.03 kg.m saat mencacah serasah dengan kepadatan 32 kg/m3
Menurut perhitungan secara teoritis panjang potongan yang diharapkan pada mesin serasah tebu ini adalah 0.41 – 0.56 cm. Sedangkan rata – rata panjang potongan serasah tebu yang dihasilkan adalah 1.7 – 3.2 cm. Hal ini dikarenakan pada saat pemotongan kondisi serasah pada posisi miring sehingga ukuran potongan serasah akan lebih panjang dibandingkan dengan posisi lurus. Selain itu juga serasah baru bisa terpotong pada pisau berikutnya mengingat ukuran serasah yang tipis. Hasil pemotongan menunjukkan bahwa dengan meningkatkan kecepatan putar silinder pemotong maka ukuran serasah hasil pemotongan semakin pendek.
pada kecepatan putar 400 rpm.
@ Hak Cipta milik IPB, tahun 2010
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah. b. Pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin IPB.
DESAIN DAN KINERJA UNIT PEMOTONG SERASAH TEBU
DENGAN MENGGUNAKAN PISAU TIPE REEL
Wahyu Kristian Sugandi
Tesis
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
Judul Tesis : DESAIN DAN KINERJA UNIT PEMOTONGAN
SERASAH TEBU DENGAN MENGGUNAKAN PISAU TIPE REEL
Nama : Wahyu Kristian Sugandi
NIM : F151080021
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Radite P.A Setiawan, M.Agr
Ketua Anggota
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S
Diketahui
Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Teknik Mesin Pertanian dan Pangan
Dr. Ir. Radite PA Setiawan, M.Agr Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah dengan judul Desain Dan Kinerja Unit Pemotong Serasah Tebu Dengan Menggunakan Pisau Tipe Reel berhasil diselesaikan. Penelitian dilaksanakan mulai bulan Januari 2010 sampai dengan Agustus 2010 di Lab. Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fateta IPB, Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Radite P.A Setiawan, M.Agr selaku pembimbing pertama atas segala bimbingan, arahan dan masukannya selama proses penelitian berlangsung hingga penulisan tesis ini selesai dan Bapak Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S selaku pembimbing kedua atas segala koreksi, bimbingan dan arahannya dalam menyusun tesis ini serta Bapak Dr. Ir. Sutrisno, M.Agr sebagai dosen penguji luar komisi. Ucapan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. I Nengah Suastawa, M.Agr (Alm) selaku ketua peneliti pada program DP2M DIKTI tahun 2009 dan Lab. Teknik Mesin Budidaya Pertanian atas kesempatan dan kepercayaan yang diberikan kepada penulis menjadi bagian dalam penelitian.
Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Departemen Pendidikan Nasional RI, khususnya DIKTI melalui program BPPS yang telah memberikan bantuan biaya pendidikan sehingga penulis bisa menyelesaikan studi S2 dengan baik. Teman-teman TMP 2008, teknisi Lab. Teknik Mesin Budidaya Pertanian Fateta IPB atas dukungan dan segala pengorbanannya penulis ucapkan terima kasih. .
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat untuk kita semua. Amien
Bogor, Januari 2011
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sumedang pada tanggal 2 Juni 1976. Penulis merupakan anak bungsu dari empat bersaudara, putra dari pasangan Sugandi A.W (Alm) dan Adriana A.R.
Penulis menyelesaikan sekolah menengah di SMA Negeri 10 Bandung dan lulus pada tahun 1995. Penulis diterima di Universitas Padjadjaran Bandung pada tahun 1995 dan lulus sebagai Sarjana Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran pada tahun 2000. Selama kuliah penulis aktif dalam berbagai organisasi kemahasiswaan. Selanjutnya penulis bekerja sebagai karyawan di PT. Salim Invomas Pratama dari tahun 2001 hingga tahun 2005, dan pada tahun 2005 diterima sebagai dosen tetap di Universitas Padjadjaran hingga sekarang .
Pertengahan Agustus 2008 penulis diterima pada Program Magister Mayor Teknik Mesin Pertanian dan Pangan di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor dan lulus pada bulan Januari 2011.
i
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ... iii
DAFTAR TABEL ... v DAFTAR LAMPIRAN ... vi PENDAHULUAN ... 1 Latar Belakang ... 1 Tujuan Penelitian ... 2 Manfaat Penelitian ... 3 TINJAUAN PUSTAKA ... 4
Budidaya Tanaman Tebu ... 4
Batang Tebu ... 6
Daun Tebu ... 7
Pucuk Tebu dan Bunga Tebu ... 8
Sistem Pemanenan Tebu ... 8
Tipe Mekanisme Alat Pencacah ... 12
Alat Pencacah Kompos ... 12
Tub Grinders ... 12
Forage Chopper ... 13
Tipe Pisau Pemotong ... 15
Metode Pemotongan (Cutting) Bahan Pertanian... 16
Mekanisme Proses Pemotongan ... 17
Kebutuhan Daya Pemotongan ... 18
METODE PENELITIAN ... 19
Waktu dan Tempat Penelitian ... 19
Alat dan Bahan ... 19
Tahapan Penelitian ... 20
Pengukuran Karakteristik Fisik Serasah Tebu ... 21
Pengukuran Kalibrasi Strain - Torsi ... 22
Instrumen dan Perlengkapan Pengukur Torsi ... 25
Pengkuran Kalibrasi Strain – Tegangan ... 26
ii
Persamaan Torsi Terukur ... 29
Akusisi dan Pengolahan Data ... 29
Pengukuran Kapasitas ... 30
Pengukuran Panjang Potongan... 31
PENDEKATAN DESAIN ... 32
Kriteria Desain dan Gambaran Umum Proses Pencacahan ... 32
Desain Fungsional ... 33
Desain Struktural dan Analisis Teknik ... 34
Analisis Desain Silinder Pisau Pencacah ... 35
Analisis Desain Silinder Penjepit ... 36
Analisis Sistem Transmisi ... 38
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40
Karakteristik Fisik SerasahTebu ... 40
Kerapatan Isi (Bulk Density) Serasah Tebu ... 41
Kadar Air Serasah Tebu ... 42
Elastisitas Serasah Tebu ... 42
Profil Guludan Lahan Tebu... 42
Pembuatan Unit Pencacah Serasah Tebu ... 43
Uji Kinerja Mesin Pencacah Serasah Tebu ... 45
Hasil Pengukuran Kalibrasi Strain – Torsi ... 45
Hasil Pengukuran Kalibrasi Strain – Tegangan ... 45
Persamaan Torsi Terukur ... 46
Hasil Pengujian Torsi Pemotongan ... 46
Analisis Data ... 48
Hasil Analisis Torsi Pemotongan Terhadap Tingkat Kepadatan ... 48
Hasil Analisis Daya Pemotongan Terhadap Tingkat Kepadatan ... 49
Hubungan Kecepatan Putar, Kapasitas dan Daya Pemotongan ... 49
Hasil Pemotongan Serasah Tebu ... 50
KESIMPULAN DAN SARAN ... 55
KESIMPULAN ... 55
SARAN ... 55
iii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1 Pembakaran serasah tebu sebelum panen ... 1
Gambar 2 Tanaman tebu. ... 4
Gambar 3 Skema budidaya tanaman tebu . ... 5
Gambar 4 Struktur batang tebu ... 6
Gambar 5 Tunas batang tebu ... 7
Gambar 6 Struktur daun tebu . ... 7
Gambar 7 Pucuk tebu pada masa tebu siap dipanen ... 8
Gambar 8 Bunga tebu pada masa tebu siap dipanen ... 8
Gambar 9 Penebangan dan pengangkutan tebu. ... 9
Gambar 10 Sistem tebang 4 – 2 ... 10
Gambar 11 Sistem tebang 2 – 2 ... 11
Gambar 12 Tanaman tebu yang telah ditebang. ... 11
Gambar 13 Alat pencacah kompos ... 12
Gambar 14 Tub grinders ... 13
Gambar 15 Mekanime pemanenan pakan ternak ... 14
Gambar 16 Mekanisme pengambilan rumput pakan ternak . ... 14
Gambar 17 Jenis-jenis pisau pemotong rumput ... 15
Gambar 18 Beberapa mekanisme pemotongan . ... 17
Gambar 19 Tahapan proses pemotongan bahan uji ... 17
Gambar 20 Bagan alir dari tahapan penelitian kajian pemotongan sersah tebu .. 20
Gambar 21 Skema pengukuran kalibrasi strain – torsi. ... 23
Gambar 22 Pengukuran kalibrasi strain - torsi. ... 24
Gambar 23 Pembacaan strain pada saat diberi beban. ... 24
Gambar 24 Skema pengujian torsi pemotongan serasah tebu. ... 26
Gambar 25 Pengukuran kalibrasi strain – tegangan. ... 27
Gambar 26 Bak pemadatan. ... 27
Gambar 27 Posisi slip ring pada poros pencacah dan poros penjepit. ... 28
Gambar 28 Pengukuran panjang hasil pemotongan serasah. ... 31
Gambar 29 Mekanisme gerakan serasah tebu. ... 33
Gambar 30 Skema desain fungsional unit pencacah ... 34
Gambar 31 Silinder dudukan pisau pencacah. ... 35
Gambar 32 Posisi pisau. ... 36
Gambar 33 Rancangan tiga dimensi silinder penjepit dan pengarah. ... 37
Gambar 34 Rancangan dua dimensi silinder penjepit dan pengarah. ... 38
Gambar 35 Skema transmisi pada unit pencacah. ... 39
Gambar 36 Rancangan konstruksi mesin pencacah serasah tebu. ... 39
Gambar 37 Pengukuran karakteristik serasah tebu. ... 40
Gambar 38 Pengukuran serasah tebu di lahan. ... 41
Gambar 39 Pengukuran profil guludan di perkebunan tebu. ... 42
Gambar 40 Profil guludan di perkebunan tebu – PG Subang Jawa Barat. ... 43
Gambar 41 Proses pembuatan prototipe mesin pencacah. ... 44
Gambar 42 Prototipe mesin pencacah serasah tebu. ... 44
Gambar 43 Contoh data yang terekam pada saat pengukuran. ... 46
Gambar 44 Contoh data pengukuran torsi pemotongan dalam selang waktu. ... 47
iv
Gambar 46 Kebutuhan daya untuk mesin pencacah serasah tebu... 49
Gambar 47 Grafik hubungan antara kapasitas dengan daya pemotongan. ... 50
Gambar 48 Hasil pemotongan serasah tebu. ... 50
Gambar 49 Contoh serasah tebu hasil pemotongan. ... 51
Gambar 50 Panjang rata - rata pemotongan serasah tebu. ... 51
Gambar 51 Panjang potongan pada posisi miring dan lurus. ... 52
Gambar 52 Serasah yang tidak terpotong langsung. ... 52
Gambar 53 Serasah yang terpotong dan tidak terpotong. ... 53
Gambar 54 Potongan serasah dengan ketebalan di atas 0.5 mm. ... 53
v
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1 Pengukuran karakteristik fisik dan mekanik serasah tebu ... 21 Tabel 2 Komponen untuk memenuhi fungsi desain ... 34 Tabel 3 Karakteristik fisik daun tebu ... 40 Tabel 4 Karakteristik fisik pucuk tebu ... 41
vi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1 Perhitungan jumlah serasah di lapangan. ... 58 Lampiran 2 Perhitungan diameter poros. ... 59 Lampiran 3 Perhitungan kecepatan putar silinder pencacah. ... 60 Lampiran 4 Perhitungan kecepatan putar silinder penjepit ... 61 Lampiran 5 Skema tabel pengolahan data pemotongan serasah ... 65 Lampiran 6 Tabel data pengukuran karakteristik fisik daun tebu ... 66 Lampiran 7 Tabel data pengukuran karakteristik fisik pucuk tebu ... 68 Lampiran 8 Tabel data pengukuran kerapatan isi serasah tebu ... 70 Lampiran 9 Data kadar air serasah tebu ... 71 Lampiran 10 Tabel data pengukuran elastisitas ... 72 Lampiran 11 Tabel data uji kinerja mesin serasah tebu ... 73 Lampiran 12 Data kalibrasi strain – torsi pada poros pisau pencacah ... 74 Lampiran 13 Data kalibrasi strain – torsi pada poros silinder penjepit ... 75 Lampiran 14 Data kalibrasi strain – tegangan poros pisau dan penjepit ... 76 Lampiran 15 Persamaan kalibrasi torsi untuk poros pisau pencacah ... 77 Lampiran 16 Persamaan kalibrasi torsi untuk poros silinder penjepit ... 78 Lampiran 17 Tabel data tegangan pemotongan serasah tebu ... 79 Lampiran 18 Tabel torsi dan daya pemotongan ... 80 Lampiran 19 Perhitungan kapasitas mesin pencacah ... 81 Lampiran 20 Perhitungan kebutuhan energi pemotongan ... 82 Lampiran 21 Pengukuran panjang serasah tebu hasil cacahan ... 83 Lampiran 22 Contoh grafik perlakuan pada kecepatan putar dan bulk density .... 84 Lampiran 23 Gambar desain mesin pencacah serasah tebu ... 85
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tebu merupakan tanaman utama penghasil gula yang merupakan komoditi pangan penting baik untuk dikonsumsi langsung maupun untuk keperluan industri di Indonesia. Pada tahun 1930-an Jawa pernah sebagai exportir gula terbesar di dunia, namun saat ini kita selalu kekurangan gula. Gula adalah komoditi strategis setelah BBM dan beras, masih memiliki ketergantungan terhadap impor walaupun sejak tahun 2005 luas lahan perkebunan tebu telah meningkat dari 382 ribu hektar dengan jumlah produksi 2.24 ton menjadi 442 ribu hektar dengan jumlah produksi 2.8 juta pada tahun 2007. Sedangkan kebutuhan nasional adalah 4 juta ton/tahun sehingga jumlah impor gula adalah 1.2 juta ton per tahun (Ditjenbun 2007).
Pada saat pemanenan tebu, serasah tebu yang terhampar di lahan volumenya sangat besar. Serasah tebu terdiri dari daun tebu kering, pucuk tebu, tebu muda, tali tutus dan batang tebu. Hal ini merupakan suatu kendala yang dihadapi perkebunan tebu di Indonesia karena jika dibiarkan di lahan akan menghambat pertumbuhan tunas tebu pada saat ratoon cane dan juga dapat mengganggu pengolahan tanah pada saat plant cane.
Hingga saat ini penanganan serasah tebu yang dilakukan oleh perkebunan tebu adalah dengan cara dibakar (Gambar 1). Cara ini merupakan cara yang kurang tepat karena dapat mengakibatkan degradasi lahan dalam bentuk perubahan sifat fisik tanah, kesuburan tanah, mematikan biota tanah, membahayakan pemukiman penduduk disekitar lahan perkebunan, global
warming, dan dapat mengakibatkan polusi udara serta gangguan pernafasan.
2 Serasah hasil tebangan di lahan tebu dapat mencapai 20-25 ton/ha (Toharisman 1991). Pembakaran serasah yang jumlahnya sangat besar tersebut hanya terbuang sia-sia, padahal jika dimanfaatkan dapat menjadi pupuk organik bagi tanah. Menurut Dahiya dan Malik 2001 bahwa ketertarikan dalam penggunaan bahan organik sebagai mulsa semakin meningkat karena bahan organik memberikan keuntungan dan efek terhadap ketersediaan hara dan perannya yang besar dalam memperbaiki produktivitas tanah. Mereka mempelajari bahwa serasah tebu telah meningkatkan ketersediaan N dan P pada tanah ketika digunakan sebagai mulsa hijauan.
Menurut Tan 1995 hanya dengan membiarkan daun tebu di lahan setelah panen, ternyata dapat meningkatkan produktifitas tebu, kesuburan tanah dan meningkatkan karbon dalam tanah. Mengingat ukuran serasah yang masih panjang sebaiknya dicacah terlebih dahulu menjadi ukuran yang lebih pendek agar mudah terdekomposisi di dalam tanah. Adapun persyaratan panjang cacahan maksimal untuk pupuk organik berdasarkan SNI 7580:2010 adalah 50 mm.
Mengingat luasnya areal kebun tebu, kegiatan pencacahan hanya mungkin dilakukan dengan mekanisasi. Spesifikasi mesin pencacah juga harus memenuhi kebutuhan dan kondisi budidaya tebu di Indonesia. Beberapa penelitian yang berhubungan dengan pencacahan seperti mekanisme pemotong rumput, mesin perajang tembakau, pencacah kompos, pencacah hijauan telah dilakukan tetapi penelitian yang khusus mengenai pencacah serasah tebu belum ada. Sehingga perlu dilakukan penelitian tentang teknologi pencacahan serasah tebu.
Salah satu mekanisme pemotongan yang paling cocok diterapkan pada mesin pencacah serasah tebu adalah tipe reel karena sifat tebu yang bulky juga berkarakter liat. Untuk mendapatkan hasil potongan serasah tebu yang baik diperlukan data – data mengenai karakteristik fisik serasah tebu yang sampai saat ini belum diteliti dan dipublikasikan.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mendisain unit pencacah dari mesin pencacah serasah tebu dan mengkaji kinerja pemotongan yang meliputi 3 hal yaitu torsi pemotongan, daya pemotongan dan panjang hasil pemotongan.
3 Manfaat Penelitian
Secara umum manfaat dari penelitian ini adalah untuk membantu perkebunan tebu yang ada di Indonesia dalam memecahkan persoalan khususnya berkenaan dengan penanganan serasah tebu yaitu dengan mendisain unit pencacah dari mesin pengangkut dan pencacah serasah tebu. Dengan mesin ini diharapkan serasah tebu yang telah dicacah dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik dan tidak menggangu proses pengolahan tanah maupun pemeliharaan selanjutnya.
Secara khusus manfaat dari penelitian ini adalah sebagai informasi untuk mengetahui karakteristik fisik dan mekanik serasah tebu, kondisi lahan tebu, torsi pemotongan, daya yang dibutuhkan untuk memotong serasah tebu dan panjang serasah tebu setelah pemotongan.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Budidaya Tanaman Tebu
Tanaman tebu (Saccharum officinarum L.) seperti terlihat pada Gambar 2 merupakan famili graminae yang dapat tumbuh di berbagai kondisi tanah dan iklim. Menurut Notojoewono 1967, tebu semula dikatakan berasal dari India di sekitar sungai Gangga dan ada lagi yang mengatakan dari kepulauan Pasifik Selatan. Tanaman tebu tumbuh di daerah tropika dan sub tropika di sekitar khatulistiwa sampai batas garis isotherm 20o yakni kurang lebih antara 30o lintang utara dan 35o lintang selatan (Notojoewono 1967).
Gambar 2 Tanaman tebu. (http://arluki.files.wordpress.com)
Dalam masa pertumbuhannya tanaman tebu membutuhkan banyak air, sedangkan ketika tebu akan menghadapi waktu masak menghendaki keadaan kering sehingga pertumbuhan berhenti. Andaikata hujan terus menerus akan menyebabkan tanaman tebu rendah rendemennya. Jadi jelas bahwa tebu selain memerlukan daerah-daerah yang beriklim panas juga diperlukan adanya perbedaan antara musim hujan dan musim kemarau (Notojoewono 1967).
Widiyoutomo 1983 mengatakan bahwa fase pertumbuhan tanaman tebu jatuh pada umur 3 sampai 8 bulan dan fase pemasakan pada umur 9 sampai 12 bulan yang ditandai dengan tebu mengeras dan berubah warna menjadi kuning pucat. Pengolahan tanah untuk penanaman tebu di lahan kering pada umumnya
5 dilakukan pada musim kemarau sampai akhir musim hujan. Penanaman dilakukan di awal musim kemarau sampai menjelang musim hujan.
Menurut Khaerudin 2008 proses budidaya tanaman tebu secara garis besar dibagi menjadi 2 cara yaitu budidaya tanaman tebu baru (Plant Cane) dan budidaya tanaman tebu keprasan (Ratoon Cane) seperti yang terlihat pada Gambar 3. Mulai Pengolahan tanah Penanaman Pemeliharaan Pemanenan Serasah Tebu Pembibitan Pembersihan lahan (Trash Rake) Pengeprasan Pemeliharaan Pemanenan Batang Tebu Selesai Plant Cane (PC) Ratoon Cane (RC) Batang Tebu Selesai Angkut Pembakaran Serasah Tebu Angkut Pembakaran Subsoiler Penyiapan Lahan
Gambar 3 Skema budidaya tanaman tebu (Khaerudin 2008).
Plant Cane (PC) adalah budidaya tanaman tebu dengan cara menanami
lahan dengan bibit tebu baru yang berasal dari Kebun Bibit Dasar (KBD). Sebelum proses penanaman dibutuhkan penyiapan lahan dan pengolahan tanah terlebih dahulu agar tanah memiliki kondisi yang baik dan siap untuk ditanami tebu. Setelah tebu ditanam proses selanjutnya adalah pemeliharaan dan pemanenan. Pada proses pemanenan, batang tebu yang sudah ditebang kemudian
6 diangkut menggunakan truk atau trailer untuk dibawa ke pabrik tebu untuk diolah menjadi gula sedangkan serasah tebu dibakar di lahan.
Ratoon Cane (RC) adalah budidaya tanaman tebu dengan cara
memanfaatkan tunas yang tumbuh dari tunggak pada lahan setelah tebu dipanen. Pada budidaya tebu Ratoon Cane tidak membutuhkan proses pengolahan tanah sehingga dapat menekan biaya opearasional. Cara budidaya Ratoon Cane biasanya dapat dilakukan sampai 3 kali dengan indikator jarak tanaman tidak terlalu jauh dan tunas tebunya masih bagus.
Batang Tebu
Panjang batang tebu pada saat panen berkisar antara 2 – 4 m dengan diameter 2.5 - 5 cm. Pada kondisi ini batang tebu sudah layak untuk diproses menjadi gula. Secara morfologi batang tebu dibagi menjadi 2 bagian yaitu node dan internode. Bagian node terdiri dari lingkaran tumbuh (growth ring), bagian akar (root band), bagian daun (leaf scar), sedangkan bagian internode terletak di antara node berjumlah 20-30 ruas (Gambar 4) (James 2004).
Gambar 4 Struktur batang tebu (James 2004).
Di bagian akar (root promordia) akan tumbuh tunas baru yang berupa kuncup yang merupakan cikal bakal batang tebu di mana batang tebu akan tumbuh lebih dari satu batang. Mekanisme tumbuh dari batang tebu berasal dari tunas yang tumbuh di bagian akar di mana batang tebu ditanam secara horizontal. Apabila batang tebu dipotong maka batang tebu dibagi menjadi tiga bagian yaitu
Node
7 batang primer, batang sekunder dan batang tersier seperti terlihat pada Gambar 5 (James 2004).
Daun Tebu
Posisi daun tebu melekat pada batang dan tumbuh pada pangkal node (Gambar 6). Setiap daun terdiri dari bagian yang melekat (sheath) dan bagian yang tidak melekat (blade or lamina). Bagian yang melekat (sheath) berbentuk seperti pipa yang menyelimuti batang dengan panjang dari bawah sampai atas batang. Daun tebu mempunyai struktur yang tipis dan mudah sobek (James 2004).
Gambar 5 Tunas batang tebu (James 2004).
Gambar 6 Struktur daun tebu (James 2004).
8 Ketika tebu sudah mulai memasuki masa panen, daun tebu tumbuh sebagai
lamina. Daun tebu inilah yang merupakan salah satu serasah tebu paling banyak
jumlahnya pada saat setelah pemanenan.
Pucuk Tebu dan Bunga Tebu
Pucuk tebu terdiri dari beberapa daun tebu, untuk satu pucuk tebu terdiri dari 3 sampai 4 daun (Gambar 7). Sedangkan bunga tebu (Gambar 8) terjadi pada perubahan dari fase vegetative ke fase reproduktif. Menurut Steven 1965 bunga tebu tumbuh setahun dua kali dengan penyinaran matahari yang baik (James 2004).
Gambar 7 Pucuk tebu pada masa tebu siap dipanen (James 2004).
Gambar 8 Bunga tebu pada masa tebu siap dipanen (James 2004).
Sistem Pemanenan Tebu
Pemanenan tebu di Indonesia mayoritas masih dilakukan dengan cara manual. Beberapa perkebunan tebu besar, pada masa-masa tertentu telah menerapkan mesin panen. Mesikpun pada prinsipnya, metoda pemanenan adalah sama, namun pada masing-masing lokasi memiliki keunikan tersendiri.
9 Menurut Khaerudin 2008 panen tebu di pabrik gula Subang Jawa Barat dilakukan dengan cara menebang tebu secara manual. Alat yang digunakan untuk menebang adalah sabit. Pabrik gula menyediakan sabit yang dapat dibeli oleh penebang. Tetapi banyak juga penebang yang membawa sendiri alat sabitnya. Tenaga tebang ada 2 macam yaitu tenaga tebang lokal dan tenaga tebang luar. Tenaga tebang lokal adalah tenaga tebang yang berasal dari masyarakat sekitar pabrik, sedangkan tenaga tebang luar merupakan tenaga tebang yang berasal dari luar daerah.
Setelah ditebang, tebu diangkut dari lahan ke pabrik menggunakan trailer atau truk. Kapasitas angkut trailer sekitar 10 – 13 ton. Sedangkan kapasitas angkut truk antara 6 - 8 ton. Suasana pengangkutan tebu seperti disajikan pada Gambar 9.
Gambar 9 Penebangan dan pengangkutan tebu.
Penebangan tebu diawali dengan membersihkan daun tebu (klaras) sampai bersih, kemudian dilakukan pemotongan batang tebu sampai rata dengan tunggak (pandes). Pemotongan pucuk tebu dilakukan pada daun kelima dari titik tumbuh
10 atau sekitar 30 cm dari titik tumbuh. Setelah tebu bersih dan dipotong kemudian diikat per 12-15 batang tebu. Biasanya untuk tenaga lokal mengikat tebu dengan menggunakan tali tulus sedangkan tenaga tebang luar menggunakan tali tebu yang dibelah menjadi 2 atau 4 bagian.
Tebu kemudian ditumpuk di lahan untuk menunggu angkutan datang. Sistem penebangan yang diterapkan di pabrik gula Subang Jawa Barat dikatakan sebagai sistem tebang 4-2 (Gambar 10) atau sistem tebang 2-2 (Gambar 11). Sistem tebang yang biasa dilakukan adalah 4-2, sedangkan untuk sistem 2-2 biasanya untuk lahan yang sulit seperti banyak tebu yang roboh atau tebu yang melilit. Sistem tebang 4-2 artinya adalah 4 juring atau barisan digunakan sebagai tempat meletakkan batang tebu hasil panen, dan 2 juring tempat meletakkan sampah tebu berupa pucuk dan daun tebu yang disebut trash atau serasah. Begitu juga untuk sistem tebang 2-2 hanya bedanya jumlah barisan tebu bersihnya hanya 2 barisan. Tujuan dari penerapan sistem 4-2 yaitu untuk menekan tunggak dan mempermudah dalam pembersihan lahan.
Batang Tebu Serasah Serasah
11 Gambar 11 Sistem tebang 2 – 2 (Khaerudin 2008).
Batang tebu yang telah ditebang seperti pada Gambar 12 harus segera diangkut ke pabrik. Tebu yang telah ditebang, jika dibiarkan cukup lama di lahan bahkan sampai menginap akan mengalami penurunan rendemen. Jika ini terjadi, pada akhirnya akan mengakibatkan kerugian perusahaan.
Setelah pemanenan, biasanya serasah terebut dibakar untuk memudahkan operasi persiapan lahan atau pemeliharaan tanaman selanjutnya. Pembakaran serasah tebu yang terhampar di lahan hal ini dimaksudkan selain menghemat biaya diharapkan lahan tersebut bersih dari serasah. Karena serasah ini sangat mengganggu proses pengolahan tanah maupun pemeliharaan tanaman selanjutnya.
Gambar 12 Tanaman tebu yang telah ditebang. Batang Tebu Serasah Serasah
12 Tipe Mekanisme Alat Pencacah
Alat Pencacah Kompos
Alat pencacah kompos (Gambar 13) merupakan salah satu alat yang dapat membantu dalam proses pembuatan kompos secara anaerob dengan bahan baku khususnya sampah organik. Alat pencacah kompos biasanya dipakai untuk memperkecil ukuran sehingga proses pengomposan dapat dilakukan dengan baik (Sudrajat 2006).
Gambar 13 Alat pencacah kompos (Sudrajat 2006).
Sistem kerja alat ini pada dasarnya sama dengan gilingan martil (hammer
mill). Menurut Kong Hwan Kim 1989 martil (hammer) pada mesin (hammer mill)
berfungsi sebagai batang pemukul atau dapat juga diganti dengan batang pisau pemotong. Proses yang terjadi adalah bahan atau material seperti serat, dedaunan, sayuran dimasukkan ke dalam hammer mill yang berputar kemudian produk yang dihasilkan menjadi ukuran yang lebih kecil (size reduction). Di dalam industri makanan, hammer mill banyak digunakan untuk menghancurkan lada, rempah – rempah dan lain – lain.
Tub Grinders
Tub grinder (Gambar 14) adalah alat khusus yang digunakan untuk
memotong/membelah (chopping) kayu termasuk di dalamnya batang dan dedaunan dalam jumlah yang besar. Sistem kerja dari tub grinder ini adalah sistem kerja pisau pemotong (hammer mill) yang bergerak secara horizontal. Tub
13 semuanya terbuat dari plat baja. Tenaga penggerak menggunakan mesin diesel dengan tenaga sebesar 500 hp (Robert 1995).
Gambar 14 Tub grinders (Robert 1995).
Forage Chopper
Salah satu fungsi utama dari alat pencacah tanaman pakan ternak (forage
chopper) adalah memperkecil ukuran kemudian membawa produk hasil cacahan
tersebut ke dalam bak truk. ASAE (American Society Agricultural Engineering) Standar S472 membagi 2 tipe penanganan dalam pemanenan untuk makanan ternak. Tipe pertama adalah pemotongan bahan dengan presisi dan tipe kedua adalah pemotongan bahan dengan tidak presisi. Untuk tipe pemotongan dengan presisi biasanya alat yang digunakan adalah tipe silinder pemotong (a cylindrical
cutterhead) yang dilengkapi dengan bagian pisau yang diam (stationary countershear) (Srivastava 1993).
Pemotongan bahan pakan ternak dengan presisi dibagi menjadi 3 mekanisme pemotongan yaitu pertama tipe dipotong lalu dilempar (Gambar 15a), kedua tipe dipotong lalu dihembuskan (Gambar 15b), dan ketiga tipe pemotongan dengan sistim hembusan menggunakan fasilitas auger konveyor yang dipasang di antara chopper dan blower (Gambar 15c) (Srivastava 1993).
14 Gambar 15 Mekanime pemanenan pakan ternak (Srivastava 1993).
Dalam penanganan mesin pemanen rumput pakan ternak ada 2 tipe mekanisme pengambilan umpan yaitu tipe pengambilan dengan silinder penjepit yang dilengkapi pegas pengatur dan tipe pengambilan yang dilengkapi konveyor seperti yang terlihat pada Gambar 16. Panjang pemotongan dapat dihitung berdasarkan kecepatan roda pengumpan (feed rolls) dibagi dengan kecepatan silinder pencacah (cutterhead). Secara teori panjang pemotongan dapat dihitung dengan persamaan (Srivastava 1993):
c k f c n v L . . 60000 λ = ...(1) di mana : Lc : panjang pemotongan (mm)
vf : kecepatan roda pengumpan (m/s)
λk : jumlah pisau pada cutterhead nc : kecepatan putar cutterhead (rpm)
15 Secara teoritis panjang pemotongan berkisar antara 3 sampai 90 mm. Panjang pemotongan aktual berkisar 50% lebih panjang dari panjang teoririts secara perhitungan. Pengaturan panjang pemotongan dapat juga diatur dari kecepatan silinder pengumpanan.
Kecepatan putar pada cutterhead berkisar antara 850 rpm sampai 1000 rpm. Dengan diameter silinder 520 mm sampai 620 mm dan panjang silinder 450 mm sampai 620 mm (Srivastava 1993).
Perhitungan kapasitas pengumpanan dapat didekati dengan persamaan berikut (Srivastava, 1993) : 8 10 60 . . . . × = f t c k c f n L A M ρ λ ...(2)
mana : Mf : kapasitas pengumpanan (kg/s)
ρf : berat jenis bahan dalam silinder (kg/m3)
At : luas penampang silinder (m2
Tipe Pisau Pemotong )
Pisau pemotong rumput dibedakan menjadi dua berdasarkan tipe pisau pemotong yaitu pisau pemotong rumput tipe reel dan tipe slasher. Kedua tipe pisau ini memiliki perbedaan yang dapat dilihat dari konstruksi dan hasil potongannya (Beard 1993).
Pisau pemotong rumput tipe reel terdiri dari dua buah pisau antara lain reel dan bedknife. Reel bergerak melingkar sedangkan bedknife diam. Reel terdiri dari beberapa pisau (blade) yang ditempelkan ke rangka (Mardison 2000). Pisau pemotong rumput tipe reel dapat dilihat pada Gambar 17.
pisau Reel Bedknife
(a) Pisau pemotong rumput tipe reel,
(b) Tipe Slasher
16 Pisau pemotong rumput tipe slasher terdiri dari satu bilah pisau yang digerakkan secara rotasi dengan kecepatan tinggi, sehingga menghasilkan daya pukul yang kuat untuk memotong rumput (Mardison 2000).
Pisau pemotong rumput tipe reel memberikan hasil potongan rata pada bagian tajuk rumput yang dipotong sehingga tidak mengganggu pertumbuhan rumput. Pisau pemotong rumput tipe slasher memberikan hasil potongan yang tidak baik pada bagian tajuk rumput, di mana tajuk rumput bekas potongan jadi pecah dan hasil potongan tidak rata (Beard 1993).
Metode Pemotongan (Cutting) Bahan Pertanian
Pemotongan (Cutting) bahan – bahan hasil pertanian merupakan salah satu kegiatan yang paling sering dilakukan, misalnya pada saat panen (harvesting), dalam pemisahan (separation) dan juga dalam proses pengecilan (comminution) ukuran bahan. Pemotongan (dengan kebutuhan energi yang signifikan) juga memainkan peran dalam pemisahan bahan makanan ternak. Dalam proses operasi – operasi yang lain, kebanyakan melibatkan proses pemotongan (Sitkey 1986).
Pada saat pemotongan, mata pisau menembus ke dalam bahan, melewati kekuatan bahan sehingga bahan menjadi terpisah. Pada saat pemotongan berlangsung, terjadi perbedaan deformasi pada bahan, yang tergantung pada bentuk mata pisau dan proses kinematik pemotongan (Sitkey 1986).
Gambar 18(a) memperlihatkan proses pemotongan yang menggunakan dua mata pisau yang saling berhadapan dan terlibat pemotongan (countermoving
blade). Contoh untuk kasus ini adalah gunting. Gambar 18(b) memperlihatkan
tipe alat potong di mana bahan diletakkan pada landasan yang diam dan pisau pemotong bergerak. Contoh praktis pada proses ini adalah pada perajangan keripik singkong dengan alat chipper. Gambar 18(c) mengilustrasikan pemotongan lapisan yang tipis, di mana distribusi tegangan di sekitar mata pisau mengalami distorsi yang sangat besar akibat permukaan bebas pada sekitar bidang pemotongan. Gambar 18(d) menunjukkan metode pemotongan bebas (free
cutting) yang saat ini banyak dilakukan. Pada kasus ini kecepatan mata pisau
17
(a) (b) (c) (d)
Gambar 18 Beberapa mekanisme pemotongan (Sitkey 1986).
Mekanisme Proses Pemotongan
Definisi pemotongan secara mekanik suatu bahan adalah terjadinya pemisahan bahan sepanjang garis yang sebelumnya telah ditentukan dengan menggunakan alat pemotong yang ditandai dengan kerusakan di bagian permukaan bahan. Proses pemotongan dimulai ketika mata pisau menyentuh bahan (Gambar 19a). Pada saat pisau bergerak masuk ke dalam bahan terjadi peningkatan intensitas gaya pada suatu titik hingga tercapai pada kondisi kerusakan bahan (Gambar 19b). Apabila tekanan pisau diteruskan maka terpisahnya bahan akan tercapai (Gambar 19c) (Person 1987).
a b c
Kontak Penetrasi Pemisahan
18 Beberapa faktor yang mempengaruhi proses pemotongan adalah tipe dan kondisi bahan yang akan dipotong, bentuk mata pisau, jari – jari dan sudut kemiringan mata pisau, ketebalan mata pisau, kecepatan mata pisau pada saat memotong, material yang digunakan untuk membuat pisau dan lain - lain (Perrson 1987).
Pada proses perajangan produk umbi – umbian, pertama – tama penetrasi pisau ke dalam bahan yang mengakibatkan kompaksi (compaction) sampai pada suatu tekanan tertentu tercapai di mana terjadi patahan (rupture). Selanjutnya daerah kompaksi pisau berturut turut hingga patahan terjadi lagi. Permukaaan patahan biasanya berbentuk conchoidal. Jarak antara patahan merupakan fungsi dari ketebalan mata pisau dan sudut kemiringan mata pisau (Sitkei 1986).
Kebutuhan Daya Pemotongan
Kebutuhan daya silinder pencacah agar dapat memotong serasah dengan baik dapat didekati dengan persamaan (Khurmi 2002) :
60 . . . 2 nT P= π ...(3) di mana :
P = daya pemotongan (N.m/detik) atau Watt T = torsi pemotongan (N.m)
n = kecepatan putar (putaran/menit)
Dari persamaan tersebut dapat dijelaskan bahwa semakin besar kecepatan putar yang terjadi maka semakin besar pula kebutuhan daya pemotongan yang terjadi.
Dalam menyatakan daya keluaran dianjurkan menggunakan unit S.I (Satuan Internasional) yaitu Watt atau Kilo-Watt. Akan tetapi unit konvensional seperti
horse power (hp) masih tetap populer digunakan terutama pada perusahaan –
perusahaan manufacturing dan nilai ilmiah dari standar industri masing – masing negara. Satu horse power (hp) setara dengan 746 Watt (Sakai 1998).
19
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada bulan Januari 2010 sampai dengan bulan Agustus 2010. Tempat penelitian dilaksanakan dibeberapa tempat sebagai berikut.
1) Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fateta IPB untuk kegiatan desain unit pencacah dari mesin pencacah tebu, pengukuran sifat dan mekanik serasah tebu.
Sifat fisik : dimensi (panjang, lebar, tebal), kadar air, kerapatan isi (bulk
density) dan berat. Sifat mekanik : perlakuan pemadatan terhadap kerapatan
isi (bulk density) serasah tebu. Pengujian torsi pemotongan untuk beberapa variasi kecepatan putar, dan tingkat kepadatan serasah tebu pada sudut pemotongan 3o
2) Bengkel Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fateta IPB untuk kegiatan rancang bangun unit pencacah dari mesin pencacah dan pengangkut serasah tebu dan desain peralatan pengujian.
.
3) Perkebunan Tebu PG Subang Jawa Barat untuk kegiatan survey kondisi lahan, pengukuran kerapatan isi (bulk density), pengukuran profil guludan lahan, pengambilan sampel serasah tebu, pucuk dan batang tebu.
Alat dan Bahan
Alat – alat yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Alat Konstruksi : mesin bubut, mesin bor, mesin gerinda, mesin gergaji, las listrik, tabung oksigen, (rancang bangun unit pencacah dari pencacah serasah tebu).
2. Alat Ukur : tachometer digital (Krisbow KW06-303), brigde box (Kyowa, DB-120), handy strain meter, (Kyowa, UCAM-1A), multimeter digital (Masda, DT830B), slip ring (Michigan scientific, S10 SN2866), strain gauge tipe silang (Kyowa,KGF-6-120-D16), dynamic strain amplifier (DPM 601A),
software analog to digital converter (ADC), stop watch, seperangkat
komputer (NEC PC 980 UV), timbangan analog, timbangan digital (Libror EC-600), oven (Memmert D 06059 model 300).
20 3. Alat Pendukung : solder, timah, kamera digital, motor diesel, tool kit, caliver. Bahan yang digunakan adalah daun tebu, pucuk tebu dan batang tebu yang diambil langsung dari perkebunan tebu subang.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 20.
Gambar 20 Bagan alir dari tahapan penelitian kajian pemotongan sersah tebu dengan menggunakan pisau tipe reel.
Mulai
Analisis rancangan unit pencacah pada mesin pengangkat dan pencacah serasah tebu : rancangan silinder pisau pencacah, rancangan silinder penjepit, rancangan sistem transmisi, desain konstruksi dan mekanisme kerja
Uji fungsional mesin pencacah serasah tebu
Pengukuran karakteristik fisik serasah tebu (dimensi: panjang, lebar, berat ; kadar air, bulk density,elastisitas,) dan pengukuran profil guludan pada lahan
Kalibrasi torsi pemotongan Pembuatan prototipe mesin pencacah serasah tebu
Pengukuran torsi dengan berbagai variasi kepadatan serasah (8,16,24,32) kg/m3 Pengukuran torsi dengan
berbagai variasi kecepatan putar silinder pemotong (400 ,450, 500, 550 rpm)
Pengujian torsi pada silinder pencacah dan silinder penjepit dengan sudut pemotongan 30
Akusisi Dan Pengolahan data
Selesai
21 Pengukuran Karakteristik Fisik Serasah Tebu
Pengukuran karekteristik fisik tebu yang dilakukan terdiri dari dimensi serasah tebu, bulk density, kadar air, elastisitas dan profil guludan pada lahan tebu seperti yang disajikan pada Tabel 1. Data-data pengukuran tersebut sangat penting terutama dalam menganalisis desain unit pencacah dari mesin pencacah serasah tebu.
Tabel 1 Pengukuran karakteristik fisik dan mekanik serasah tebu. Sifat Fisik Parameter dan cara pengukuran 1 Dimensi
Serasah Tebu
Daun tebu : Panjang, lebar, ketebalan (cm), berat (gram) Pucuk tebu : Panjang, lebar, ketebalan (cm), berat (gram) Alat yang digunakan: meteran, jangka sorong, timbangan
2 Bulk Density Berat serasah tebu di lapangan =
Alat yang digunakan patok, meteran dan timbangan gantung
3 Kadar air Pengukuran berat daun, batang dan pucuk dengan menggunakan timbangan digital. Kadar air diukur dengan metode gravimetri
KA % = W basah – W kering x 100 W kering
Kadar air yang dihutung adalah kadar air basis kering 4 Elastisitas • Pengukuran ketebalan serasah sebelum diberi tekanan
(cm)
• Pengukuran ketebalan serasah setelah diberi tekanan (cm)
• Penentuan beban tekan dan luas penampang (kg) • Koefisien elastisitas (kg/cm)
• Ratio elastisitas (sebelum dan sesudah diberi tekanan) 5 Profil guludan
lahan tebu
• Lebar guludan (cm) • Jarak antar tanaman (cm) • Tinggi guludan (cm)
Adapun metode yang digunakan dalam pengukuran karakteristik serasah tebu adalah dengan cara melakukan pengukuran langsung dengan alat ukur yaitu mistar, jangka sorong dan timbangan digital. Jumlah data yang diukur untuk daun dan pucuk tebu adalah 100 data.
22 Pengukuran kerapatan isi (bulk density) serasah tebu dilakukan langsung di lahan tebu. Hal ini dilakukan untuk mengetahui kondisi lahan sebenarnya karena desain mesin serasah tebu akan diaplikasikan pada lahan tebu. Pengambilan sampel tumpukan serasah dilakukan pada luasan 2 x 2 meter secara acak. Alat yang digunakan adalah patok, meteran dan timbangan gantung.
Kadar air serasah tebu berfungsi untuk mengetahui kandungan air yang terdapat pada serasah setelah pemanenan. Varietas tanaman tebu yang digunakan adalah PS 865 langsung diambil di perkebunan tebu – PG Subang 1 minggu setelah panen. Metode pengukuran kadar air bahan dilakukan dengan cara metode gravimetrik yaitu dengan menimbang berat bahan serasah berupa daun, pucuk dan tebu setelah pemanenan, setelah ditimbang selanjutnya bahan tersebut dimasukkan kedalam oven denganm suhu 100oC lalu ditimbang ulang.
Elastisitas dilakukan dengan cara menekan serasah tebu dengan beban hingga ketinggian tertentu beban yang diberikan adalah 80 kg dan 50 kg dengan luas penampang 448 cm2
Pengukuran Kalibrasi Strain - Torsi
sebanyak 20 kali. Pengukuran ketinggian serasah sebelum dan sesudah ditekan di catat sehingga rasio perbandingan pemadatan dapat diperoleh.
Pengukuran profil guludan di lahan sangat diperlukan untuk menentukan dimensi dari rancangan mesin yang akan dibuat. Adapun alat yang digunakan pada saat pengukuran di lahan adalah relief meter, water pas dan penggaris. Mekanisme pengukuran dilakukan dengan cara memasang relief meter pada lahan guludan tebu yang dilengkapi dengan water pas dengan tujuan agar posisi relief meter dalam posisi lurus seimbang. Setelah mendapatkan posisi lurus dan seimbang langkah selanjutnya lebar guludan, ketinggian guludan dan jarak antar tanaman diukur menggunakan penggaris.
Kalibrasi strain – torsi dilakukan sebelum pengukuruan torsi pemotongan dengan tujuan untuk mendapatkan persamaan regresi yang menghubungkan antara
strain dengan torsi. Alat ukur yang digunakan pada kalibrasi ini adalah strain gauge, brigde box, timbangan, beban, handy strain meter. Untuk mengindera
perubahan strain tersebut, pada poros pisau dipasang strain gauge tipe silang yang dipasang membentuk sirkuit jembatan Wheatstone.
23 Adapun skema pemasangan sensor strain gauge dan alat ukur yang lainnya untuk kalibrasi strain torsi dapat disajikan pada Gambar 21.
Rg1 Tampak Atas A Tampak Samping
Gambar 21 Skema pengukuran kalibrasi strain – torsi.
Pengukuran kalibrasi strain - torsi dilakukan pada dua titik pengukuran yaitu pada poros pisau pencacah dan poros penjepit (Gambar 22). Sensor strain
B C Rg2 Poros pencacah Bantalan Strain gauge Lengan beban Brigde box Handy strain Silinder pencacah Pisau Pencacah A B C Lengan beban Beban
24
gauge dipasang pada kedua poros tersebut yang berfungsi untuk mengindra
regangan yang terjadi pada saat proses puntiran dilakukan. Lengan beban dipasang tegak lurus pada setiap poros dengan panjang 1 meter yang ujungnya diberi beban. Pada saat beban diberikan regangan yang terjadi dibaca menggunakan alat handy strain meter.
Gambar 22 Pengukuran kalibrasi strain - torsi.
Ukuran beban yang digantung pada ujung lengan beban dilakukan secara bertahap dari nilai yang terkecil hingga yang paling besar dan sebaliknya. Panjang lengan beban yang dirancang adalah 1 m sedangkan beban yang diberikan adalah 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 kg. Setiap pemberian beban dibaca besarnya
strain pada alat ukur handy strain meter (Gambar 23).
Gambar 23 Pembacaan strain pada saat diberi beban.
Strain gauge pada poros penjepit
Strain gauge pada poros pisau Lengan
beban
Beban
25 Instrumen dan Perlengkapan Pengukur Torsi
Pemilihan instrumen dan perlengkapan pada pengukur torsi pemotongan merupakan langkah awal yang harus dilakukan sebelum melakukan pengukuran torsi pemotongan ataupun kalibrasi sensor.
Adapun instrumen dan perlengkapan yang digunakan untuk mengukur torsi pemotongan adalah sebagai berikut :
1. Strain Gauge tipe silang berfungsi untuk mengindera perubahan regangan pada poros pencacah dan penjepit.
2. Slip ring yang berfungsi untuk meneruskan tegangan dari sensor strain gauge yang menuju brigde box.
3. Brigde box yang berfungsi untuk meneruskan tegangan dari strain gauge menuju strain amplifier.
4. Strain amplifier yang berfungsi untuk menaikkan tegangan sehingga bisa dibaca pada analog to digital converter (ADC).
5. Analog to digital converter (ADC) berfungsi untuk membaca tegangan analog menjadi digital.
6. Tachometer untuk mengukur kecepatan putar pada poros pencacah dan poros penjepit.
7. Komputer berfungsi untuk menampilkan grafik tegangan pada saat pencacahan berlansung.
8. Timbangan untuk menimbang berat serasah.
9. Multimeter dalam penelitian ini hanya untuk mengukur tegangan.
10. Alat uji berupa satu unit pencacah serasah tebu yang berfungsi untuk mencacah serasah tebu hingga potongan kecil .
11. Bak pemadatan yang berfungsi sebagai landasan serasah tebu dan memadatkan serasah tebu.
Instrumen dan perlengkapan pengukur torsi tersebut kemudian dipasang pada alat uji unit pencacah yang dilengkapi dengan bak pemadatan. Setelah itu mempersiapkan bahan serasah yang akan diuji. Adapun skema pemasangan alat ukur untuk pengukuran torsi pemotongan seperti yang disajikan pada Gambar 24.
26 Gambar 24 Skema pengujian torsi pemotongan serasah tebu.
Pengkuran Kalibrasi Strain – Tegangan
Kalibrasi strain – tegangan dilakukan untuk memperoleh persamaan regresi yang menghubungkan antara strain dengan tegangan. Pemasangan alat ukur untuk kalibrasi ini adalah strain gauge, dynamic strain amplifier, brigde box, slip ring,
software analog to digital converter (ADC) dan 1 unit komputer (Gambar 25).
Pengukuran kalibrasi ini dilakukan sebelum pengujian berlangsung. Variasi beban diperoleh dengan mengatur beban strain pada dynamic strain amplifier dengan berbagai nilai strain. Nilai beban strain yang diberikan adalah 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 dan 500 με. Setiap kali pemberian beban strain dibaca keluaran tegangan pada komputer.
Pendorong serasah Bak pemadatan Silinder penjepit Silinder pencacah Mesin diesel Gear box Strain gauge Slip ring Brigde box ADC Dynamic Strain Amplifier Komputer Belt Puli
27 Gambar 25 Pengukuran kalibrasi strain – tegangan.
Pengukuran Torsi
Parameter yang diukur dalam pengujian adalah perubahan torsi akibat pemotongan. Pengukuran torsi pemotongan dilakukan dengan cara memotong serasah tebu yang masuk ke dalam mesin pencacah serasah tebu lalu sensor strain
gauge akan mengindera regangan yang terjadi. Alat ukur yang digunakan dalam
pengujian torsi pemotongan adalah strain gauge, dynamic strain amplifier, brigde
box, slip ring, software analog to digital converter (ADC), stabilizer, tachometer, stopwatch, 1 unit komputer, alat uji berupa unit pencacah dan bak pemadatan.
Bak pemadatan dirancang dengan ukuran panjang 1.2 m, lebar 60 cm dan tinggi 10 cm yang berfungsi untuk memasukkan serasah tebu yang akan dicacah Ukurun tersebut dirancang untuk memperoleh kecepatan umpan 0.3 m/s dan kerapatan isi serasah tebu yang dapat ditekan hingga ketebalan 10 cm sesuai dengan jarak silinder penjepit (Gambar 26).
Gambar 26 Bak pemadatan.
Bak pemadatan
Alat uji Strain Amplifier
28
Slip ring dipasang pada ujung poros pencacah dan poros penjepit yang
berfungsi untuk meneruskan sinyal listrik dari sensor strain gauge menuju brigde
box ketika pengujian berlangsung (Gambar 27). Agar kabel listrik tidak melilit
pada poros yang sedang berputar maka sepanjang poros dibuat alur dengan cara membubut poros dengan kedalaman tertentu. Sinyal yang telah diterima oleh
brigde box selanjutnya diteruskan ke dynamic strain amplifier. Alat ukur ini
berfungsi untuk membesarkan atau menguatkan sinyal dari sensor yang relative masih kecil. Untuk dapat dibaca di komputer maka dibutuhkan suatu software
analog to digital converter (ADC) yang berfungsi untuk merubah data analog ke
digital.
Gambar 27 Posisi slip ring pada poros pencacah dan poros penjepit.
Setelah alat ukur terpasang seluruhnya pada alat uji, langkah awal adalah melakukan kalibrasi strain - tegangan dengan tujuan agar alat ukur dapat berfungsi dengan baik. Kalibrasi strain – tegangan selalu dilakukan setiap kali akan melakukan pengujian. Pengujian dimulai dengan mempersiapkan serasah tebu yang akan dicacah selanjutnya menghidupkan mesin diesel. Kecepatan putar dari mesin diesel direduksi dengan rasio 1 : 4 dengan menggunakan belt dan puli agar diperoleh kecepatan putar poros pencacah yang diinginkan. Adapun variasi kecepatan putar pada saat pengujian adalah 400, 450, 500, 550 rpm dengan sudut pemotongan pisau 3o. Mengingat serasah tebu bersifat bulky, serasah dapat dipadatkan hingga 4 kali dengan variasi kepadatan dibuat 4 perlakuan yaitu 8, 16, 24, 32 kg/m3. Nilai tersebut diambil dengan dasar kapasitas lapang hasil perhitungan adalah 1.9 ton/ jam yang bisa dipadatkan hingga 4 kalinya. Pada saat
29 alat uji mulai beroperasi kecepatan putar pada poros pencacah diukur dengan menggunakan tachometer langkah selanjutnya adalah memasukkan serasah tebu yang telah dipersiapkan ke dalam bak pemadatan. Mekanisme pengumpanan dilakukan secara manual yaitu dengan cara mendorong serasah tebu dengan menggunakan alat pendorong agar masuk pada silinder penjepit. Waktu yang dibutuhkan untuk mendorong serasah tebu adalah 4 detik dengan jarak tempuh adalah 1.2 m sehingga kecepatan maju serasah pada pengumpanan adalah 0.3 m/s. Pengujian ini dilakukan dengan ulangan sebanyak 2 kali.
Persamaan Torsi Terukur
Kalibrasi strain – torsi dan kalibrasi strain – tegangan masing – masing akan menghasilkan suatu persamaan regresi. Persamaan strain - tegangan yang diperoleh kemudian disubsitusi ke dalam persamaan strain - torsi sehingga diperoleh persamaan torsi terukur.
Akusisi dan Pengolahan Data
Akusisi data dilakukan sebelum pengujian berlangsung. Adapun dasar dalam penentuan sampling data adalah kecepatan putar yang akan digunakan. Kecepatan putar yang digunakan pada saat pengujian adalah 500 rpm dengan jumlah pisau sebanyak 8 buah sehingga jumlah pemotongan setiap menitnya adalah 500 x 8 = 4000 pemotongan/menit atau 66 pemotongan/detik. Frekuensi sampling yang diperlukan jika 1 siklus diambil data sebanyak 5 kali adalah 5 x 66 = 333 Hertz. Frekuensi yang disetting pada software analog to digital converter (ADC) yang digunakan adalah 500 Hertz. Nilai tersebut dipilih karena mendekati nilai frekuensi hasil perhitungan. Adapun periode sampling untuk setiap data yang terekam adalah T = 1/f = 1/500 = 2 ms (milli second). Skala tegangan yang digunakan pada saat pengujian adalah 10 V dalam bentuk + 5 dan -5 V.
Data pengukuran terdiri dari 2 jenis yaitu data tegangan tanpa beban dan data tegangan dengan beban yang dilakukan pada 2 titik sensor yaitu pada poros pencacah dan poros penjepit. Hasil data pengukuran kemudian direkam oleh komputer untuk keperluan analisis data.
Data hasil pengukuran selanjutnya diolah untuk memperoleh grafik torsi pemotongan. Adapun cara pengolahan data hasil pengukuran adalah mencari standar deviasi, tegangan maksimum, tegangan minimum, rata – rata tegangan
30 sebelum pembebanan, rata – rata tegangan setelah pembebanan dan rata – rata tegangan pemotongan (Lampiran 5).
Voltase pemotongan (Vp) yang digunakan untuk torsi adalah voltase
pemotongan yang diperoleh dari persamaan berikut :
Vp = Vb – Vtb ...(4)
di mana :
Vp = voltase pemotongan (V) Vb = voltase dengan beban (V) Vtb = voltase tanpa beban (V)
Torsi pemotongan diperoleh dengan mensubsitusikan Vp ke persamaan yang
diperoleh dari hasil kalibrasi.
T = Vp . d . b……….….(5) di mana : T = torsi terukur (kg.m) Vp Pengukuran Kapasitas = voltase pemotongan (V)
d = gradien kurva hasil kalibrasi strain - tegangan (με/V) b = gradien kurva hasil kalibrasi strain – torsi (kg.m/ με)
Hasil dari akusisi dan pengolahan data pengukuran kemudian dianalisis untuk memperoleh hubungan torsi pemotongan terhadap tingkat kepadatan serasah dengan berbagai kecepatan putar unit pencacah, hubungan antara daya pemotongan dengan tingkat kepadatan dengan berbagai kecepatan putar yang terjadi untuk setiap perlakuan dan panjang serasah tebu hasil cacahan.
Kapasitas mesin dilakukan sebanyak 4 kali sesuai dengan tingkat kepadatan yaitu 8,12,24 dan 32 kg/m3. Untuk mendekati kecepatan umpan 0.3 m/s maka dirancang dimensi bak pemadatan dengan ukuran panjang 1.2 m, tinggi 0.1 m dan lebar 0.6 cm dengan waktu yang dibutuhkan untuk sekali pengumpanan adalah 4 detik. Berdasarkan hasil perhitungan (Lampiran 19) berat serasah yang diumpankan adalah 0.6 kg, 1.2 kg, 1.7 kg, 2.3 kg sehingga kapasitas teoritis untuk masing – masing pengumpanan adalah 540 kg/jam, 1.08 ton/jam, 1.53 ton/jam dan 2.07 ton/jam.
31 Pengukuran Panjang Potongan
Hasil cacahan berupa serasah tebu yang telah terpotong kemudian diambil secara acak untuk setiap perlakuan. Adapun metode pengukuran yang dilakukan yaitu dengan cara mengukur langsung setiap panjang potongan hasil cacahan dengan menggunakan jangka sorong dan penggaris seperti yang disajikan pada Gambar 28.
Gambar 28 Pengukuran panjang hasil pemotongan serasah.
Jumlah data yang diukur untuk setiap perlakuan adalah 30 potongan serasah tebu. Perlakuan pada saat pengujian adalah 16 perlakuan sehingga total data panjang serasah hasil pengukuran berjumlah 480 data. Data aktual panjang pemotongan kemudian dianalisis untuk setiap kecepatan putar yang berbeda dan dibandingkan dengan data perhitungan panjang pemotongan secara teoritis.
32
PENDEKATAN DESAIN
Kriteria Desain dan Gambaran Umum Proses Pencacahan
Mengingat lahan tebu yang cukup luas kegiatan pencacahan serasah tebu hanya bisa dilakukan dengan sistem mekanisasi. Mesin pencacah serasah tebu ini dirancang khusus untuk mencacah serasah tebu yang terhampar dilahan yang ditarik oleh traktor roda empat. Untuk itu unit pencacah yang merupakan bagian dari mesin pencacah serasah tebu secara keseluruhan perlu dirancang dengan dasar perancangan sebagai berikut.
1. Kecepatan maju (linier) serasah adalah 0.3 m/s yang bergerak dari unit pengambil menuju unit penjepit dan akhirnya masuk pada unit pencacah. Angka tersebut diambil sama dengan kecepatan maju traktor yang terendah. 2. Panjang silinder pemotong adalah 60 cm. Angka tersebut setengah dari lebar
jarak tanaman yaitu 120 cm dengan harapan serasah yang berada di antara guludan dapat terangkat semua oleh unit pengangkat dan diteruskan menuju unit pencacah.
3. Mekanisme pemotongan menggunkan tipe reel mengingat sifat serasah tebu yang liat dan bulky.
4. Jumlah pisau dipasang 8 buah dengan harapan dapat memotong serasah hingga panjang potongan 1 cm.
5. Diameter silinder pemotong adalah 429 mm dengan dasar lebar pisau pemotong adalah 96 mm dan jarak antara pisau adalah 72 mm yang dipasang pada silinder pemotong sebanyak 8 buah.
Secara umum proses pencacahan dimulai dengan pengambilan serasah sambil mesin bergerak maju. Silinder pengambil serasah tebu dengan berputar searah jarum jam kemudian mengambil serasah dari lahan dengan menggunakan silinder batang pengait. Selanjutnya dengan arah maju traktor dan daya dorong silinder batang pengait serasah masuk pada bagian pengangkat (konveyor). Pada bagian konveyor, serasah bergerak menuju silinder penjepit untuk dipadatkan hingga ketebalan yang lebih tipis. Pegas tekan dipasang di antara silinder penjepit dan silinder pengarah dengan harapan agar tidak terjadi kemacetan pada arah maju serasah. Dengan memanfaatkan putaran dari silinder penjepit selanjutnya serasah
33 didorong menuju silinder pengumpan, dan akhirnya masuk pada silinder pencacah. Pada bagian pencacah inilah diharapkan serasah tebu dapat dipotong hingga panjang potongan 1 cm. Skema proses pengambilan dan pencacahan serasah disajikan pada Gambar 29.
Pisau Pencacah Silinder Penjepit Konveyor Silinder pengambil (pengumpan)
Arah Maju Traktor
Gambar 29 Mekanisme gerakan serasah tebu.
Desain Fungsional
Fungsi utama dari pencacahan serasah tebu adalah untuk mencacah serasah tebu sesuai kondisi serasah dan panjang potongan yang diinginkan. Untuk memenuhi fungsi utama maka diperlukan fungsi penunjang yaitu mengumpankan serasah untuk dicacah dan memotong serasah yang diumpankan dengan panjang potongan yang dikehendaki. Pada fungsi pengumpanan diperlukan fungsi pengambilan serasah dan pengarah serasah sehingga serasah bisa masuk ke bagian silinder pencacah seperti yang disajikan pada Gambar 30.
34 Gambar 30 Skema desain fungsional unit pencacah.
Untuk memenuhi fungsi – fungsi tersebut maka dipilih komponen – komponen yang sesuai seperti yang disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2 Komponen untuk memenuhi fungsi desain Fungsi/sub fungsi Alternatif komponen/
mekanisme
Komponen yang dipilih Mengambilan serasah 1. Sepasang silinder dengan
arah berlawanan 2. Sistem konveyor 3. Sistem auger Sepasang silinder dengan arah berlawanan Mengarahkan serasah ke bagian pencacah
1. Sepasang silinder dengan arah berlawanan 2. Mekanisme curah menggunakan hoper Sepasang silinder dengan arah berlawanan
Memotong serasah yang diumpankan pada potongan yang dikendaki
1. Slinder pemotong tipe
reel dengan bed knife
2. Pisau tipe cutter bar 3. Pisau tipe slasher
Silinder pemotong tipe reel dengan bed
knife
Desain Struktural dan Analisis Teknik
Desain struktural dalam penelitian ini hanya dibatasi pada unit pencacah dan unit penjepit. Kapasitas mesin yang dirancang dihitung berdasarkan jumlah serasah di lapangan hasil pengukuran. Berdasarkan hasil pengukuran dan perhitungan secara teoritis kerapatan isi (bulk density) serasah tebu adalah 7.7
Memotong serasah yang diumpankan pada potongan yang dikehendaki Mengumpankan serasah untuk
dicacah
Mencacah serasah tebu sesuai kondisi serasah dan panjang potongan yang diinginkan
Mengarahkan serasah ke bagian pencacah Mengambil Serasah
35 kg/m3
Analisis Desain Silinder Pisau Pencacah
, ketebalan serasah di lapangan 40 cm, kecepatan maju traktor 0.3 m/s dan lebar alur yang dirancang adalah 60 cm sehingga jumlah serasah yang ada di lapangan yang dapat dicacah adalah 1.9 ton/jam (Lampiran 1).
Pisau yang dipakai adalah pisau tipe reel yang ditempatkan pada dudukan pisau yang berbentuk silinder yang berfungsi sebagai pemotong serasah tebu. Tipe ini dipakai karena sifat serasah yang liat dan bulky dengan harapan hasil potongannya bisa merata. Pada konstruksi silinder pencacah, pisau bergerak (movable blade) dipasang sebanyak 8 buah dan pisau diam (stasioner blade) dipasang sebanyak 1 buah. Bahan pisau terbuat dari bahan baja yang dikeraskan (heat treatment). Posisi pisau bergerak (movable) ditempatkan pada silinder berdiameter 429 mm dengan berat silinder 80 kg. Untuk meneruskan sistem transmisi pada rangkaian unit pencacah perlu direncanakan diameter poros silinder sehingga sistem pengoperasian pencacahan dapat berjalan dengan baik. Berdasarkan hasil perhitungan yang disajikan pada Lampiran 2 diperoleh bahwa diameter poros minimal silinder pencacah adalah 40 mm dengan asumsi torsi pemotongan serasah adalah 20 kg.m. Untuk faktor keamanan maka diameter poros silinder yang dipakai adalah 45 mm. Hal ini disesuaikan dengan ukuran yang ada di pasaran. Adapun rancangan diameter poros dan silinder pencacah seperti yang disajikan pada Gambar 31.
Gambar 31 Silinder dudukan pisau pencacah.
Posisi penempatan pisau pada silinder pemotong dibuat miring sekitar 30 sehingga diharapkan dapat memotong (shear) serasah menjadi ukurun kecil. Cara kerja dari pisau pencacah ini bergerak secara berputar ke arah pisau diam
Bed knife Pisau bergerak
36 (bedknife). Mengingat jenis pisau yang dipasang adalah pisau lurus maka ketinggian dudukan pisau antara ujung pisau dibuat tidak sama yaitu 15 mm dan 37 mm. Hal ini dilakukan agar pada saat pemotongan berlangsung titik pisau dari ujung ke ujung dapat bertemu dengan pisau diam dengan jarak 1 mm. Untuk kepentingan pengujian skala laboratoriun sumber putaran diambil dari motor diesel melalui poros pisau pencacah. Adapun bentuk pisau pencacah seperti terlihat pada Gambar 32.
Gambar 32 Posisi pisau.
Bentuk pisau dibuat panjang dengan sudut mata pisau adalah 27o
Analisis Desain Silinder Penjepit
, panjang pisau 60 cm, lebar pisau 9.6 cm, ketebalan pisau 1.2 cm dan berat pisau 4.3 kg.
Untuk mendapatkan panjang pemotongan 1 cm dengan kecepatan linier serasah tebu pada pengumpanan adalah 0.3 m/s, jumlah pisau yang dipasang sebanyak 8 buah maka kecepatan putar yang dihasilkan adalah 225 rpm (Lampiran 3). Kecapatan putar tersebut merupakan kecepatan tanpa slip. Untuk kepentingan pengujian maka diambil kecepatan putar yang lebih besar dari 225 rpm yaitu 400, 450, 500 dan 550 rpm. Berdasarkan hasil perhitungan secara teoritis panjang potongan untuk 400 rpm adalah 5.6 mm, 450 rpm adalah 5 mm, 500 rpm adalah 4.5 mm dan 550 rpm adalah 4.1 mm.
Silinder penjepit berfungsi untuk menekan bulky dari serasah tebu hingga ketebalan serasah 10 cm yang sebelumnya ketinggian di lapangan adalah 40 cm dengan rasio 1:4. Hal ini dikarenakan hasil pengukuran di lapangan menunjukkan bahwa tumpukkan serasah tebu dapat ditekan hingga 4 kali. Bentuk gerigi yang
